DE10259231B4

DE10259231B4 - Verfahren und Vorrichtung zum Abkühlen von metallischen Gussteilen

Info

Publication number: DE10259231B4
Application number: DE2002159231
Authority: DE
Inventors: Herbert Dipl.-Ing. Smetan; Dirk Dipl.-Ing. Barschkett
Original assignee: Hydro Aluminium Deutschland GmbH
Current assignee: Hydro Aluminium Deutschland GmbH
Priority date: 2002-12-17
Filing date: 2002-12-17
Publication date: 2004-09-23
Anticipated expiration: 2022-12-18
Also published as: DE10259231A1; AU2003293856A8; WO2004055221A3; EP1573074A2; WO2004055221A2; AU2003293856A1

Abstract

Verfahren zum Abkühlen von metallischen Gussteilen, insbesondere zum Abkühlen von Gießkerne aufweisenden Leichtmetallgussteilen (1) nach dem Abgießen, umfassend folgende Arbeitsschritte:
– Abgießen des Gussteils (1),
– Abkühlen des Gussteils (1), indem das Gussteil
– in ein Fluidbett (3) abgesenkt wird, das durch ein partikelförmiges Schüttgut gebildet ist, durch das ein Druckgasstrom geleitet wird, wobei die Geschwindigkeit des Absenkens des Gussteils (1) in Abhängigkeit von einem Sollverlauf der Abkühlung geregelt wird, und
– Halten des Gussteils (1) in abgesenkter Stellung in dem Fluidbett (3), bis es auf eine Solltemperatur abgekühlt ist,
– Herausheben des abgekühlten Gussteils (1).

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Abkühlen von metallischen Gussteilen, insbesondere zum Abkühlen von Gießkerne aufweisenden Leichtmetallgussteilen nach dem Abgießen. Verfahren und Vorrichtungen dieser Art sind beispielsweise in der europäischen Patentschrift EP 1 078 106 B1 beschrieben.

Die bekannten Vorrichtungen weisen ein Fluidbett auf, das in der Regel durch ein rieselfähiges Schüttgut, beispielsweise Sand, gebildet ist. Für die Fluidisierung wird Druckgas durch das Schüttgut geleitet, so dass es in dem Druckgasstrom getragen und aufgewirbelt wird. Auf diese Weise wird eine Wirbelschicht erzeugt, in der die Partikel des Schüttguts schwebend gleichmäßig fein verteilt sind.

Der Vorteil des Einsatzes eines Fluidbettes zum Abkühlen von Gussteilen gegenüber einer Abkühlung im Wasserbad oder im Luftstrom besteht darin, dass aufgrund der besonderen Temperaturleitfähigkeit des jeweils verwendeten Schüttguts ein über das Gussteil gleichmäßig verteilter Ablauf der Temperaturabnahme sichergestellt werden kann. Darüber hinaus verhält sich das für die Erzeugung des Fluidbetts eingesetzte Medium inert, so dass eine die Eigenschaften des Gussteils negativ beeinflussende Reaktion vermieden wird.

Üblicherweise erfolgt die Abkühlung im Fluidbett schrittweise, indem die Gussteile jeweils in das Fluidbett eingesetzt werden, dort für eine für die erforderliche Abkühlung ausreichende Zeit stationär verweilen und dann anschließend aus dem Fluidbett wieder herausgenommen werden.

Um die Produktivität der Abkühlung im Fluidbett zu erhöhen wird in der EP 1 078 106 B1 vorgeschlagen, die Gussteile während der Abkühlung durch das Fluidbett zu fördern. Dazu werden die Gussteile mittels einer Absenkeinrichtung in das Fluidbett abgesenkt und auf ein Förderband gesetzt. Auf dem Förderband werden die Gussteile durch das Fluidbett gefördert, bis sie ein zweites Hebewerk treffen, von dem sie aus dem Fluidbett gehoben und der Weiterverarbeitung zugeführt werden. Auf diese Weise kann die Abkühlung in einen kontinuierlich durchgeführten Arbeitsprozess eingebunden werden. Um dabei eine gleichmäßige Temperaturverteilung im Fluidbett sicherzustellen, sind bei der bekannten Vorrichtung in dem Fluidbett Sensoren vorgesehen, welche die jeweilige Temperatur erfassen.

