DE102011117789A1

DE102011117789A1 - Casting apparatus for production of engine cylinder heads, has filling tube aperture closure element associated to mold cavity such that discharge opening for metallic material is radially oriented and extended between tube and element

Info

Publication number: DE102011117789A1
Application number: DE102011117789A
Authority: DE
Inventors: Hans-Helmut Becker; Franz Friedrich Butz; Dirk Scheiper; Erhard Stark; Marc Braunhardt
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2011-11-05
Filing date: 2011-11-05
Publication date: 2013-05-08
Anticipated expiration: 2031-11-06
Also published as: DE102011117789B4

Abstract

The apparatus (1) has a reservoir (2) for storing a fluid metallic material (3), connected to a filling tube (4) for introducing metallic material into mold cavity (5) of a mold (6). The filling tube aperture (8) of filling tube is closed by a movable closure element (9) in first functional position and is released partially in second functional position. The closure element of aperture is associated to mold cavity such that, in second functional position, a discharge opening for the metallic material is radially oriented and extended between filling tube and closure element.

Description

Die Erfindung betrifft eine Gießvorrichtung zur Herstellung von Gussbauteilen mit einem Vorratsbehälter für einen fließfähigen metallischen Werkstoff, zumindest einem mit dem Vorratsbehälter verbundenen Füllrohr zum Einbringen des fließfähigen metallischen Werkstoffs in einen Formhohlraum einer Gießform und einem Verschlusselement, welches von einer eine Füllrohröffnung verschließenden ersten Funktionsstellung in eine die Füllrohröffnung zumindest teilweise freigebende zweite Funktionsstellung bewegbar ist.The invention relates to a casting device for the production of cast components with a reservoir for a flowable metallic material, at least one filling tube connected to the reservoir for introducing the flowable metallic material into a mold cavity of a mold and a closure element which from a first functional position closing a filling tube opening into a the filling tube opening is at least partially releasing second functional position movable.

Es sind unterschiedliche Gießverfahren zur Herstellung von Bauteilen, beispielsweise aus Aluminium, sowie entsprechende Gießvorrichtungen, die zur Durchführung derartiger Verfahren geeignet sind, bekannt. Ein Beispiel für Bauteile aus Leichtmetall, insbesondere aus Aluminium, die mithilfe der bekannten Verfahren hergestellt werden können, sind Zylinderköpfe für einen Motor eines Kraftfahrzeugs.There are different casting methods for the production of components, for example made of aluminum, and corresponding casting apparatuses which are suitable for carrying out such methods, known. An example of light metal components, particularly aluminum, that can be manufactured by the known methods are cylinder heads for an engine of a motor vehicle.

Zum Gießen von Zylinderköpfen wird in der Regel das Schwerkraftgießen angewandt. Beim sogenannten Schwerkraftkokillengießen besteht häufig das Problem, dass die flüssige Metallschmelze in Abhängigkeit der Konturvorgabe des Bauteils aus einer relativ großen Fallhöhe in den Formhohlraum einer Gießform (Kokille) eintritt. Durch das Herabfallen der Schmelze können vorlaufende Schmelzezungen entstehen oder es kann zu einem Vorspritzen der Metallschmelze kommen, was eine vorzeitige Ablagerung in dem Formhohlraum begünstigt. Die vorlaufende beziehungsweise vorspritzende Schmelze oxidiert innerhalb weniger Sekunden und bleibt als Fehlstelle (Oxidhaut) im Abguss. Derartige Fehlstellen können die Festigkeit und die Qualität des Bauteils verringern oder beispielsweise durch Undichtigkeiten im Abguss zum Ausschuss führen.For casting cylinder heads, gravity casting is usually used. When so-called gravity die casting is often the problem that the liquid molten metal enters depending on the contour specification of the component from a relatively large drop height in the mold cavity of a mold (mold). The melting of the melt may result in the formation of leading melting tongues or premelting of the molten metal, which promotes premature deposition in the mold cavity. The leading or pre-spraying melt oxidizes within a few seconds and remains as a defect (oxide skin) in the cast. Such defects can reduce the strength and quality of the component or, for example, lead to rejects due to leaks in the casting.

Die vorstehend genannten Probleme, die häufig beim Schwerkraftkokillengießen auftreten, können zum Beispiel durch eine im Wesentlichen laminare Füllung des Formhohlraums mit der Schmelze vermieden werden. Eine laminare Füllung des Formhohlraums kann beispielsweise dadurch erreicht werden, dass die heiße nachlaufende Metallschmelze kontrolliert von unten nach oben in den Formhohlraum eingefüllt wird. Dafür muss die Gießvorrichtung allerdings entsprechend konstruktiv ausgeführt sein, wobei Einschränkungen, die insbesondere durch die Gussteilgeometrie und durch die Gussteilanforderungen bedingt sind, berücksichtigt werde müssen.The above-mentioned problems which frequently occur in gravity die casting can be avoided, for example, by a substantially laminar filling of the mold cavity with the melt. A laminar filling of the mold cavity can be achieved, for example, by filling the hot trailing molten metal in a controlled manner from bottom to top into the mold cavity. For this, however, the casting apparatus must be designed in a correspondingly constructive manner, whereby restrictions which are in particular caused by the casting geometry and by the casting requirements must be taken into account.

