DE10245439A1

DE10245439A1 - Kopfguss-Gießtümpel zum Schwerkraftgießen, insbesondere von Leichtmetallgussteilen im Kokillenguss

Info

Publication number: DE10245439A1
Application number: DE2002145439
Authority: DE
Inventors: Marco Grzincic; Ernst Krebs
Original assignee: RAUTENBACH GUS WERNIGERODE GMB; Rautenbach-Guß Wernigerode GmbH; Otto Von Guericke Universitaet Magdeburg
Current assignee: RAUTENBACH GUS WERNIGERODE GMB; Rautenbach-Guß Wernigerode GmbH; Otto Von Guericke Universitaet Magdeburg
Priority date: 2002-09-27
Filing date: 2002-09-27
Publication date: 2004-04-08

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Kopfguss-Gießtümpel zum Schwerkraftgießen, der aus einem Schmelzereservoir und einem Gießlauf besteht und insbesondere zum Gießen von Leichtmetallgussteilen im Kokillenguss geeignet ist. DOLLAR A Die Erfindung löst das Problem, die Schmelzeströmung in einem für das Schwerkraftgießen geeigneten Kopfguss-Gießtümpel unter weitgehender Vermeidung von Wirbelbildung so zu beruhigen, dass die kinetische Energie der Metallschmelze im Reservoir des Kopfguss-Gießtümpels möglichst reduziert wird und zum Gießlauf schon eine beruhigte Schmelze langsamer strömt. DOLLAR A Dies wird mit einer speziellen Geometrie des Gießtümpels erreicht, bei der das Schmelzereservoir 3 und der Gießlauf 4 von oben betrachtet die Position der Schenkel eines U oder V einnehmen, die mittels des am Schmelzereservoir angeordneten Schmelzeablaufs 6 miteinander verbunden sind. Ein weiteres Merkmal ist es, dass der Gießtümpel relativ zum Gießstrahl so positioniert ist, dass der Gießstrahl im Wesentlichen parallel zur Längsachse des Schmelzereservoirs gerichtet ist und auf dessen vordere Wand weist, die das freie Ende des das Schmelzereservoir bildenden Schenkels abschließt.

