DE102010022343A1

DE102010022343A1 - Verfahren zum Kippgießen von Bauteilen und Kippgießvorrichtung

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Publication number: DE102010022343A1
Application number: DE102010022343A
Authority: DE
Inventors: Dr. Niedick Ingo; Robert Senftleben; Matthias Bolurtschi
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2010-06-01
Filing date: 2010-06-01
Publication date: 2011-12-01
Anticipated expiration: 2030-06-02
Also published as: WO2011151007A1; BR112012030687A2; DE102010022343B4; MX361824B; CN103038002A; MX2012013796A; CN103038002B; BR112012030687B1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Kippgießen von Bauteilen, umfassend die Schritte – mindestens eine Gießform (3a, 3b), die einen Formhohlraum zur Aufnahme einer Metallschmelze definiert und mindestens einen Gießtümpel (6a, 6b) aufweist, wird in einem ersten Schritt aus einer Grundstellung mit nach oben weisender Eingussseite in einer ersten Schwenkrichtung um einen ersten Schwenkwinkel in eine erste Schwenkstellung geschwenkt, – die Gießform (3a, 3b) wird gesäubert und/oder geschlichtet und/oder mindestens ein Kern wird in die Gießform (3a, 3b) eingelegt, – die Gießform (3a, 3b) wird in einer zweiten, der ersten Schwenkrichtung entgegengesetzten Schwenkrichtung geschwenkt, durchläuft die Grundstellung und wird in dieser zweiten Schwenkrichtung in eine zweite Schwenkstellung geschwenkt, in welcher die Gießform bezogen auf diese Grundstellung einen zweiten Schwenkwinkel aufweist, – der mindestens eine Gießtümpel (6a, 6b) wird mit einer für das Gießen eines Bauteils vorgesehenen flüssigen Metallschmelze gefüllt, – anschließend wird die mindestens eine Gießform (3a, 3b) zusammen mit dem Gießtümpel (6a, 6b) in entgegengesetzter Richtung derart in die Grundstellung geschwenkt, dass die flüssige Schmelze zwischen der zweiten Schwenkstellung und der Grundstellung laminar in den Formhohlraum der Gießform (3a, 3b) einfließt. Darüber hinaus betrifft die vorliegende Erfindung eine Kippgießvorrichtung, die insbesondere zur Durchführung eines derartigen Verfahrens geeignet ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Kippgießen von Bauteilen gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Darüber hinaus betrifft die vorliegende Erfindung eine Kippgießvorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 8, die insbesondere zur Durchführung eines derartigen Kippgießverfahrens geeignet ist.
Aus dem Stand der Technik sind Verfahren und Vorrichtungen zum Kippgießen von Bauteilen aus Leichtmetall bereits bekannt. Beim Kippgießverfahren, das in allgemeiner Form im Standardwerk „Gießereilexikon", 16. Auflage, 1994, Seite 244 und Seite 655 beschrieben wird, wird eine Gießform (Kokille) um eine Kippachse um bis zu 90° gedreht, während die Schmelze in die Gießform einströmt. Durch diese Maßnahme kann die Kokille in besonders vorteilhafter Weise ohne Strömungsturbulenzen mit der Metallschmelze gefüllt werden. Ein wesentlicher Vorteil des Kippgießens, der in der Literatur häufig genannt wird, besteht darin, dass das beim herkömmlichen Schwerkraftkokillengießen gegebenenfalls auftretende Verspritzen des Metalls durch Führen der Metallschmelze an einer Innenwand der Gießform vermieden werden kann (vgl. P. Schneider, „Kokillen für Leichtmetallguss", Gießereiverlag 1981, Seite 100 ff.).
Die EP 1 155 763 A1 offenbart ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Rotationsgießen. Dabei wird eine Gießform mit nach oben weisender Eingussseite auf einer Grundplatte aufgebaut. Im Anschluss daran wird die fertige Gießform mit der Grundplatte um etwa 180° um eine horizontale Drehachse gedreht, so dass die Eingussseite nach unten weist. Ein Gießbehälter wird mit nach oben liegender Öffnungsseite mit Schmelze für einen Gießvorgang gefüllt. Im Anschluss daran wird der mit Schmelze gefüllte Gießbehälter mit einer Öffnungsseite abdichtend an die nach unten weisende Eingussseite der Gießform angedockt. Die Gießform wird dann mit dem daran anliegenden Gießbehälter um etwa 180° um eine horizontale Achse gedreht, so dass die Schmelze in die Gießform einströmen kann. Im Anschluss daran wird der Gießbehälter aus der angedockten Position von der Gießform entfernt.
Aus der DE 10 2004 015 649 B3 sind ein Verfahren zum Gießen von Bauteilen aus Leichtmetall, insbesondere aus Aluminiumlegierungen, nach dem Kippgießprinzip sowie eine entsprechende Vorrichtung zur Durchführung eines derartigen Verfahrens bekannt. Bei diesem Verfahren wird die Schmelze im Kopfguss in einen an der Längsseite einer Gießform befindlichen Querlauf eingefüllt. Die Gießform wird dabei zunächst um einen Winkel von 45° bis 70° um ihre Längsachse gekippt. Danach beginnt das Einfüllen der flüssigen Schmelze in den Querlauf, bis etwa 1/5 der für den Guss des Bauteils benötigten Schmelze in den Querlauf eingefüllt ist, ohne dass die Schmelze bereits in den Formhohlraum der Gießform einströmt. Anschließend wird die Gießform unter kontinuierlichem weiteren Einfüllen der Schmelze derart aus der gekippten Stellung in die Senkrechte gedreht, dass die Schmelze entlang einer Gießformwand in den Formhohlraum einströmt. Ein Nachteil des aus dieser Druckschrift bekannten Verfahrens besteht darin, dass zunächst nur ein Teil der Schmelze in den Querlauf eingefüllt wird, bevor schließlich mit dem Eingießen in die Kokille begonnen wird. Dadurch kann zwar die Schmelze vor dem Eingießen in die Kokille beruhigt werden, es besteht aber unter Umständen die Gefahr von Temperaturverlusten. Ferner wird die übrige, für den Gießprozess benötigte Schmelze bei diesem Verfahren während des Kippgießens kontinuierlich mittels einer Gießkelle in einen Gießtümpel der Gießvorrichtung eingefüllt und strömt von dort in den Querlauf ein. Durch das Kippen der Gießform wird der Schmelzestrom im Querlauf um 90° umgelenkt und strömt dann durch mehrere Ausläufe in die Gießform ein. Dabei kann die Schmelze unter Umständen ungleichmäßig durch die Ausläufe in die Kokille einströmen.