Bei der Herstellung von Zylinderköpfen aus Aluminium sind allerdings Gießverfahren mit einer Füllung der Gießform von oben weit verbreitet. Ausschlaggebend hierfür sind die vergleichsweise hohen Anforderungen, die an die Festigkeit und an die sonstigen mechanischen Eigenschaften der Zylinderköpfe im Brennraumbereich des Motors gestellt werden, welcher bei der Herstellung im Allgemeinen in einem unteren Bereich des Formhohlraums liegt. Dadurch kann eine schnelle Erstarrung, die den Dendritenarmabstand sowie die Festigkeit des Bauteils positiv beeinflusst, erreicht werden. Bei der Füllung der Gießform von oben wird die heiße nachlaufende Schmelze von oben nachgeführt und bei stetig steigendem Füllstand wird so der Boden des Formhohlraums nicht mehr erreicht. Im Vergleich dazu fließt bei einer steigenden Formfüllung von unten die Schmelze immer wieder über den Boden des Formhohlraums hinweg, sodass eine vorteilhafte schnelle Erstarrung der Schmelze im Brennraumbereich erschwert wird.In the production of aluminum cylinder heads, however, casting methods with filling of the casting mold from above are widely used. This is due to the comparatively high demands that are placed on the strength and the other mechanical properties of the cylinder heads in the combustion chamber region of the engine, which is generally in a lower region of the mold cavity during manufacture. As a result, a rapid solidification, which positively influences the Dendritenarmabstand and the strength of the component can be achieved. When filling the mold from above, the hot trailing melt is tracked from above and with steadily rising level so the bottom of the mold cavity is no longer achieved. In comparison, with an increasing mold filling from below, the melt repeatedly flows over the bottom of the mold cavity, so that an advantageous rapid solidification of the melt in the combustion chamber region is made more difficult.

Es ist somit grundsätzlich wünschenswert, bei einer Füllung des Formhohlraums von oben möglichst einen laminaren Schmelzeverlauf zu erzielen, um die hohen mechanischen Anforderungen, die an Aluminium-Zylinderköpfe gestellt werden, zu erfüllen, und gleichzeitig das Auftreten von Fehlstellen im Abguss zu vermeiden.It is thus fundamentally desirable to achieve a laminar melt progression as far as possible when filling the mold cavity from above, in order to meet the high mechanical requirements imposed on aluminum cylinder heads, and at the same time to avoid the occurrence of imperfections in the cast.

Eine Gießvorrichtung der eingangs genannten Art ist bereits aus der DE 10 2007 011 253 A1 bekannt. Hierbei wird ein fließfähiger metallischer Werkstoff durch ein als Injektor ausgebildetes. und in dem Formhohlraum angeordnetes Füllrohr direkt in den Formhohlraum einer Gießform eingebracht. Zur Einleitung des Werkstoffs weist der mit einem Vorratsbehälter für den Werkstoff verbundene Injektor im unteren Bereich zumindest eine Öffnung auf. Um ein ungewolltes Austreten von Werkstoff zu vermeiden, weist die Gießvorrichtung ein Verschlusselement auf, mittels dessen die als Verbindungsöffnung zum Vorratsbehälter ausgebildete Injektoröffnung verschließbar ist. Hierdurch wird ein Austreten des sich noch im Injektor befindlichen Werkstoffs durch einen Unterdruck verhindert.A casting device of the type mentioned is already out of the DE 10 2007 011 253 A1 known. Here, a flowable metallic material is formed by an injector. and in the mold cavity arranged filling tube introduced directly into the mold cavity of a mold. For introducing the material, the injector connected to a storage container for the material has at least one opening in the lower area. In order to avoid an unintentional leakage of material, the casting device has a closure element, by means of which the injection opening formed as a connection opening to the reservoir can be closed. As a result, leakage of the material still in the injector is prevented by a negative pressure.

Weitere Gießvorrichtungen zur Herstellung von Gussbauteilen sind aus der DE 36 21 334 C1 , der DE 103 27 165 B4 und der US 4,549,600 A bekannt.Other casting devices for the production of cast components are known from DE 36 21 334 C1 , of the DE 103 27 165 B4 and the US 4,549,600 A known.

Vor diesem Hintergrund ist es Aufgabe der Erfindung, eine Gießvorrichtung zur Verfügung zu stellen, mittels welcher trotz eines geringen Anlagenaufwands qualitativ hochwertige Gussbauteile hergestellt werden können.Against this background, it is an object of the invention to provide a casting apparatus, by means of which, despite a low investment costs, high-quality cast components can be produced.

Diese Aufgabe wird gelöst mit einer Gießvorrichtung gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 1. Die Unteransprüche betreffen besonders zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung.This object is achieved with a casting apparatus according to the features of claim 1. The subclaims relate to particularly expedient developments of the invention.

