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Die Erfindung betrifft eine Schleudergussvorrichtung, umfassend eine drehbar gelagerte und angetriebene Welle, die drehfest mit einer Kokillenaufnahme verbunden ist, wobei in der Kokillenaufnahme eine Kokille angeordnet ist, wobei Mittel zur Erzeugung einer Luftströmung an mindestens einer Oberfläche der Kokille und/oder der Kokillenaufnahme vorhanden sind.
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Leichtmetalle werden zumeist in Blöcken gegossen und anschließend durch Schmieden und/oder mehrmaliges Auswalzen verfestigt. Zwischen den einzelnen Arbeitsgängen sind aufwändige Glühprozesse erforderlich.
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Alternativ kommt eine gattungsgemäße Schleudergussvorrichtung zum Einsatz, wenn rotationssymmetrische Bauteile hergestellt werden müssen. Hierzu wird flüssiges Metall in eine um ihre Mittelachse rotierende Gussform (Kokille) gefüllt. Durch reibungsbedingte Schubkräfte wird die Schmelze bei Rotation der Kokille ebenfalls in Rotation versetzt und durch die Zentrifugalkraft an die Wandung der Kokille gepresst. Die Drehzahl der Kokille wird so gewählt, dass hinreichend hohe Zentrifugalkräfte wirken, unter denen die Schmelze erstarrt.
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Verglichen mit dem statischen Gießverfahren entsteht bei hinreichend hohen Drehzahlen der Kokille so ein Metallgefüge mit wesentlich weniger Poren, Lunkern und einem höheren Reinheitsgrad. Dies führt zu einer erhöhten Festigkeit des Materials. Die Außenkontur des Bauteils wird durch die Innengeometrie der Kokille definiert.
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Bei Schleudergießen wird typischerweise zwischen den Abgüssen mit Spritzwasser gekühlt. Dieser Arbeitsgang erfordert nachteilig Zeit und hat einen hohen Wasserverbrauch zur Folge.
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Die nasse Umgebung an der Schleudergussvorrichtung führt im Zusammenwirken mit der Verdampfung des Wassers bzw. Verschmutzung durch Schlichte, Metalldämpfe und Schlacken zu einem unattraktiven Arbeitsplatz.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine gattungsgemäßes Schleudergussvorrichtung zu schaffen, mit der die genannten Nachteile vermieden werden können. Es soll also eine verbesserte Kühlung auch ohne Einsatz von Kühlwasser erreicht werden. Die Vorrichtung soll so in einfacher Weise sauber gehalten werden können, der Verschmutzungsgrad am entsprechenden Arbeitsplatz soll demgemäß vermindert werden.
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Die Lösung dieser Aufgabe durch die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass für die Luftströmung ein Strömungskanal gebildet wird, der zwischen einer radial außenliegenden Oberfläche der Kokille und einer radial innenliegenden Oberfläche der Kokillenaufnahme verläuft, wobei die radial außenliegende Oberfläche der Kokille mindestens einen wendelförmig verlaufenden Steg aufweist.
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Die Mittel zur Erzeugung einer Luftströmung umfassen dabei bevorzugt ein Radialgebläse. Dieses kann ein Schaufel- oder Gebläserad aufweisen, das drehfest mit der Welle und/oder mit der Kokillenaufnahme verbunden ist.
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Das Schaufel- oder Gebläserad des Radialgebläses kann axial angrenzend an der Kokillenaufnahme angeordnet sein, wobei bevorzugt im axialen Bereich zwischen Schaufel- oder Gebläserad und Kokillenaufnahme eine sich radial erstreckende Trennwand angeordnet ist. Die Trennwand grenzt bevorzugt einen Unterdruckraum und einen Überdruckraum voneinander ab. Der Unterdruckraum kann die Kokillenaufnahme zumindest weitgehend einschließen.
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Das Schaufel- oder Gebläserad des Radialgebläses kann eine Anzahl Durchbrüche aufweisen, um eine Strömung in axialer Richtung durch das Schaufel- oder Gebläserad zu ermöglichen.
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Die Kokillenaufnahme weist bevorzugt einen Grundkörper und einen Kokillenklemmdeckel auf, wobei im montierten Zustand der Kokille zwischen dem Grundkörper und dem Kokillenklemmdeckel mindestens ein radial verlaufender Lufteintrittskanal ausgebildet wird.
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Besonders bevorzugt kommt die vorgeschlagene Vorrichtung bei der Verarbeitung von Leichtmetallen mit hohem Gießdruck zum Einsatz, um hohe Festigkeiten zu erreichen. Die Kühlung der Vorrichtung und insbesondere der Kokille ist bei der vorgeschlagenen Ausgestaltung optimiert, wobei bevorzugt ausschließlich auf die Luftkühlung abgestellt wird.