Die aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren und Vorrichtungen zum Kippgießen von Bauteilen haben die Nachteile zu langer Taktzeiten beim Gießen und zu geringer Ausbringungsmengen. Um die Ausbringungsmengen erhöhen zu können, wären zwei Kippgießvorrichtungen notwendig, was einen erhöhten Platzbedarf für den Betrieb zur Folge hätte. Ein weiterer Nachteil der aus dem Stand der Technik bekannten Kippgießvorrichtungen besteht darin, dass sie einen relativ hohen Aufbau haben und damit unter ergonomischen Gesichtspunkten unvorteilhaft sind.
Hier setzt die vorliegende Erfindung an.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Kippgießen von Bauteilen zur Verfügung zu stellen, bei dem gegenüber den aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren kürzere Taktzeiten und damit höhere Ausbringungsmengen von Bauteilen in hoher Qualität erreicht werden können. Darüber hinaus liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum Kippgießen von Bauteilen bereitzustellen, mittels derer höhere Ausbringungsmengen und kürzere Taktzeiten erreicht werden können und die ergonomischer als die aus dem Stand der Technik bekannten Kippgießvorrichtungen ist.
Diese Aufgabe wird hinsichtlich des Verfahrens durch ein Verfahren zum Kippgießen von Bauteilen mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Eine alternative Lösung dieser Aufgabe liefert ein Verfahren zum Kippgießen von Bauteilen mit den Merkmalen des Anspruchs 2. Hinsichtlich der Vorrichtung wird die der vorliegenden Erfindung zu Grunde liegende Aufgabe durch eine Kippgießvorrichtung der eingangs genannten Art mit den Merkmalen des kennzeichnenden Teils des Anspruchs 8 gelöst. Die Unteransprüche betreffen vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung.
Ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Kippgießen von Bauteilen, die insbesondere aus Leichtmetall bestehen können, umfasst gemäß Anspruch 1 die Schritte, insbesondere in der folgenden Reihenfolge,

– mindestens eine Gießform, die einen Formhohlraum zur Aufnahme einer Metallschmelze definiert und mindestens einen Gießtümpel aufweist, wird in einem ersten Schritt aus einer Grundstellung mit nach oben weisender Eingussseite in einer ersten Schwenkrichtung um einen ersten Schwenkwinkel in eine erste Schwenkstellung geschwenkt,
– die Gießform wird gesäubert und/oder geschlichtet und/oder mindestens ein Kern wird in die Gießform eingelegt,
– die Gießform wird in einer zweiten, der ersten Schwenkrichtung entgegengesetzten Schwenkrichtung geschwenkt, durchläuft die Grundstellung und wird in dieser zweiten Schwenkrichtung in eine zweite Schwenkstellung geschwenkt, die bezogen auf diese Grundstellung einen zweiten Schwenkwinkel aufweist,
– der mindestens eine Gießtümpel wird mit der für das Gießen eines Bauteils vorgesehenen flüssigen Metallschmelze gefüllt,
– anschließend wird die mindestens eine Gießform zusammen mit dem Gießtümpel in entgegengesetzter Richtung derart in die Grundstellung geschwenkt, dass die flüssige Schmelze zwischen der zweiten Schwenkstellung und der Grundstellung laminar in den Formhohlraum der Gießform einfließt.

Die Grundstellung ist bevorzugt horizontal orientiert. Der erste Schwenkwinkel liegt bevorzugt im Intervall von 25° bis 35°, vorzugsweise wird um etwa 30° geschwenkt. Der zweite Schwenkwinkel liegt bevorzugt im Intervall von 70° bis 120°, vorzugsweise wird um 90° ± 20° geschwenkt. Die erste Schwenkrichtung kann von dem Bediener abgewandt und die zweite Schwenkrichtung zugewandt sein. Es kann wenigstens ein Teil der flüssigen Schmelze oder die ganze flüssige Schmelze während des Schwenkens in die Gießform einfließen.
Unter anderem besteht ein Vorteil dieser Verfahrensvariante darin, dass der mindestens eine Gießtümpel relativ weit vom Bediener entfernt angeordnet ist und so die auf den Bediener wirkende Wärmestrahlung verringert werden kann.