Erfindungsgemäß ist also eine Gießvorrichtung vorgesehen, bei welcher das Verschlusselement der im Formhohlraum angeordneten Füllrohröffnung des Füllrohrs zugeordnet ist und die Gießvorrichtung in der zweiten Funktionsstellung des Verschlusselements eine radial ausgerichtete und sich zwischen dem Füllrohr und dem Verschlusselement erstreckende Austrittsöffnung für den fließfähigen metallischen Werkstoff aufweist. Durch das Verschließen der im Schwerkraftfeld der Erde unten angeordneten Füllrohröffnung wird ein Leerlaufen des Füllrohrs verhindert. Ein Entstehen von Verunreinigungen im Füllrohr kann hierdurch vermieden werden. Die Schmelze wird durch die Ausbildung der radialen Austrittsöffnung innerhalb des Füllrohrs umgelenkt. Durch diese Umlenkung wird die Austrittsgeschwindigkeit der aus dem Füllrohr bzw. aus der Austrittsöffnung ausströmenden Schmelze reduziert. Durch diese reduzierte Strömungsgeschwindigkeit entstehen beim Einströmen des Werkstoffs in den Formhohlraum weniger Turbulenzen und somit wird auch die Anzahl der die Qualität und Festigkeit des Gussbauteils beeinflussenden Fehlstellen minimiert.According to the invention, therefore, a casting device is provided in which the Closing element is associated with the arranged in the mold cavity filling tube opening of the filling tube and the casting device in the second functional position of the closure member has a radially aligned and extending between the filling tube and the closure element outlet opening for the flowable metallic material. By closing the filling in the gravitational field of the earth down the filling tube opening an idling of the filling tube is prevented. A build-up of contamination in the filling tube can be avoided thereby. The melt is deflected by the formation of the radial outlet opening within the filling tube. As a result of this deflection, the exit speed of the melt flowing out of the filling tube or out of the outlet opening is reduced. As a result of this reduced flow velocity, as the material flows into the mold cavity, less turbulence is produced, and thus the number of defects affecting the quality and strength of the cast component is also minimized.

Eine besonders vorteilhafte Weiterbildung der vorliegenden Erfindung wird auch dadurch geschaffen, dass die Gießvorrichtung und die Gießform derart relativ zueinander verfahrbar sind, dass bei einer Befüllung des Formhohlraums mit dem fließfähigen metallischen Werkstoff die radial ausgerichtete Austrittsöffnung stets unterhalb des aufsteigenden Badspiegels angeordnet ist. Hierdurch wird einerseits erreicht, dass die Metallschmelze möglichst nah an dem Punkt in den Formhohlraum eingebracht wird, an welchem diese erstarren soll. Hieraus resultieren geringere Gießtemperaturen, erhöhte Erstarrungsgeschwindigkeiten und dadurch kleinere Dendritenarmabstände sowie höhere Festigkeiten. Durch die Umlenkung der Schmelze und das seitliche Ausströmen der Schmelze kann der Werkstoff in einer Richtung, die möglichst parallel zu der vom Badspiegel definierten Ebene liegt, aus der Gießvorrichtung bzw. aus dem Füllrohr austreten, wodurch wiederum Turbulenzen in dem Schmelzebad vermieden werden. Werden die Füllrohre mit der gleichen Geschwindigkeit bewegt wie das Schmelzebad in dem Formhohlraum steigt, wird eine Formfüllung erreicht, bei der keine Verwirbelungen und kein Lufteintrag in der Schmelze stattfinden. Außerdem wird eine schichtweise Formfüllung erzielt. Die heißeste Schmelze befindet sich dann immer auf Höhe des Füllrohrs bzw. der Füllrohröffnung und wird in Richtung des Gießformbodens immer kälter. Ein Vorspritzen der Schmelze und hieraus resultierende Fehlstellen, insbesondere Oxideinschlüsse im Bauteil, werden verhindert. Durch die genannte Temperaturverteilung wird eine gerichtete Erstarrung im Gussbauteil gewährleistet und damit bei kleinen Speisern eine schnelle Erstarrung und ein lunkerfreies Gefüge sichergestellt.A particularly advantageous embodiment of the present invention is also provided in that the casting device and the mold are movable relative to each other such that when filling the mold cavity with the flowable metallic material, the radially aligned outlet opening is always located below the rising bath level. This on the one hand ensures that the molten metal is introduced as close as possible to the point in the mold cavity at which it should solidify. This results in lower casting temperatures, increased solidification rates and thus smaller Dendritenarmabstände and higher strengths. As a result of the deflection of the melt and the lateral outflow of the melt, the material can emerge from the casting device or from the filling tube in a direction which is as parallel as possible to the plane defined by the bath mirror, which in turn avoids turbulence in the melt bath. If the filling tubes are moved at the same speed as the melt bath in the mold cavity increases, a mold filling is achieved in which no turbulence and no air in the melt take place. In addition, a layered mold filling is achieved. The hottest melt is then always at the level of the filling tube or the filling tube opening and becomes increasingly colder in the direction of the casting mold bottom. Pretreatment of the melt and resulting defects, in particular oxide inclusions in the component, are prevented. Due to the mentioned temperature distribution a directional solidification is ensured in the cast component and thus ensures a fast solidification and a lunkerfreies microstructure in small feeders.