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Vorteilhafter Weise kann bei hinreichenden Drehzahlen der Kokille ein hoher Gießdruck aufgebaut werden, der zu einem verbesserten Gefüge führt.
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Durch die vorgeschlagene Ausgestaltung der Schleudergussvorrichtung kommt es vorteilhaft zu einer Zeitersparnis in der Produktion durch den Wegfall einer Spritzwasserkühlung. Damit geht vorteilhaft einher, dass kein Wasser benötigt wird und kein separater Kühlaufwand betrieben werden muss.
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Das Umfeld der Vorrichtung kann sauber gehalten werden, insbesondere wenn ein Absaugen der Metalldämpfe und der Schlichtestäube erfolgt.
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Mit der vorgeschlagenen Vorrichtung können besonders vorteilhaft Wälzlagerkäfige aus Leichtmetall hergestellt werden, insbesondere als Massivkäfige.
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In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Es zeigen:
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1 schematisch in der geschnittenen Seitenansicht eine Schleudergussvorrichtung,
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2 ein Schaufel- oder Gebläserad eines Radialgebläses, gesehen in Achsrichtung, das Bestandteil von Mitteln zur Erzeugung einer Luftströmung sind, und
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3 schematisch noch einmal die Schleudergussvorrichtung nach 1, wobei verschiedene Druckräume markiert sind.
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In 1 ist eine Schleudergussvorrichtung 1 dargestellt, mit der rotationssymmetrische Metallteile aus einer Schmelze hergestellt werden können. Das Schleudergussverfahren ist als solches hinlänglich bekannt, so dass weitergehende Ausführungen hierzu nicht nötig sind. Die Vorrichtung 1 ist für hohe Drehzahlen ausgelegt. Hohe Drehzahlen erlauben einen hohen Gießdruck und – was nachfolgend näher erläutert wird – den Einsatz eines Radialgebläses 6, das einen hohen Luftstrom erzeugt, um eine ausreichende Kühlung zu erreichen.
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Die Vorrichtung 1 hat eine Welle 2, die sich in axialer Richtung a erstreckt, die in einem Festlager 20 und einem Loslager 21 radial und axial gelagert ist. Die Welle 2 wird über einen Keilriemen 22 bzw. eine Anzahl derselben von einem Motor 30 angetrieben, der in 3 dargestellt ist. Mit der Welle 2 drehfest verbunden ist eine Kokillenaufnahme 3, in der eine Kokille 4 angeordnet ist.
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Die Kokillenaufnahme 3 besteht aus einem im Wesentlichen hohlzylindrischen Grundkörper 16, der mit einem Kokillenklemmdeckel 17 stirnseitig abgeschlossen werden kann.
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Die auswechselbare Kokille 4 (für unterschiedliche Außendurchmesser des Gussteils) hat an ihren axialen Enden Zentrierkegel 23 und 24 (Kegelansätze), mit denen eine präzise Zentrierung der Kokille 4 im Grundkörper 16 möglich ist. Der Kokillenklemmdeckel 17 wird mit Schrauben fixiert. Ein Kokillendeckel 26 mit Gieß-Einfüllöffnung wird beispielsweise durch einen Bajonett-Verschluss, durch Keile oder durch Fliehkrafthebel mit der Kokille 4 dicht verbunden. Das flüssige Metall gelangt über eine Eingussrinne 25 ins Innere der Kokille 4.
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Um auf eine Wasserkühlung verzichten zu können, sind Mittel 5 zur Erzeugung einer Luftströmung vorgesehen. Diese bestehen im Ausführungsbeispiel aus einem Luftkanalsystem das fluidisch mit einem Radialgebläse 6 in Verbindung steht.
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Das Radialgebläse 6 hat ein Schaufel- oder Gebläserad 7, das in 2 näher skizziert ist. Das Schaufel- oder Gebläserad 7 weist Luftleitschaufeln 19 auf, so dass bei Rotation des Schaufel- oder Gebläserades 7 ein radial nach außen gerichteter Luststrom entsteht.
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Das Schaufel- oder Gebläserad 6 hat Durchbrüche 15, die eine axial durchsetzende Luftströmung ermöglichen. Das Radialgebläse 6 ist durch einen Gebläsedeckel 28 abgeschlossen.
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Das genannte Luftkanalsystem umfasst einen Strömungskanal 8, der sich zwischen der radial außenliegenden Oberfläche 9 der Kokille 4 und der radial innenliegenden Oberfläche 10 der Kokillenaufnahme 3 in axiale Richtung a erstreckt. Die Kokille 4 weist an ihrer äußeren zylindrischen Oberfläche einen wendelförmig verlaufenden Steg 11 auf.