Ein alternatives erfindungsgemäßes Verfahren zum Kippgießen von Bauteilen umfasst gemäß Anspruch 2 die Schritte, insbesondere in der folgenden Reihenfolge,

– mindestens eine Gießform, die einen Formhohlraum zur Aufnahme einer Metallschmelze definiert und mindestens einen Gießtümpel aufweist, wird in einem ersten Schritt aus einer Grundstellung mit nach oben weisender Eingussseite in einer ersten Schwenkrichtung um einen ersten Schwenkwinkel in eine erste Schwenkstellung geschwenkt,
– die Gießform wird gesäubert und/oder geschlichtet und/oder mindestens ein Kern wird in die Gießform eingelegt,
– die Gießform wird in dieser ersten Schwenkrichtung in eine zweite Schwenkstellung geschwenkt, die von der ersten Schwenkstellung verschieden ist und bezogen auf diese Grundstellung einen zweiten Schwenkwinkel aufweist,
– der mindestens eine Gießtümpel wird mit der für das Gießen eines Bauteils vorgesehenen flüssigen Metallschmelze gefüllt,
– anschließend wird die Gießform zusammen mit dem Gießtümpel in einer zweiten, der ersten Schwenkrichtung entgegengesetzten Schwenkrichtung derart in die Grundstellung geschwenkt, dass die flüssige Schmelze zwischen der zweiten Schwenkstellung und der Grundstellung laminar in den Formhohlraum der Gießform einfließt.

Die Grundstellung ist bevorzugt horizontal orientiert. Der erste Schwenkwinkel liegt bevorzugt im Intervall von 40° bis 50°, vorzugsweise wird um etwa 45° geschwenkt. In der zweiten Schwenkstellung beträgt der auf die Grundstellung bezogene Schwenkwinkel bevorzugt 90° ± 20°. Die erste Schwenkrichtung kann von der Grundstellung ausgehend dem Bediener zugewandt sein. Es kann wenigstens ein Teil der flüssigen Schmelze oder die ganze flüssige Schmelze während des Schwenkens in die Gießform einfließen.
Unter anderem besteht ein Vorteil dieser zweiten Verfahrensvariante in einem im Vergleich zur ersten Variante kleineren Schwenkbereich, der seinerseits die Medienversorgung (insbesondere die Schlauch- und Kabelführung) wesentlich vereinfachen kann.
Die Gießform wird bevorzugt in der Position des ersten Schwenkwinkels und in der Position des zweiten Schwenkwinkels angehalten oder zur Durchführung der manipulierenden Schritte festgelegt.
Die beiden hier vorgestellten erfindungsgemäßen Verfahren zum Kippgießen von Bauteilen stellen eine besonders vorteilhafte Form des an sich bereits bekannten Kippgießverfahrens dar. Sie haben gegenüber den aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren den Vorteil, dass eine laminare und damit turbulenzarme Formfüllung der mindestens einen Gießform erreicht werden kann. Dadurch können Bauteile – beispielsweise Zylinderköpfe aus Leichtmetall –, die hohen Qualitätsanforderungen genügen, hergestellt werden.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird die mindestens eine Gießform, die vorzugsweise auf einem Schwenkrahmen angeordnet werden kann, aus der bevorzugt horizontalen Grundstellung (0°-Stellung) um bis zu 110° in die zweite Schwenkstellung verschwenkt, in der der mindestens eine Gießtümpel mit der flüssigen Metallschmelze gefüllt werden kann. Insbesondere kann der Gießtümpel komplett befüllt werden, bevor die Metallschmelze in den Hohlraum der Gießform gelangt.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform wird in der ersten Schwenkstellung nach dem Säubern und Schlichten mindestens ein Kern in die Gießform eingelegt. Im Gegensatz dazu werden gemäß bekanntem Stand der Technik die Kerne separat auf eine Kernhaltevorrichtung beziehungsweise Zentriervorrichtung gelegt, von welcher diese anschließend mittels einer Greifervorrichtung als Kernpaket oder einzelne Kerne in die Kokille eingelegt werden. Vorliegend werden die Kerne unmittelbar in die Gießform (Kokille) eingelegt. Zuvor wird die mindestens eine Gießform der Kippgießvorrichtung um einen ersten Schwenkwinkel gedreht, damit die Handhabung für den Bediener der Kippgießvorrichtung erleichtert werden kann.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird vorgeschlagen, dass der mindestens eine Gießtümpel vollständig mit der für das Gießen des Bauteils benötigten flüssigen Metallschmelze gefüllt wird, bevor die mindestens eine Gießform aus der zweiten Schwenkstellung in die Grundstellung verschwenkt wird und die Metallschmelze in die mindestens eine Gießform einfließt. Der Vorteil dieser Ausführungsform besteht darin, dass der mindestens eine Gießbehälter nur ein einziges Mal, und zwar vor dem Einleiten des eigentlichen Kippgießprozesses, mit der Metallschmelze gefüllt werden muss.
In einer alternativen Verfahrensvariante besteht auch die Möglichkeit, dass der mindestens eine Gießtümpel teilweise mit der für das Gießen des Bauteils benötigten flüssigen Metallschmelze gefüllt wird, bevor die mindestens eine Gießform aus der zweiten Schwenkstellung in die Grundstellung verschwenkt wird, und dass die übrige Metallschmelze während des Verschwenkens der mindestens einen Gießform aus der zweiten Schwenkstellung in die Grundstellung in den mindestens einen Gießtümpel eingefüllt wird. Das Befüllen des mindestens einen Gießtümpels erfolgt vorzugsweise synchronisiert mit der Schwenkbewegung des Schwenkrahmens.
Um die Taktzeiten zu verkürzen und damit die Ausbringungsmenge zu erhöhen, ist in einer besonders vorteilhaften Ausführungsform vorgesehen, dass das Verfahren gleichzeitig mit mindestens zwei Gießformen und mindestens zwei Gießtümpeln durchgeführt wird.
Es kann vorgesehen sein, dass jeder Gießtümpel jeweils mittels eines diesem zugeordneten Gießbehälters, insbesondere mittels einer Gießkelle, mit flüssiger Metallschmelze gefüllt wird. Alternativ besteht auch die Möglichkeit, dass zwei Gießtümpel mittels einer einzelnen Doppelgießkelle oder dergleichen gleichzeitig mit flüssiger Metallschmelze gefüllt werden.