Insbesondere zur Herstellung von Gussbauteilen aus Aluminium hat sich eine Verwendung von im Stand der Technik üblicherweise verwendeten Füllrohren aus Stahl als problematisch erwiesen. Durch das im Stahl enthaltene Eisen kommt es aufgrund von chemischen Reaktionen mit der Aluminiumschmelze zu Beschädigungen an der Füllrohrwand. Außerdem kann es aufgrund der hohen Temperaturen der Schmelze zu Gefügeveränderungen im Material des Füllrohrs kommen. Deshalb hat sich die Verwendung von verschleißfesten Werkstoffen wie beispielsweise Wolfram und/oder Molybdän als Material für das Füllrohr als besonders vorteilhaft erwiesen.In particular, for the production of cast components from aluminum, a use of filling tubes made of steel commonly used in the art has proven to be problematic. The iron contained in the steel causes damage to the filling tube wall due to chemical reactions with the aluminum melt. In addition, due to the high temperatures of the melt structural changes in the material of the filling tube can occur. Therefore, the use of wear-resistant materials such as tungsten and / or molybdenum has proved to be particularly advantageous as a material for the filling tube.

Eine andere besonders zweckmäßige Weiterbildung der Erfindung wird auch dadurch geschaffen, dass sich die radiale Austrittsöffnung über den gesamten Umfang des Füllrohrs erstreckt. Hierdurch kann der fließfähige metallische Werkstoff besonders gleichmäßig und in alle Richtungen in die durch den Badspiegel definierte Ebene verteilt werden.Another particularly advantageous development of the invention is also provided by the fact that the radial outlet opening extends over the entire circumference of the filling tube. As a result, the flowable metallic material can be distributed particularly uniformly and in all directions into the plane defined by the bath level.

Erfindungsgemäß ist weiterhin vorgesehen, dass das Verschlusselement einen koaxial zum Füllrohr angeordneten Schaft und einen mit dem Schaft verbundenen, die Füllrohröffnung in der ersten Funktionsstellung verschließenden und quer zum Schaft angeordneten Teller aufweist, wobei das Verschlusselement durch eine translatorische Bewegung von der ersten Funktionsstellung in die zweite Funktionsstellung überführbar ist. Mittels des Schafts kann der Teller sowohl in der ersten Funktionsstellung als auch in der zweiten Funktionsstellung angeordnet werden. Um den Austritt von Schmelze durch den in der ersten Funktionsstellung angeordneten Teller prozesssicher verhindern zu können, ist ein Außendurchmesser des Tellers größer ausgebildet als ein Durchmesser der Füllrohröffnung, vorzugsweise größer als ein Außendurchmesser des Füllrohrs. Durch die translatorische Bewegung des Verschlusselements bzw. des Schafts wird der Teller in axialer Richtung des Füllrohrs in die zweite Funktionsstellung bewegt, in welcher sich der Teller in einem vorbestimmten Abstand von der Füllrohröffnung befindet. Der zunächst in axialer Richtung durch das Füllrohr strömende metallische Werkstoff trifft nach Verlassen des Füllrohrs durch die Füllrohröffnung auf den beabstandet zum Füllrohr und quer zur Strömungsrichtung angeordneten Teller, wird durch diesen umgelenkt und tritt dann seitlich aus der radialen Austrittsöffnung aus. Durch die translatorische Bewegung des Verschlusselements kann eine einfache und prozesssichere Verlagerung und Positionierung des Tellers relativ zum Füllrohr bzw. zur Füllrohröffnung gewährleistet werden.According to the invention, it is further provided that the closure element has a shaft arranged coaxially with the filling tube and a plate which closes the filling tube opening in the first functional position and is arranged transversely to the shaft, the closure element being displaced from the first functional position to the second position by a translatory movement Function position can be transferred. By means of the shaft, the plate can be arranged both in the first functional position and in the second functional position. In order to be able to reliably prevent the escape of melt through the plate arranged in the first functional position, an outer diameter of the plate is made larger than a diameter of the filling tube opening, preferably larger than an outer diameter of the filling tube. By the translational movement of the closure element or the shaft of the plate is moved in the axial direction of the filling tube in the second functional position in which the plate is at a predetermined distance from the filling tube opening. The initially flowing in the axial direction through the filler tube metallic material meets after leaving the filling tube through the Füllrohröffnung on the spaced from the filling tube and arranged transversely to the flow direction plate, is deflected by this and then exits laterally from the radial outlet opening. By the translational movement of the closure element, a simple and process-reliable displacement and positioning of the plate relative to the filling tube or to the filling tube opening can be ensured.