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Dies hat zur Folge, dass die Luft – angesaugt vom Radialgebläse 6 – einen wendelförmigen Weg nimmt, wenn es den Strömungskanal 8 passiert. Die Kühlwirkung der Kokille 4 ist damit verbessert.
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Zwischen dem Grundkörper 16 der Kokillenaufnahme 3 und dem Kokillenklemmdeckel 17 wird eine Anzahl von Lufteintrittskanälen 18 gebildet, über die Umgebungsluft in den Strömungskanal 8 eintritt.
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Eine Trennwand 12 ist im Übergangsbereich des Grundkörpers 16 der Kokillenaufnahme 3 und dem Radialgebläse 6 angeordnet. Wie es am besten in 3 gesehen werden kann, werden hierdurch zwei Druckräume abgetrennt, nämlich ein Unterdruckraum 13 von einem Überdruckraum 14 (markiert mit „+” und „–” – Symbolen in 3). Der Unterdruckraum 13 wird links mit einer Sicherheitshaube begrenzt, die als Berstschutz dient.
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Angegeben ist in dieser Figur weiterhin die Richtung der einströmenden Zuluft 32 und der ausströmenden Abluft 33. Ein Lufteinlass 27 ist in einer stirnseitigen Endplatte der Kokillenaufnahme 3 eingebracht, womit die Kühlung des Kokillenbodens möglich ist. Die zuströmende Luft wird mittels eines Luftfilters 31 gereinigt.
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Die Kühlluft für den Mantel der Kokille 4 wird also über Strömungskanal 8, der einen Ringspalt bildet, angesaugt. Metalldämpfe aus der Eingussrinne 25 und aus der Einfüllöffnung werden durch den Unterdruck abgesaugt, der links von der Trennwand 12 entsteht. Die Kühlung des Kokillenbodens erfolgt durch die Luft, die durch den Lufteinlass 27 (Bohrung) radial zu den Durchbrüchen 15 (Luftauslässen) strömt.
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Die unter Überdruck stehende Luft rechts der Trennwand 12 wird durch die Luftleitschaufeln 19 mit Gebläsedeckel 28 gefördert und nach oben (über das Dach) abgeleitet und mit Filtern gereinigt.
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Die wendelförmige Trapezkühlfläche am Außenumfang der Kokille 4 unterstützt die Förderung des Kühlluftstromes zu den Durchbrüchen 15 (Luftauslässen). Die Luftleitschaufeln 19 mit dem Gebläsedeckel 28 fördern den erforderlichen Luftstrom zur Abfuhr der Wärme, die hauptsächlich eingebracht wird durch das Gießmaterial sowie durch die Reibung der Lager 20, 21.
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Die Kühlung der Lager 20, 21 erfolgt durch den Luftstrom, der über den Luftfilter 31 angesaugt wird und durch den hohlzylindrischen Grundkörper 16 strömt.
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Zur Feinauswuchtung für höhere Drehzahlen sind – nicht dargestellte – Gewindebohrungen im Mantel des Grundkörpers 16 im Bereich der Kokille 4 vorgesehen, die bei Bedarf mit unterschiedlich langen Gewindebolzen verschlossen werden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Schleudergussvorrichtung
- 2
- Welle
- 3
- Kokillenaufnahme
- 4
- Kokille
- 5
- Mittel zur Erzeugung einer Luftströmung
- 6
- Radialgebläse
- 7
- Schaufel- oder Gebläserad
- 8
- Strömungskanal
- 9
- radial außenliegende Oberfläche der Kokille
- 10
- radial innenliegende Oberfläche der Kokillenaufnahme
- 11
- wendelförmig verlaufender Steg
- 12
- Trennwand
- 13
- Unterdruckraum
- 14
- Überdruckraum
- 15
- Durchbruch
- 16
- Grundkörper
- 17
- Kokillenklemmdeckel
- 18
- Lufteintrittskanal (Luftansaugöffnung)
- 19
- Luftleitschaufel
- 20
- Festlager
- 21
- Loslager
- 22
- Keilriemen
- 23
- Zentrierkegel
- 24
- Zentrierkegel
- 25
- Eingussrinne
- 26
- Kokillendeckel mit Gieß-Einfüllöffnung
- 27
- Lufteinlass zur Kühlung des Kokillenbodens
- 28
- Gebläsedeckel
- 29
- Sicherheitshaube (Berstschutz)
- 30
- Motor
- 31
- Luftfilter
- 32
- Zuluft
- 33
- Abluft
- a
- axialer Richtung