Eine erfindungsgemäße Kippgießvorrichtung, die insbesondere zur Durchführung eines der vorstehend beschriebenen Verfahren geeignet ist, umfasst gemäß Anspruch 8

– mindestens eine Gießform, die einen Formhohlraum zur Aufnahme einer Metallschmelze definiert, und mindestens einen Gießtümpel, der zumindest teilweise mit einer flüssigen Metallschmelze für das Gießen eines Bauteils gefüllt werden kann,
– einen Schwenkrahmen, an dem die mindestens eine Gießform angebracht ist und der um eine Schwenkachse schwenkbar ist,
– eine Antriebsvorrichtung, mittels derer die Schwenkbewegung des Schwenkrahmens angetrieben werden kann,

Die erfindungsgemäße Kippgießvorrichtung ist bedienungsfreundlich. Gegenüber den aus dem Stand der Technik bekannten Vorrichtungen besteht der Vorteil, dass für die Kippgießvorrichtung nur ein relativ kleiner Bauraum benötigt wird, insbesondere kann eine geringe Bauhöhe realisiert werden. Ein weiterer Vorteil besteht in einem relativ geringen Kippdrehmoment, welches während des Betriebs der Kippgießvorrichtung auftritt.
Die Grundstellung ist bevorzugt horizontal orientiert. Die Schwenkachse ist bevorzugt horizontal orientiert. Der Gießtümpel kann insbesondere ein Teil der Gießform sein oder mit der Gießform verbunden sein. Insbesondere kann der Schwenkrahmen zumindest in einer Schwenkrichtung um 90° ± 20° verschwenkt werden. Der Schwenkrahmen kann insbesondere wenigstens in einer Schwenkstellung gehalten, arretiert oder festgelegt werden.
Durch die Verwendung von mindestens zwei Gießformen, die gemäß einer bevorzugten Ausführungsform möglich ist, kann die Ausbringungsmenge in vorteilhafter Weise erhöht werden. In der Folge wird auch eine platzsparende Anordnung geschaffen.
In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform besteht die Möglichkeit, dass der Schwenkrahmen und die Antriebsvorrichtung derart ausgebildet sind, dass der Schwenkrahmen aus einer horizontalen Stellung in einer Schwenkrichtung um 90° ± 20° verschwenkt werden kann und aus der horizontalen Stellung in der anderen (entgegengesetzten) Schwenkrichtung um 25° bis 35°, vorzugsweise um etwa 30°, verschwenkt werden kann.
Um die Kippgießvorrichtung besonders kompakt ausführen zu können, wird in einer bevorzugten Ausführungsform vorgeschlagen, dass die Antriebsvorrichtung einen Elektromotor mit einem Getriebemittel, das mit einem Antriebsritzel gekoppelt ist, und mindestens ein Zahnsegment, das mit dem Antriebsritzel in Wirkverbindung steht, aufweist.
In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform wird vorgeschlagen, dass an einer der beiden Stirnseiten oder an jeder der beiden Stirnseiten der Kippgießvorrichtung ein Lagermittel angeordnet ist. Dadurch kann die Drehmomentübertragung auf den Schwenkrahmen relativ kompakt bauend gestaltet werden.
Jede Gießform wird vorzugsweise durch eine entnahmefähige Formaufnahme gebildet, die zwei Formschieber und zwei Stirnschieber umfasst, die in einer geschlossenen Stellung den Formhohlraum definieren. Die Formschieber und Stirnschieber sind vorteilhaft an dem Schwenkrahmen der Kippgießvorrichtung angebracht und umfassen jeweils einen Schubzylinder, so dass ein einfaches Öffnen und Schließen der Gießform möglich ist. Die Formschieber und Stirnschieber sind vorzugsweise mit Hilfe von Haltebolzen mit dem Schwenkrahmen verschraubt. Durch Herausdrehen der entsprechenden Haltebolzen ist der Betrieb einer einzelnen Gießform möglich, ohne dass die nicht benutzte Gießform von der Kippgießvorrichtung demontiert werden müsste. Eine der beiden Formen kann angekoppelt bleiben, wird aber abgeschaltet.
Die Füllung der Gießtümpel erfolgt dabei in vorteilhafter Weise ohne einen separaten Querlauf (Gießlauf). Der Zeitpunkt, ab dem die flüssige Schmelze in die Formhohlräume der Gießformen einströmt, ist abhängig von der Gestaltung der Bauteile, welche mittels der Kippgießvorrichtung gegossen werden sollen. Es besteht ferner die Möglichkeit, dass die Füllung des Formhohlraums jeder der beiden Gießformen über den Deckkern erfolgt, so dass in vorteilhafter Weise keine Anschnitte und Fließhilfen erforderlich sind. Die Füllung über die komplette Front des Bauteils (ohne Anschnitte) kann entweder über die Gussrohteilkante oder aber direkt über die Speisergeometrie beziehungsweise den Deckkern erfolgen.
Die Kippgießvorrichtung kann alternativ einen Gießlauf aufweisen, der auf unterschiedliche Weise gestaltet sein kann. So kann der Gießlauf beispielsweise so ausgeführt sein, dass er mittig mit der flüssigen Schmelze gefüllt wird. Alternativ kann der Gießlauf auch so ausgeführt sein, dass er seitlich mit der flüssigen Schmelze gefüllt werden kann. Dabei können zusätzliche Anschnitte und/oder Fließhilfen vorgesehen sein. Je nach Ausführung der Bauteilgeometrie kann die Gießvariante wechseln und damit auch die konstruktive Ausgestaltung der Kippgießvorrichtung. Das oben beschriebene Grundprinzip des Kippgießverfahrens ändert sich jedoch in sämtlichen Varianten nicht.