Dabei erweist es sich als besonders vorteilhaft, dass ein Abstand des Tellers von der Füllrohröffnung in der zweiten Funktionsstellung einstell- und/oder veränderbar ist. Hierdurch lassen sich die Abmessungen der radialen Austrittsöffnung vorzugsweise stufenlos einstellen und auch während des Befüllvorgangs verändern. Die Strömungsgeschwindigkeit und der Volumenstrom des aus dem Füllrohr in den Formhohlraum strömenden metallischen Werkstoffs können hierdurch reguliert werden.It proves to be particularly advantageous that a distance of the plate from the filling tube opening in the second functional position adjustable and / or changeable. As a result, the dimensions of the radial outlet opening can preferably be adjusted continuously and also changed during the filling process. The flow velocity and the volume flow of the metallic material flowing out of the filling tube into the mold cavity can thereby be regulated.

Eine bauraumoptimierte und prozesssichere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass der Schaft im Inneren des hülsenförmigen rotationssymmetrischen Füllrohrs angeordnet ist. Hierbei ist der Durchmesser des zylinderförmigen Schafts kleiner als ein Innendurchmesser des hülsenförmigen Füllrohrs, sodass ein ausreichend großer Abstand für den Durchtritt des fließfähigen Werkstoffs verbleibt.A construction space-optimized and process-reliable embodiment of the invention provides that the shaft is arranged in the interior of the sleeve-shaped rotationally symmetrical filling tube. Here, the diameter of the cylindrical shaft is smaller than an inner diameter of the tubular filling tube, so that a sufficiently large distance for the passage of the flowable material remains.

Eine weitere zweckmäßige Variante der erfindungsgemäßen Gießvorrichtung wird auch dadurch geschaffen, dass ein Übergangsbereich zwischen dem Schaft und einem orthogonal zum Schaft angeordneten Randbereich des Tellers zur Umlenkung des fließfähigen metallischen Werkstoffs zumindest teilweise abgeschrägt oder konkav ausgebildet ist. Durch diese strömungsoptimierte Ausgestaltung des Verschlusselements kann die Schmelze, ohne Turbulenzen zu verursachen, umgelenkt werden, sodass die Schmelze mit einer definierten Strömungsgeschwindigkeit und Strömungsrichtung ohne Verwirbelungen und Lufteinschlüsse schichtweise in dem Formhohlraum eingebracht werden.A further expedient variant of the pouring device according to the invention is also provided in that a transition region between the shank and an edge region of the plate arranged orthogonally to the shank is at least partially chamfered or concave in order to deflect the flowable metallic material. As a result of this flow-optimized design of the closure element, the melt can be deflected without causing turbulence, so that the melt is introduced in layers into the mold cavity at a defined flow velocity and flow direction without turbulence and air inclusions.

Um ein ungewolltes Austreten von Schmelze aus der Füllrohröffnung zu verhindern, ist vorgesehen, dass ein dem Füllrohr zugewandter Flächenabschnitt des Tellers und eine stirnseitige Füllrohrwandfläche aufeinander abgestimmte Konturen aufweisen, welche derart ausgestaltet sind, dass die beiden Konturen in einer ersten Funktionsstellung dichtend aneinander anliegen. Dabei kann die Füllrohrwandfläche den Teller im abgeschrägten oder abgerundeten bzw. konvexen Übergangsbereich zwischen dem Schaft und dem Teller, aber auch in einem im Wesentlichen orthogonal zum Schaft ausgerichteten Tellerrandbereich kontaktieren. Wesentlich hierbei ist, dass ein Austritt Von Schmelze durch einen umlaufenden Linien- oder Flächenkontakt verhindert wird.In order to prevent an unwanted escape of melt from the filling tube opening, it is provided that a surface portion of the plate facing the filling tube and an end Füllrohrwandfläche matched contours, which are designed such that the two contours sealingly abut each other in a first functional position. In this case, the Füllrohrwandfläche the plate contact in the tapered or rounded or convex transition region between the shaft and the plate, but also in a substantially orthogonal to the shaft aligned Tellerrandbereich. What is essential here is that leakage from the melt is prevented by a circumferential line or surface contact.

Eine translatorische Bewegung des Verschlusselements kann besonders einfach und störungsfrei dadurch gewährleistet werden, dass der Schaft des Verschlusselements mit einer Antriebseinheit gekoppelt ist. Hierbei ist die Antriebseinheit beispielsweise als Lineareinheit ausgebildet. Für die industrielle Herstellung der Gussbauteile erweist es sich weiterhin als vorteilhaft, wenn die Gießvorrichtung eine Aufnahme für einen Roboter oder Manipulator aufweist. Erfindungsgemäß kann außerdem vorgesehen sein, dass zwischen dem Schaft des Verschlusselements und der Antriebseinheit entweder ein Kühlkörper oder eine Isolierung vorgesehen ist. Durch den Kühlkörper kann die von dem Schaft aufgenommene Wärme an die Umgebung abgegeben werden, während durch eine Isolierung eine Erwärmung der Antriebseinheit durch den erwärmten Schaft verhindert werden kann.A translational movement of the closure element can be ensured in a particularly simple and trouble-free manner by virtue of the fact that the shaft of the closure element is coupled to a drive unit. Here, the drive unit is designed for example as a linear unit. For the industrial production of the cast components, it also proves to be advantageous if the casting device has a receptacle for a robot or manipulator. According to the invention, it can also be provided that either a heat sink or an insulation is provided between the shaft of the closure element and the drive unit. Through the heat sink, the heat absorbed by the shaft can be released to the environment, while insulation can prevent heating of the drive unit by the heated shaft.