Description

Die Erfindung betrifft einen Kopfguss-Gießtümpel zum Schwerkraftgießen, der aus einem Schmelzereservoir und einem Gießlauf besteht und insbesondere zum Gießen von Leichtmetallgussteilen im Kokillenguss geeignet ist.
Im Allgemeinen besteht ein Gießsystem aus Einguss, Eingusskanal (Gießtrichter), Lauf und Anschnitten [Giesserei Lexikon, Schiele&Schön, Berlin, Ausgabe 2001, S. 286]. Der Einguss kann als ein Schmelzereseivoir (oft als Gießtümpel bezeichnet) ausgebildet sein, damit der Gießstrahl nicht direkt den Einlaufquerschnitt trifft oder damit Unreinheiten aus dem Transportbehälter zurückgehalten werden bzw. verhindert wird, dass diese in den Formhohlraum transportiert werden. Ein bekannter Gießtümpel besitzt die Form einer halbierten Birne [Giesserei Lexikon, Schiele&Schön, Berlin, Ausgabe 2001, S. 287]. Bei einem so ausgebildeten Gießtümpel sind Eingieß- und Ablaufstelle voneinander getrennt, wobei das Niveau des Tümpelbodens in Richtung zur Ablaufstelle zuerst leicht ansteigt und anschließend mit gut abgerundeten Konturen wieder abfällt und in den Eingußkanal übergeht. Die gut abgerundeten Konturen sollen ein Abreißen der Schmelzeströmung verhindern.
Insbesondere in Aluminium-Gießereien besteht das Problem, dass beim Abgießen von Formen das flüssige Metall fontänenhaft spritzend in den Formhohlraum eintritt. Dabei oxidiert die Al-Schmelze stark oder verschäumt sogar, was die Gebrauchseigenschaften des Gußteils verschlechtert oder zum Ausschuß führt. Das Gießsystem soll in keinem Fall bei der Formfüllung große Verwirbelungen verursachen oder den Kontakt mit der Atmosphäre vergrößern. Zur Erfüllung dieser Funktionen müssen die Zufuhrelemente mit Metall ausgefüllt sein. Erst nachdem der Formhohlraum zu einem gewissen Maß gefüllt ist, beruhigt sich die eintretende Metallschmelze, so dass sich eine homogene Oxidschicht an der Oberfläche ausbildet.
Beim Abgießen von Gießformen im Schwerkraftguss ist es, insbesondere bei Aluminium, vorteilhaft, wenn anfänglich die Schmelze mit einer geringen Geschwindigkeit in den Formhohlraum der Gießform einströmt, damit hier keine oder nur kleine Verwirbelungen eintreten oder sich die Strömungsrichtung aus den Ausläufen während des Gießens ändert.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die Schmelzeströmung in einem für das Schwerkraftgießen geeigneten Kopfguss-Gießtümpel unter weitgehender Vermeidung von Wirbelbildung so zu beruhigen, dass die kinetische Energie der Metallschmelze im Reservoir des Kopfguss-Gießtümpels möglichst reduziert wird und zum Gießlauf schon eine beruhigte Schmelze langsamer strömt.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mittels eines Kopfguss-Gießtümpels mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteihafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Kopfguss-Gießtümpels ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Die Geometrie des erfindungsgemäßen Kopfguss-Gießtümpels verbessert den Abbau der kinetischen Energie des Gießstrahls und der Schmelzeströmung im Gießtümpel erheblich.
Für diese Geometrie ist es charakteristisch, dass das Schmelzereservoir und der Gießlauf von oben betrachtet die Position der Schenkel eines U oder V einnehmen, die mittels des am Schmelzereservoir angeordneten Schmelzeablaufs miteinander verbunden sind. Ein weiteres Charakteristikum ist es, dass der Gießtümpel relativ zum Gießstrahl so positioniert ist, dass die Gießstrahlrichtung im wesentlichen parallel zur Längsachse des Schmelzereservoirs ist und auf dessen vordere Wand weist, die das freie Ende des das Schmelzereservoir bildenden Schenkels abschließt. Dies bremst die einströmende Schmelze an der vorderen Wand ab.
Weil der Gießstrahl, der den Kopfguss-Gießtümpel speist, nicht auf die Ablaufstelle des Kopfguß-Gießtümpels gerichtet ist, sondern Gießstrahl und Schmelzeströmung wegen der u- bzw. v-förmigen Anordnung von Schmelzereservoir und Gießlauf sowie der Schrägstellung der Wände des Schmelzereservoirs mehrmals umgelenkt werden, wird die Schmelzeströmung im Gießtümpel unter weitgehender Vermeidung von Wirbelbildung beruhigt.
Diese Maßnahmen führen zu einer generellen Verbesserung der Formfüllung, wie die durchgeführten Versuche gezeigt haben.
Die Ausschussstatistik beweist eindeutig ist die vorteilhafte Wirkung des erfindungsgemäßen Kopfguss-Gießtümpels auf die Ausströmrichtung der Schmelze aus den Anschnitten in unterschiedlichen Füllphasen. Die Wanderung des Auftreffbereichs der Schmelze auf die Bodenplatte der Kokille ist im Vergleich zu den „konventionellen" Gießsystemen minimal.
In einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist die hintere Wand des Schmelzeresenroirs, an der sich die Eingießstelle am Anfang des Abgießens des Gießstrahls in das Schmelzereservoir befindet, gegenüber der Senkrechten nach außen geneigt, wobei der Winkel zwischen der hinteren Wand und dem Gießstrahl ca. 45° beträgt. Damit wird die kinetische Energie des Gießstrahls ohne schädliche Effekte abgebaut.