Die im erfindungsgemäßen Verfahren und/oder mit der erfindungsgemäßen Kippgießvorrichtung hergestellten Bauteile sind bevorzugt Gießteile eines Fahrzeugs, insbesondere eines Fahrzeugantriebs, bevorzugt eines Verbrennungsmotors.
Die hier beschriebenen Verfahren zum Kippgießen von Bauteilen sowie die Kippgießvorrichtung können neben der Herstellung von Zylinderköpfen unter anderem auch zur Herstellung von Zylinderkurbelgehäusen oder Fahrwerksteilen eingesetzt werden und sind insbesondere zur Durchführung beziehungsweise Verwendung auf einem Drehtisch geeignet.
Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden deutlich anhand der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die beiliegenden Abbildungen. Darin zeigen
1 eine perspektivische Darstellung einer Kippgießvorrichtung, die gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung ausgeführt ist, in einer 0°-Stellung (horizontalen Grundstellung) eines Schwenkrahmens;
2 eine Draufsicht auf die Kippgießvorrichtung gemäß 1 in der 0°-Stellung des Schwenkrahmens;
3 eine perspektivische Ansicht der Kippgießvorrichtung gemäß 1 und 2 in einer 110°-Kippstellung des Schwenkrahmens;
4a bis 4e eine schematisch stark vereinfachte Darstellung des Ablaufs eines Verfahrens zum Kippgießen von Bauteilen gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
Unter Bezugnahme auf 1 bis 3 soll zunächst der grundlegende konstruktive Aufbau einer Kippgießvorrichtung 1 zum Kippgießen von Bauteilen aus Leichtmetall, wie zum Beispiel Zylinderköpfen, näher erläutert werden, die gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ausgeführt ist. Die Kippgießvorrichtung 1 umfasst einen Schwenkrahmen 2, auf dem zwei Gießformen (Kokillen) 3a, 3b mit jeweils mindestens einem, Gießtümpel 6a, 6b angeordnet sind und der um eine horizontale Schwenkachse 7 schwenkbar ist, sowie eine Antriebsvorrichtung 4, mittels derer die Schwenkbewegung des Schwenkrahmens 2 angetrieben werden kann. Vorliegend zeigen 1 und 2 die Kippgießvorrichtung 1 in einer horizontalen Grundstellung (0°-Stellung) des Schwenkrahmens 2. In 3 ist die Kippgießvorrichtung 1 gezeigt, wenn der Schwenkrahmen 2 aus der Grundstellung um 110° verschwenkt ist. Der Schwenkrahmen 2 und die Antriebsvorrichtung 4 sind so ausgeführt, dass der Schwenkrahmen 2 – ausgehend von der horizontalen Grundstellung (0°-Stellung) – in zwei entgegengesetzten Schwenkrichtungen um die horizontale Schwenkachse 7 verschwenkt werden kann. Zumindest in einer der beiden Schwenkrichtungen kann der Schwenkrahmen 2 – ausgehend von der horizontalen Grundstellung – um 90° ± 20° verschwenkt werden. Ausgehend von der horizontalen Grundstellung kann das Ausmaß der möglichen Schwenkbewegung in der anderen (entgegengesetzten) Schwenkrichtung kleiner sein. In dieser Schwenkrichtung kann zum Beispiel eine Schwenkbarkeit um 25° bis 35°, vorzugsweise um etwa 30°, gegeben sein.
Die Antriebsvorrichtung 4, mittels derer die Schwenkbewegung des Schwenkrahmens 2 um die horizontale Drehachse 7 angetrieben werden kann, ist indem hier gezeigten Ausführungsbeispiel seitlich an einer Stirnseite der Kippgießvorrichtung 1 angebracht. Die Antriebsvorrichtung 4 umfasst vorliegend einen Elektromotor 40, der sein Drehmoment über ein Getriebemittel (nicht mit Bezugszeichen versehen) – insbesondere über ein mehrstufiges Kegelradgetriebe –, das mit einem Antriebsritzel gekoppelt ist, und ein mit dem Antriebsritzel zusammenwirkendes Zahnsegment 41 auf den Schwenkrahmen 2 übertragen kann. Der Schwenkrahmen 2 ist an beiden Stirnseiten gelagert. Dabei sind die Lagermittel 42 vorzugsweise als Kränze ausgebildet, so dass die Baugröße der Kippgießvorrichtung 1 durch Aufnahme der Stirnschieberzylinder 80 verkürzt werden kann. Diese Kombination aus dem Getriebemittel und dem Elektromotor 40 ist vorteilhaft auf einen außerhalb der Drehachse 7 liegenden Schwerpunkt und damit auf ein hohes Drehmoment ausgelegt. Es kann so in vorteilhafter Weise eine niedrige Bauhöhe der Kippgießvorrichtung 1 und eine gute Zugänglichkeit derselben – insbesondere ohne ein zusätzliches Podest oder eine Absenkung in den Boden – realisiert werden.
Ferner wird die Kippgießvorrichtung 1 in diesem Ausführungsbeispiel mittels zweier Gießbehälter (Gießkellen) 5a, 5b (diese sind Bestandteil der Kippgießvorrichtung 1, d. h., sie dienen zum Befüllen der Gießtümpel 6a, 6, die ihrerseits Bestandteile der Gießformen 3a, 3b sind) mit einer flüssigen Metallschmelze, die für das Gießen der Bauteile benötigt wird, gefüllt. Der erste Gießbehälter 5a dient dabei während der Durchführung des weiter unten noch näher erläuterten Kippgießverfahrens dem Einfüllen der flüssigen Schmelze in den Gießtümpel 6a an der ersten Gießform 3a. Entsprechend ist der zweite Gießbehälter 5b für das Einfüllen der flüssigen Schmelze in den Gießtümpel 6b an der zweiten Gießform 3b vorgesehen.