Die Erfindung lässt zahlreiche Ausführungsformen zu. Zur weiteren Verdeutlichung ihres Grundprinzips ist eine davon in der Zeichnung dargestellt und wird nachfolgend beschrieben.The invention allows numerous embodiments. To further clarify its basic principle, one of them is shown in the drawing and will be described below.

Diese zeigt inThis shows in

1 eine Gießvorrichtung zur Herstellung von Gussbauteilen in einer Prinzipdarstellung vor dem Einbringen eines fließfähigen metallischen Werkstoffs in den Formhohlraum einer Gießform; 1 a casting device for the production of cast components in a schematic representation before the introduction of a flowable metallic material in the mold cavity of a mold;

2 die Gießvorrichtung aus 1 während des Einbringens des fließfähigen metallischen Werkstoffs in den Formhohlraum der Gießform; 2 the pouring device 1 during the introduction of the flowable metallic material into the mold cavity of the mold;

3 die Einzelheit I aus 1 in einer vergrößerten Darstellung; 3 the detail I off 1 in an enlarged view;

4 die Einzelheit II aus 2 in einer vergrößerten Darstellung. 4 detail II 2 in an enlarged view.

Die 1 und 2 zeigen eine Gießvorrichtung 1 zur Herstellung von Gussbauteilen mit einem Vorratsbehälter 2 für einen fließfähigen metallischen Werkstoff 3 in einer Prinzipdarstellung. Die Gießvorrichtung 1 weist zwei mit dem Vorratsbehälter 2 verbundene und als Injektor ausgebildete Füllrohre 4 auf, mittels welchen der fließfähige metallische Werkstoff 3 aus dem Vorratsbehälter 2 in einen in den 1 und 2 stark vereinfacht dargestellten Formhohlraum 5 einer Gießform 6 eingebracht wird. Die Füllrohre 4 erstrecken sich jeweils durch eine Öffnung 7 in der Gießform 6 bis in den Formhohlraum 5 hinein. Einer im Formhohlraum 5 angeordneten, im Schwerkraftfeld der Erde unteren Füllrohröffnung 8 der Füllrohre 4 ist jeweils ein Verschlusselement 9 zugeordnet. Das Verschlusselement 9 ist von einer die Füllrohröffnung 8 verschließenden ersten Funktionsstellung in eine die Füllrohröffnung 8 zumindest teilweise freigebende zweite Funktionsstellung bewegbar.The 1 and 2 show a casting device 1 for the production of cast components with a storage container 2 for a flowable metallic material 3 in a schematic diagram. The casting device 1 has two with the reservoir 2 connected and trained as an injector filling tubes 4 on, by means of which the flowable metallic material 3 from the reservoir 2 in one in the 1 and 2 greatly simplified illustrated mold cavity 5 a mold 6 is introduced. The filling pipes 4 each extend through an opening 7 in the mold 6 into the mold cavity 5 into it. One in the mold cavity 5 arranged in the gravitational field of the earth bottom Füllrohröffnung 8th the filling tubes 4 is in each case a closure element 9 assigned. The closure element 9 is one of the filling tube opening 8th closing first functional position in a filling tube opening 8th at least partially releasing second functional position movable.

Die 1 und 3 zeigen das Verschlusselement 9 in der ersten Funktionsstellung und die 2 und 4 das Verschlusselement 9 in der zweiten Funktionsstellung. Das Verschlusselement 9 besteht aus einem koaxial zum Füllrohr 4 und im Inneren des rotationssymmetrischen Füllrohrs 4 angeordneten Schaft 10 sowie einem mit dem Schaft 10 verbundenen, die Füllrohröffnung 8 in der ersten Funktionsstellung verschließenden und quer zum Schaft 10 angeordneten Teller 11.The 1 and 3 show the closure element 9 in the first functional position and the 2 and 4 the closure element 9 in the second functional position. The closure element 9 consists of a coaxial with the filling tube 4 and inside the rotationally symmetrical filling tube 4 arranged shaft 10 and one with the shaft 10 connected, the filling tube opening 8th in the closing the first functional position and transverse to the shaft 10 arranged plate 11 ,

Während einer Bewegung des Verschlusselements 9 von der ersten in die zweite Funktionsstellung führt dieses eine translatorische Bewegung aus. Die translatorische Bewegung wird durch eine mit dem Schaft 10 des Verschlusselements 9 gekoppelte und als Lineareinheit ausgebildete Antriebseinheit 12 erzeugt. Zwischen dem Schaft 10 und der Antriebseinheit 12 ist ein Kühlkörper 13 bzw. eine Isolierung 14 vorgesehen. Weiterhin weist die Gießvorrichtung 1 eine Aufnahme 15 für einen nicht dargestellten Roboter oder eine ebenfalls nicht dargestellte Mechanisierungseinheit auf.During a movement of the closure element 9 from the first to the second functional position this performs a translational movement. The translational movement is made by one with the shaft 10 the closure element 9 coupled and designed as a linear unit drive unit 12 generated. Between the shaft 10 and the drive unit 12 is a heat sink 13 or an insulation 14 intended. Furthermore, the casting device 1 a recording 15 for a robot, not shown, or a mechanization unit, also not shown.