In einer anderen vorteilhaften Ausführungsorm, die mit der zuerst genannten Ausführungsform kombinierbar ist, sind die Seitenwände das Schmelzereservoirs gegenüber der Senkrechten um ca. 5° bis ca. 15° nach außen geneigt sind, während die der Eingießstelle gegenüberliegende vordere Wand um ca. 5° bis ca. 45° nach außen geneigt ist.
Weitere vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich unmittelbar aus den Unteransprüchen.
Im Folgenden ist die Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen mit weiteren Einzelheiten näher erläutert.
Dabei zeigen
1a eine Seitenansicht einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Kopfguss-Gießtümpels bezogen auf eine Betrachtungsrichtung, die auf die Auslauföffnung des Gießlaufs gerichtet ist,
1 b die zu 1a gehörende Seitenansicht für eine gegenüber 1a um 90° gedrehte Betrachtungsrichtung,
1c die zu 1a gehörende Draufsicht.
Entsprechend 1a bis 1c besteht der Kopfguss-Gießtümpel aus einem oben offenen Schmelzereservoir 3 und einem oben offenen, annähernd horizontal oder mit vorgegebenem Gefälle angeordneten Gießlauf 4. Das Schmelzereservoir 3 weist eine Eingießstelle zum Speisen des Schmelzereservoirs 3 mittels eines Gießstrahls auf, dessen Richtung in 1b und 1c durch einen Pfeil und die Beschriftung "Eingießen"verdeutlicht wird. Das Schmelzereservoir 3 weist ferner (1c) einen Schmelzeablauf 6 auf, der eine Fluidverbindung zwischen dem Schmelzereservoir 3 und dem Gießlauf 4 herstellt. Die Schmelze verlässt den Kopfguss-Gießtümpel in der Richtung "B", die in 1b und 1c durch einen Pfeil und die entsprechende Beschriftung verdeutlicht wird. Entsprechend 1c nehmen das Schmelzereservoir 3 und der Gießlauf 4 die Position der Schenkel eines U oder V ein, wobei die der Schenkel mittels des Schmelzeablaufs 6 verbunden sind.
Das Schmelzereservoirs 3 ist (1b ) durch eine hintere Wand 1, an der sich die Eingießstelle des Gießstrahls am Anfang des Abgießens in das Schmelzereservoir 3 befindet, und eine vordere Wand 2, die das freie Ende des das Schmelzereservoir 3 bildenden Schenkels abschließt, sowie zwei Seitenwände begrenzt. Die die Wände des Schmelzereservoirs 3 sind gegen die Senkrechte nach außen geneigt. Im Gebrauch ist der Kopfguss-Gießtümpel relativ zum Gießstrahl so positioniert ist, daß die Gießstrahlrichtung im wesentlichen parallel zur Längsachse des Schmelzereservoirs 3 ist und auf dessen vordere Wand 2 weist. Somit wird die in das Schmelzereservoir 3 einströmende Schmelze durch die vordere Wand 2 des Schmelzereservoir 3 gebremst, wodurch die Wirbelbildung mit horizontaler Wirbelachse erheblich verringert wird.
Die tiefste Stelle der Sohle des Schmelzereservoirs 3 ist in 1 b mit "Boden 1" bezeichnet. Boden 1 ist gegenüber der höchsten Stelle der Sohle des Gießlaufs 4, die sich in der Nähe des Schmelzeablaufs befindet und in 1b mit "Boden II" bezeichnet ist, um bis zu h1 Längeneinheiten abgesenkt. Das Verhältnis h1/h2, bei dem h2 die maximale Füllhöhe im Gießlaufs 4 ist, beträgt ca. 1 bis ca. 1,5. Entsprechend 1b ist mit "N" die maximale Fallhöhe des Gießstrahls bezeichnet. Die Abmessungen h1, h2 sollen so gewählt werden, dass die maximale Fallhöhe H nicht zu hohen Strömungsgeschwindigkeiten führt und damit nicht zu Oberflächenturbulenzen/Oxidschlauchbeschädigung. Dabei muss aber die Funktion des Reservoirs des Gießtümpels für eine ausreichende Gießsystemdosierung gesichert bleiben.
Die hintere Wand 1 des Schmelzereservoirs 3 ist gegenüber der Senkrechten nach außen geneigt ist, wobei der Winkel a (1 b) zwischen der hinteren Wand 1 und dem Gießstrahl vorteilhaft ca. 45° beträgt. Andererseits sind die Seitenwände des Schmelzereservoirs 3 gegenüber der Senkrechten um ca. 5° bis ca. 15° nach außen geneigt sind, während die der Eingießstelle gegenüberliegende vordere Wand 2 um ca. 5° bis ca. 45° nach außen geneigt ist (Winkel β in 1 b).
Um Verwirbelungen der Schmelze zu reduzieren sind (1a bis 1c) einerseits die Radien zwischen den Seitenwänden und dem Boden des Schmelzereservoirs 3 sowie zwischen der vorderen Wand 2 und dem Boden des Schmelzereservoirs 3 relativ klein ausgeführt.
Andererseits ist die hintere Wand 1 durch einen großen Radius mit dem Boden des Schmelzereservoirs 3 verbunden.
Das Volumen des Kopfguss-Gießtümpels sollte möglichst klein sein, um ein maximales Ausbringen zu gewährleisten. Daher ist der Kopfguss-Gießtümpel um das Volumen des schraffierten Bereiches 5 kleiner ausgeführt und die Tümpelbreite "c" kleiner als die Tümpellänge "b" (1c). Es ist vorteilhaft , wenn die projizierte Fläche des Schmelzereservoirs 3 einem Rechteck mit einem Seitenverhältnis von ca. 1:2 bis 1:3 entspricht.