Die Kippgießvorrichtung 1 zeichnet sich insbesondere dadurch aus, dass auf Grund der Gestaltung der Gießbehälter 5a, 5b ein Platz sparender Aufbau der Warmteile erreicht werden kann. Dadurch ist es in besonders vorteilhafter Weise möglich, dass die Gießtümpel 6a, 6b an den zwei Gießformen 3a, 3b in Platz sparender Weise nebeneinander auf dem Schwenkrahmen 2 angeordnet werden können. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass die Gießtümpel 6a, 6b an den beiden Gießformen 3a, 3b bei entsprechend anderer Ausgestaltung der Gießtümpel 6a, 6b aufgrund ihrer Nähe gleichzeitig mit einem einzelnen Gießbehälter 5a, 5b (insbesondere mittels einer Doppelgießkelle) mit flüssiger Schmelze gefüllt werden können. Insgesamt kann mittels der hier vorgestellten Kippgießvorrichtung 1 eine größere Ausbringungsmenge erreicht werden, da die Taktzeiten kürzer sind als bei den aus dem Stand der Technik bekannten Lösungen. Weiterhin wird aufgrund der Platzierung der Formteilantriebe eine kompakte Bauweise realisiert, die es ermöglicht, den Schwenkrahmen 2 zusammen mit den daran angebrachten Gießformen 3a, 3b bei geringer Bauhöhe zu verschwenken und die Kippgießvorrichtung 1 besonders kurz baut.
Jede der beiden Gießformen 3a, 3b weist eine entnehmbare Formaufnahme mit zwei relativ zueinander verschiebbaren Formschiebern 30, 31 und zwei relativ zueinander verschiebbaren Stirnschiebern auf, die in einer geschlossenen Stellung den Formhohlraum definieren. Die Formschieber 30, 31 und die Stirnschieber sind vorzugsweise an dem Schwenkrahmen 2 der Kippgießvorrichtung 1 angebracht und umfassen jeweils einen Schubzylinder 80. Die Formschieber 30, 31 und die Stirnschieber sind vorzugsweise mit Hilfe von Haltebolzen mit dem Schwenkrahmen 2 verbunden. Durch Herausdrehen der entsprechenden Haltebolzen ist der Betrieb einer einzelnen Gießform 3a, 3b möglich, ohne dass die nicht benutzte Gießform 3a, 3b von der Kippgießvorrichtung 1 demontiert werden müsste. Es besteht die Möglichkeit, dass eine der beiden Gießformen 3a, 3b angekoppelt bleibt, aber deaktiviert wird. Vier Klemmstücke 8 sind für die Montage der Formaufnahme vorgesehen.
Unter weiterer Bezugnahme auf 4a bis 4e soll nachfolgend der prinzipielle Ablauf eines Verfahrens zum Kippgießen von Bauteilen aus Leichtmetall gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung näher erläutert werden. In einem ersten Verfahrensschritt wird der Schwenkrahmen 2 ausgehend von einer horizontalen Grundstellung (0°-Stellung, siehe 4e) mit den daran angebrachten Gießformen 3a, 3b, deren Eingussseiten zunächst nach oben weisen, in einer ersten Drehrichtung um etwa 30° gedreht, in der Gießformen 3a, 3b gesäubert und geschlichtet werden können und die für das Gießen der Bauteile benötigten Kerne von einem Bediener in die Gießformen 3a, 3b eingelegt werden können. Nach dem Einlegen der Kerne wird der Schwenkrahmen 2 in einer zweiten, der ersten Drehrichtung entgegengesetzten Richtung gedreht, durchläuft die horizontale Grundstellung und wird weiter in dieser zweiten Drehrichtung in eine 110°-Stellung (bezogen auf die 0°-Grundstellung) gedreht (siehe 4b), in der die Gießtümpel 6a, 6b mit einem Gießbehälter 5a, 5b (Gießkelle) oder dergleichen vollständig mit der für das Gießen der Bauteile benötigten flüssigen Metallschmelze gefüllt werden können. Nach dem Befüllen der Gießtümpel 6a, 6b mit der Schmelze wird der Schwenkrahmen 2 zusammen mit den Gießtümpeln 6a, 6b in entgegengesetzter Richtung wieder in die horizontale Grundstellung (0°-Stellung) gedreht, wobei zwischen der 110°-Stellung und der 0°-Stellung die flüssige Schmelze allmählich in die Formhohlräume der Gießformen 3a, 3b einfließen kann. Der Vorteil dieser Verfahrensvariante besteht darin, dass die Gießtümpel 6a, 6b relativ weit vom Bediener entfernt sind und so die auf den Bediener wirkende Wärmestrahlung verringert ist. Die flüssige Metallschmelze fließt dabei laminar in die Gießformen 3a, 3b ein und bei einer Befüllung durch einen oder an einem Speiser wird dieser lange warm gehalten, so dass die Bauteile eine hohe Qualität aufweisen.
Gemäß einer alternativen Variante des Verfahrens wird vorgeschlagen, dass der Schwenkrahmen 2 zunächst um etwa 45° aus der horizontalen Grundstellung (0°-Stellung) gedreht wird. In dieser 45°-Stellung werden die Gießformen 3a, 3b gesäubert und geschlichtet und es werden wiederum die Kerne von einem Bediener in die Gießformen 3a, 3b eingelegt. Anschließend wird der Schwenkrahmen 2 in derselben Richtung weiter in eine 110°-Stellung (bezogen auf die 0°-Grundstellung) gedreht, in der die fest mit der Kippgießvorrichtung 1 verbundenen Gießtümpel 6a, 6b vollständig mit der für das Gießen der Bauteile benötigten flüssigen Schmelze gefüllt werden. Dann wird der Schwenkrahmen 2 in entgegengesetzter Richtung aus der 110°-Stellung wieder in die 0°-Stellung verschwenkt, so dass die flüssige Schmelze allmählich in die Formhohlräume der Gießformen 3a, 3b einströmen kann. Der Vorteil dieser zweiten Verfahrensvariante besteht in einem im Vergleich zur ersten Variante kleineren Schwenkbereich, der seinerseits die Medienversorgung (insbesondere die Schlauch- und Kabelführung) wesentlich vereinfachen kann. Die flüssige Metallschmelze fließt dabei ebenfalls laminar in die Gießformen 3a, 3b ein und bei einer Befüllung durch einen oder an einem Speiser wird dieser lange warm gehalten, so dass die Bauteile eine hohe Qualität aufweisen.