Zur Herstellung eines Gussbauteils wird zunächst die Gießvorrichtung 1 relativ zu der Gießform 6 bewegt. Infolge dieser Bewegung tauchen die Füllrohre 4 der Gießvorrichtung 1 durch die Öffnung 7 in den Formhohlraum 5 der Gießform 6 ein. Die Verschlusselemente 9 der Füllrohre 4 befinden sich in der ersten Funktionsstellung, in welcher die Füllrohröffnungen 8 dichtend verschlossen sind (1).To produce a cast component, the casting apparatus is first of all 1 relative to the mold 6 emotional. As a result of this movement, the filling tubes dip 4 the casting device 1 through the opening 7 into the mold cavity 5 the mold 6 one. The closure elements 9 the filling tubes 4 are in the first functional position, in which the filling tube openings 8th sealed ( 1 ).

Wenn sich die Füllrohröffnungen 8 der Füllrohre 4 bzw. die Verschlusselemente 9 unmittelbar oberhalb des Formhohlraumbodens 16 befinden, werden die Verschlusselemente 9 durch eine translatorische Bewegung in die zweite Funktionsstellung überführt. In dieser zweiten Funktionsstellung bildet sich zwischen dem Füllrohr 4 bzw. der Füllrohröffnung 8 und dem Teller 11 des Verschlusselements 9 eine sich radial erstreckende Austrittsöffnung 17 aus. Die radiale Austrittsöffnung 17 erstreckt sich über den gesamten Umfang des Füllrohrs 4, ist also umlaufend ausgebildet. Der als Metallschmelze ausgebildete Werkstoff 3 strömt also entsprechend den in 2 und 4 dargestellten Richtungspfeilen in bzw. unterhalb einer von einem Badspiegel 18 der Metallschmelze gebildeten Ebene in den Formhohlraum 5 ein.When the filling tube openings 8th the filling tubes 4 or the closure elements 9 immediately above the mold cavity floor 16 are the shutter elements 9 transferred by a translational movement in the second functional position. In this second functional position is formed between the filling tube 4 or the filling tube opening 8th and the plate 11 the closure element 9 a radially extending outlet opening 17 out. The radial outlet opening 17 extends over the entire circumference of the filling tube 4 , is thus formed circumferentially. The formed as a molten metal material 3 flows accordingly in the 2 and 4 shown directional arrows in or below one of a bathroom mirror 18 the molten metal formed plane in the mold cavity 5 one.

Wenn der steigende Badspiegel 18 der Metallschmelze die Enden der Füllrohre 4 erreicht, werden diese bzw. die Gießvorrichtung 1 entsprechend der Geschwindigkeit des aufsteigenden Badspiegels 18 nach oben und relativ zur Gießform 6 bewegt und zwar derart, dass sich die als umlaufender Schlitz ausgebildete radiale Austrittsöffnung 17 stets unterhalb des Badspiegels 18 befindet. Der durch das Verschlusselement 9 einströmende metallische Werkstoff 3 wird also unterhalb der durch den Badspiegel 18 definierten Ebene in den Formhohlraum 5 eingeleitet. Durch eine Veränderung des Abstands a zwischen dem Füllrohr 4 bzw. der Füllrohröffnung 8 und dem Teller 11 des Verschlusselements 9 können die Abmessungen der radialen Austrittsöffnung 17 eingestellt werden. Hierdurch kann sowohl der Volumenstrom als auch die Strömungsgeschwindigkeit des einströmenden Werkstoffs 3 eingestellt oder verändert werden.When the rising bathroom level 18 the molten metal the ends of the filling tubes 4 achieved, this or the casting device 1 according to the speed of the rising bath level 18 upwards and relative to the casting mold 6 moved in such a way that the trained as a circumferential slot radial outlet opening 17 always below the bathroom mirror 18 located. The through the closure element 9 inflowing metallic material 3 So it is below the level of the bathroom 18 defined plane in the mold cavity 5 initiated. By changing the distance a between the filling tube 4 or the filling tube opening 8th and the plate 11 the closure element 9 can measure the dimensions of the radial outlet 17 be set. In this way, both the volume flow and the flow velocity of the inflowing material 3 be set or changed.