Claims

Kopfguss-Gießtümpel zum Schwerkraftgießen, insbesondere von Leichtmetallgussteilen im Kokillenguss, bestehend aus einem oben offenen Schmelzereservoir (3) und einem oben offenen, annähernd horizontal oder mit vorgegebenem Gefälle angeordneten Gießlauf (4) mit folgenden Merkmalen – das Schmelzereservoir (3) weist eine Eingießstelle zum Speisen des Schmelzereservoirs (3) mittels eines Gießstrahls und einen Schmelzeablauf auf, der eine Fluidverbindung zwischen Schmelzereservoir (3) und Gießlauf (4) . herstellt, wobei das Schmelzereservoir (3) und der Gießlauf (4) von oben betrachtet die Position der Schenkel eines U oder V einnehmen, die mittels des Schmelzeablaufs miteinander verbunden sind, – das Schmelzereservoirs (3) ist – bezogen auf eine der Strömungsrichtung im Gießlauf (4) entgegengesetzte Betrachtungsrichtung – durch eine hintere Wand (1), an der sich die Eingießstelle des Gießstrahls am Anfang des Abgießens in das Schmelzereservoir (3) befindet, und eine vordere Wand (2), die das freie Ende des das Schmelzereservoir (3) bildenden Schenkels abschließt, sowie zwei Seitenwände begrenzt, wobei die Wände des Schmelzereservoirs (3) gegen die Senkrechte nach außen geneigt sind und der Gießtümpel relativ zum Gießstrahl so positioniert ist, daß die Gießstrahlrichtung im wesentlichen parallel zur Längsachse des Schmelzereservoirs (3) ist und auf dessen vordere Wand (2) weist, – die tiefste Stelle der Sohle des Schmelzereservoirs (3) ist gegenüber der höchsten Stelle der Sohle des Gießlaufs (4), die sich in der Nähe des Schmelzeablaufs befindet, um bis zu h1 Längeneinheiten abgesenkt, wobei das Verhältnis h1/h2, bei dem h2 die maximale Füllhöhe im Gießlaufs (4) ist, ca. 1 bis ca. 1,5 beträgt.
Kopfguss-Gießtümpel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Längsachse des Gießlaufs (4) mit der Längsachse des Schmelzereservoirs (3) einen Winkel von 0° bis ca. ± 40° einschließt.
Kopfguss-Gießtümpel nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Schmelzereservoir (3) kürzer und breiter als der Gießlauf (4) ausgebildet ist.
Kopfguss-Gießtümpel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die hintere Wand (1) des Schmelzereservoirs (3), an der sich die Eingießstelle am Anfang des Abgießens des Gießstrahls in das Schmelzereservoir (3) befindet, gegenüber der Senkrechten nach außen geneigt ist und der Winkel zwischen der hinteren Wand (1) und dem Gießstrahl ca. 45° beträgt.
Kopfguss-Gießtümpel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Seitenwände das Schmelzereservoirs (3) gegenüber der Senkrechten um ca. 5° bis ca. 15° nach außen geneigt sind, während die der Eingießstelle gegenüberliegende vordere Wand (2) um ca. 5° bis ca. 45° nach außen geneigt ist.
Kopfguss-Gießtümpel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Schmelzereservoir (3) als wannenförmiger Bereich . ausgebildet ist, der – bezogen auf eine der Strömungsrichtung im Gießlauf (4) entgegengesetzte Betrachtungsrichtung – zwei sich gegenüberliegende kürzere Wände, nämlich die vordere Wand (2) und die hintere Wand (1), sowie zwei sich gegenüberliegende längere Seitenwände aufweist, wobei – das Verhältnis von Breite zu Länge des Bodens des wannenförmigen Bereichs ca. 1:1,5 bis ca. 1:3 beträgt, die tiefste Stelle des Bodens des wannenförmigen Bereichs gegenüber der höchsten Stelle der Sohle des Gießlaufs (4) um bis zu h1 Längeneinheiten abgesenkt ist und das Verhältnis h1/h2, bei dem h2 die maximale Füllhöhe im Gießlauf (4) ist, ca. 1 bis ca. 1,5 beträgt, – die längeren Seitenwände des wannenförmiges Bereichs gegenüber der Senkrechten um ca. 5° bis ca. 15° nach außen geneigt sind, während die der Eingießstelle gegenüberliegende vordere Wand (2) um ca. 5° bis ca. 45° nach außen geneigt ist, – die Eingießstelle des Gießstrahls in das Schmelzereservoir (3) im Bereich der hinteren Wand (1) liegt und der Gießstrahls an der Eingießstelle im wesentlichen parallel zu den längeren Seitenwänden des wannenförmiger Bereichs gerichtet ist und auf die vordere Wand (2) weist.