In beiden vorstehend beschriebenen Ausführungsformen des Kippgießverfahrens besteht die Möglichkeit, dass die Gießtümpel 6a, 6b in der 110°-Stellung (zweiten Schwenkstellung) lediglich teilweise mit der flüssigen Schmelze gefüllt werden. Während des Zurückschwenkens des Schwenkrahmens 2 aus der 110°-Stellung in die 0°-Stellung wird dann mit Hilfe der beiden Gießkellen 5a, 5b beziehungsweise mittels einer Doppelgießkelle, die für das gleichzeitige Befüllen beider Gießtümpel 6a, 6b vorgesehen ist, die übrige Schmelze in die Gießtümpel 6a, 6b eingefüllt. Das Befüllen der Gießtümpel erfolgt vorzugsweise synchronisiert mit der Schwenkbewegung des Schwenkrahmens 2. Der/die Gießbehälter 5a, 5b (Gießkelle beziehungsweise Doppelgießkelle) kann/können insbesondere so gesteuert werden, dass zunächst nur etwa 3/4 der benötigten Metallschmelze in die Gießtümpel 6a, 6b eingefüllt wird, bevor die Schwenkbewegung aus der 110°-Stellung in die horizontale Grundstellung eingeleitet wird. Während der Schwenkbewegung des Schwenkrahmens 2 fahren die beiden Gießbehälter (Gießkellen) 5a, 5b/fährt die Doppelgießkelle synchron mit der Schwenkbewegung mit, so dass die restliche Schmelze zu einem späteren Zeitpunkt in die Gießtümpel 6a, 6b eingefüllt werden kann. Die Füllung der Gießtümpel 6a, 6b erfolgt dabei in vorteilhafter Weise ohne einen separaten Querlauf (Gießlauf). Der Zeitpunkt, ab dem die flüssige Schmelze in die Formhohlräume der Gießformen 3a, 3b einströmt, ist abhängig von der Gestaltung der Bauteile, welche mittels der Kippgießvorrichtung 1 gegossen werden sollen. Es besteht ferner die Möglichkeit, dass die Füllung des Formhohlraums jeder der beiden Gießformen 3a, 3b über den Deckkern erfolgt, so dass in vorteilhafter Weise keine Anschnitte und Fließhilfen erforderlich sind. Die Füllung über die komplette Front des Bauteils (ohne Anschnitte) kann entweder über die Gussrohteilkante oder aber direkt über die Speisergeometrie beziehungsweise den Deckkern erfolgen.
Die Kippgießvorrichtung 1 kann alternativ einen Gießlauf aufweisen, der auf verschiedene Weise gestaltet sein kann. So kann der Gießlauf beispielsweise so ausgeführt sein, dass er mittig mit der flüssigen Schmelze gefüllt wird. Alternativ kann der Gießlauf auch so ausgeführt sein, dass er seitlich mit der flüssigen Schmelze gefüllt werden kann. Dabei können zusätzliche Anschnitte und/oder Fließhilfen vorgesehen sein. Je nach Ausführung der Bauteilgeometrie kann die Gießvariante wechseln und damit auch die konstruktive Ausgestaltung der Kippgießvorrichtung 1. Das vorstehend unter Bezugnahme auf 4a bis 4e beschriebene Grundprinzip des Kippgießverfahrens ändert sich jedoch in sämtlichen Varianten nicht.
Bezugszeichenliste

1: Kippgießvorrichtung
2: Schwenkrahmen
3a: Gießform
3b: Gießform
4: Antriebsvorrichtung
5a: Gießbehälter (Gießkelle)
5b: Gießbehälter (Gießkelle)
6a: Gießtümpel
6b: Gießtümpel
7: Drehachse
8: Klemmstück
30: erster Formschieber
31: zweiter Formschieber
40: Elektromotor
41: Zahnsegment
42: Lagermittel
80: Schubzylinder

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 1155763 A1 [0003]
DE 102004015649 B3 [0004]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

„Gießereilexikon”, 16. Auflage, 1994, Seite 244 und Seite 655 [0002]
P. Schneider, „Kokillen für Leichtmetallguss”, Gießereiverlag 1981, Seite 100 ff. [0002]

Claims

Verfahren zum Kippgießen von Bauteilen, umfassend die Schritte – mindestens eine Gießform (3a, 3b), die einen Formhohlraum zur Aufnahme einer Metallschmelze definiert und mindestens einen Gießtümpel (6a, 6b) aufweist, wird in einem ersten Schritt aus einer Grundstellung mit nach oben weisender Eingussseite in einer ersten Schwenkrichtung um einen ersten Schwenkwinkel in eine erste Schwenkstellung geschwenkt, – die Gießform (3a, 3b) wird gesäubert und/oder geschlichtet und/oder mindestens ein Kern wird in die Gießform (3a, 3b) eingelegt, – die Gießform (3a, 3b) wird in einer zweiten, der ersten Schwenkrichtung entgegengesetzten Schwenkrichtung geschwenkt, durchläuft die Grundstellung und wird in dieser zweiten Schwenkrichtung in eine zweite Schwenkstellung geschwenkt, in welcher die Gießform bezogen auf diese Grundstellung einen zweiten Schwenkwinkel aufweist, – der mindestens eine Gießtümpel (6a, 6b) wird mit einer für das Gießen eines Bauteils vorgesehenen flüssigen Metallschmelze gefüllt, – anschließend wird die mindestens eine Gießform (3a, 3b) zusammen mit dem Gießtümpel (6a, 6b) in entgegengesetzter Richtung derart in die Grundstellung geschwenkt, dass die flüssige Schmelze zwischen der zweiten Schwenkstellung und der Grundstellung laminar in den Formhohlraum der Gießform (3a, 3b) einfließt.