Wie insbesondere in den 3 und 4 gut zu erkennen ist, ist ein Übergangsbereich 19 zwischen dem Schaft 10 und einem orthogonal zum Schaft 10 angeordneten Randbereich 20 des Tellers 11 abgeschrägt ausgebildet. Ein dem Füllrohr 4 zugewandter Flächenabschnitt 21 des Tellers 11 und eine stirnseitige Füllrohrfläche 22 weisen aufeinander abgestimmte Konturen auf. Die beiden Konturen liegen in der ersten Funktionsstellung dichtend aneinander.As in particular in the 3 and 4 is clearly visible, is a transitional area 19 between the shaft 10 and one orthogonal to the shaft 10 arranged edge area 20 of the plate 11 bevelled trained. A the filling tube 4 facing surface section 21 of the plate 11 and a front Füllrohrfläche 22 have coordinated contours. The two contours lie sealingly together in the first functional position.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11: Gießvorrichtungcaster
22: Vorratsbehälterreservoir
33: Werkstoffmaterial
44: Füllrohrfilling pipe
55: Formhohlraummold cavity
66: Gießformmold
77: Öffnungopening
88th: Füllrohröffnungstuffing horn
99: Verschlusselementclosure element
1010: Schaftshaft
1111: TellerPlate
1212: Antriebseinheitdrive unit
1313: Kühlkörperheatsink
1414: Isolierunginsulation
1515: Aufnahmeadmission
1616: FormhohlraumbodenMold cavity floor
1717: Austrittsöffnungoutlet opening
1818: BadspiegelBathroom mirror
1919: ÜbergangsbereichTransition area
2020: Randbereichborder area
2121: Flächenabschnittsurface section
2222: FüllrohrflächeFüllrohrfläche

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 102007011253 A1 [0007]
DE 3621334 C1 [0008]
DE 10327165 B4 [0008]
US 4549600 A [0008]

Claims

Casting device ( 1 ) for the production of cast components with a reservoir ( 2 ) for a flowable metallic material ( 3 ), at least one with the reservoir ( 2 ) connected filling tube ( 4 ) for introducing the flowable metallic material ( 3 ) in a mold cavity ( 5 ) of a casting mold ( 6 ) and a closure element ( 9 ), which from one a Füllrohröffnung ( 8th ) Closing first functional position in a filling tube opening ( 8th ) at least partially releasing second functional position is movable, characterized in that the closure element ( 9 ) in the mold cavity ( 5 ) arranged filling tube opening ( 8th ) of the filling tube ( 4 ) and the casting device ( 1 ) in the second functional position of the closure element ( 9 ) a radially aligned and between the filling tube ( 4 ) and the closure element ( 9 ) extending exit opening ( 17 ) for the flowable metallic material ( 3 ) having.

Casting device ( 1 ) according to claim 1, characterized in that the casting device ( 1 ) and the mold ( 6 ) are movable relative to one another such that upon filling of the mold cavity ( 5 ) with the flowable metallic material ( 3 ) the radially aligned outlet opening ( 17 ) always below the rising bath level ( 18 ) is arranged.

Casting device ( 1 ) according to claims 1 or 2, characterized in that the filling tube ( 4 ) is of tungsten and / or molybdenum.

Casting device ( 1 ) according to at least one of the preceding claims, characterized in that the radial outlet opening ( 17 ) over the entire circumference of the filling tube ( 4 ).

Casting device ( 1 ) according to at least one of the preceding claims, characterized in that the closure element ( 9 ) a coaxial with the filling tube ( 4 ) arranged shaft ( 10 ) and one with the shaft ( 10 ), the filling tube opening ( 8th ) closing in the first functional position and transversely to the shaft ( 10 ) arranged plates ( 11 ), wherein the closure element ( 9 ) Can be converted by a translational movement of the first functional position in the second functional position.

Casting device ( 1 ) according to at least one of the preceding claims, characterized in that a distance of the plate ( 11 ) from the filling tube opening ( 8th ) is adjustable and / or changeable in the second functional position.

Casting device ( 1 ) according to at least one of the preceding claims, characterized in that the shaft ( 10 ) inside the sleeve-shaped filling tube ( 4 ) is arranged.

Casting device ( 1 ) according to at least one of the preceding claims, characterized in that a transition region ( 19 ) between the shaft ( 10 ) and one orthogonal to the shaft ( 10 ) arranged edge region ( 20 ) of the plate ( 11 ) for deflecting the flowable metallic material ( 3 ) is at least partially bevelled or concave.

Casting device ( 1 ) according to at least one of the preceding claims, characterized in that a filling tube ( 4 ) facing surface portion ( 21 ) of the plate ( 11 ) and a front-side Füllrohrfläche ( 22 ) Contoured contours, which are designed such that the two contours sealingly abut each other in a first functional position.

Casting device ( 1 ) according to at least one of the preceding claims, characterized in that the shaft ( 10 ) of the closure element ( 9 ) with a drive unit ( 12 ) and / or that between the shaft ( 10 ) of the closure element ( 9 ) and the drive unit ( 12 ) a heat sink ( 13 ) and / or insulation ( 14 ) is provided.