Verfahren zum Kippgießen von Bauteilen, umfassend die Schritte – mindestens eine Gießform (3a, 3b), die einen Formhohlraum zur Aufnahme einer Metallschmelze definiert und mindestens einen Gießtümpel (6a, 6b) aufweist, wird in einem ersten Schritt aus einer Grundstellung mit nach oben weisender Eingussseite in einer ersten Schwenkrichtung um einen ersten Schwenkwinkel in eine erste Schwenkstellung geschwenkt, – die Gießform (3a, 3b) wird gesäubert und/oder geschlichtet und/oder mindestens ein Kern wird in die Gießform (3a, 3b) eingelegt, – die Gießform (3a, 3b) wird in dieser ersten Schwenkrichtung in eine zweite Schwenkstellung geschwenkt, die von der ersten Schwenkstellung verschieden ist und bezogen auf diese Grundstellung einen zweiten Schwenkwinkel aufweist, – der mindestens eine Gießtümpel (6a, 6b) wird mit der für das Gießen eines Bauteils vorgesehenen flüssigen Metallschmelze gefüllt, – anschließend wird die Gießform (3a, 3b) zusammen mit dem Gießtümpel (6a, 6b) in einer zweiten, der ersten Schwenkrichtung entgegengesetzten Schwenkrichtung derart in die Grundstellung geschwenkt, dass die flüssige Schmelze zwischen der zweiten Schwenkstellung und der Grundstellung laminar in den Formhohlraum der Gießform (3a, 3b) einfließt.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Grundstellung horizontal orientiert ist und/oder der erste Schwenkwinkel 25° bis 35° oder 40° bis 50° beträgt und/oder dass der zweite Schwenkwinkel 90° ± 20° beträgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Gießtümpel (6a, 6b) vollständig mit der für das Gießen des Bauteils benötigten flüssigen Metallschmelze gefüllt wird, bevor die mindestens eine Gießform (3a, 3b) aus der zweiten Schwenkstellung in die Grundstellung verschwenkt wird und die Metallschmelze in die mindestens eine Gießform (3a, 3b) einfließt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Gießtümpel (6a, 6b) teilweise mit der für das Gießen des Bauteils benötigten flüssigen Metallschmelze gefüllt wird, bevor die mindestens eine Gießform (3a, 3b) aus der zweiten Schwenkstellung, in welcher der zweite Schwenkwinkel 90° ± 20° beträgt, in die Grundstellung verschwenkt wird, und dass die übrige Metallschmelze während des Verschwenkens der mindestens einen Gießform (3a, 3b) aus der zweiten Schwenkstellung in die Grundstellung in den mindestens einen Gießtümpel (6a, 6b) eingefüllt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren gleichzeitig mit mindestens zwei Gießformen (3a, 3b) und mindestens zwei Gießtümpeln (6a, 6b) durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Gießtümpel (6a, 6b) jeweils mittels eines diesem zugeordneten Gießbehälters (5a, 5b), insbesondere mittels einer Gießkelle, mit flüssiger Metallschmelze gefüllt wird oder zwei Gießtümpel (6a, 6b) mittels einer einzelnen Doppelgießkelle gleichzeitig mit flüssiger Metallschmelze gefüllt werden.
Kippgießvorrichtung (1) zum Gießen von Bauteilen, umfassend – mindestens eine Gießform (3a, 3b), die einen Formhohlraum zur Aufnahme einer Metallschmelze definiert und mindestens einen Gießtümpel (6a, 6b) aufweist, der zumindest teilweise mit einer flüssigen Metallschmelze für das Gießen eines Bauteils gefüllt werden kann, – einen Schwenkrahmen (2), an dem die mindestens eine Gießform (3a, 3b) angebracht ist und der um eine Schwenkachse (7) schwenkbar ist, – eine Antriebsvorrichtung (4), mittels derer die Schwenkbewegung des Schwenkrahmens (2) angetrieben werden kann, dadurch gekennzeichnet, dass der Schwenkrahmen (2) und die Antriebsvorrichtung (4) derart ausgebildet sind, dass der Schwenkrahmen (2) aus einer Grundstellung zumindest in einer Schwenkrichtung in eine erste Schwenkstellung und in eine zweite Schwenkstellung verschwenkt werden kann.
Kippgießvorrichtung (1) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Schwenkrahmen (2) und die Antriebsvorrichtung (4) derart ausgebildet sind, dass der Schwenkrahmen (2) aus einer Grundstellung in einer Schwenkrichtung um 90° ± 20° verschwenkt werden kann und aus der Grundstellung in der anderen Schwenkrichtung um 25° bis 35°, vorzugsweise um etwa 30°, verschwenkt werden kann.
Kippgießvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebsvorrichtung (4) einen Elektromotor (40) mit einem Getriebemittel, das mit einem Antriebsritzel gekoppelt ist, und mindestens ein Zahnsegment (41), das mit dem Antriebsritzel in Wirkverbindung steht, aufweist und/oder dass an einer der beiden Stirnseiten oder an jeder der beiden Stirnseiten der Kippgießvorrichtung (1) ein Lagermittel (42) angeordnet ist.