Die bekannten Fluidbett-Abkühleinrichtungen haben sich in der Praxis bewährt. Allerdings erweist es sich bei ihnen als schwierig, bestimmte Abkühlverläufe einzuhalten, durch die die Eigenschaften der fertig abgekühlten Gussteile wesentlich bestimmt werden.

Aufgabe der Erfindung war es daher, ausgehend von dem voranstehend zusammengefassten Stand der Technik mit einfachen Mitteln ein Verfahren und eine Vorrichtung anzugeben, mit denen sich die Abkühlgeschwindigkeiten bei einer Abkühlung im Fluidbett steuern lassen.

In Bezug auf das Verfahren wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass beim Abkühlen von metallischen Gussteilen, insbesondere zum Abkühlen von Gießkerne aufweisenden Leichtmetallgussteilen nach dem Abgießen, folgende Arbeitsschritte durchlaufen werden:

– Abgießen des Gussteils,
– Abkühlen des Gussteils, indem das Gussteil – in ein Fluidbett abgesenkt wird, das durch ein partikelförmiges Schüttgut gebildet ist, durch das ein Druckgasstrom geleitet wird, wobei die Geschwindigkeit des Absenkens des Gussteils in Abhängigkeit von einem Sollverlauf der Abkühlung geregelt wird, und – Halten des Gussteils in abgesenkter Stellung in dem Fluidbett, bis es auf eine Solltemperatur abgekühlt ist, – Herausheben des abgekühlten Gussteils.

Dementsprechend wird die voranstehend genannte Aufgabe in Bezug auf die Vorrichtung dadurch gelöst, dass eine solche Vorrichtung zum Abkühlen von Gussteilen, insbesondere zum Abkühlen von Gießkerne aufweisenden Leichtmetallgussteilen nach dem Abgießen, mit einem von einer Wanne umschlossenen Fluidbett, das durch ein durch ein Druckgas fluidisiertes, rieselfähiges Schüttgut gebildet ist, mit einer Druckgasversorgung zum Einleiten des zum Fluidisieren des Schüttguts geeigneten Druckgases in das Schüttgut, und mit einer Lifteinrichtung zum Absenken eines heißen Gussteils in das in dem Fluidbett fluidisierte Schüttgut und zum Anheben des Gussteils nach seiner Abkühlung ausgestattet ist, wobei die Lifteinrichtung mit einer Regeleinrichtung verkoppelt ist, die die Geschwindigkeit des Absenkens des Gussteils in Abhängigkeit von einem Sollverlauf der Abkühltemperatur regelt.

Die Besonderheit eines erfindungsgemäßen Verfahrens und einer erfindungsgemäßen Vorrichtung besteht darin, dass das Absenken der Gussteile in das Fluidbett geregelt erfolgt, und zwar derart, dass die Geschwindigkeit, mit der die Gussteile in das Fluidbett abgesenkt werden, in Abhängigkeit vom jeweils geforderten Abkühlverlauf eingestellt wird. Überraschend hat sich herausgestellt, dass durch die erfindungsgemäße Variierbarkeit des Eintauchvorgangs auf eine aufwändige und hinsichtlich der Wärmeeinbringung bzw. -abfuhr schwer zu beherrschende Regelung der Temperatur des Fluidbetts nicht erforderlich ist, um den jeweils gewünschten Verlauf der Abkühlgeschwindigkeit zu realisieren. Stattdessen steht mit der gemäß der Erfindung vorgesehenen, in der Praxis einfach durchzuführenden Regelung der Geschwindigkeit des Absenkvorgangs eine weite Spanne von Abkühlgeschwindigkeiten zur Verfügung, die zur Ausbildung optimierter Eigenschaften der Gussteile gezielt genutzt werden kann.

Die Regelung der Geschwindigkeit beim Eintauchen des Gussteils in das Fluidbett setzt dabei nicht voraus, dass die Absenkbewegung durchgehend in einem Zug erfolgt. Stattdessen umfasst diese Regelung selbstverständlich auch solche Absenkbewegungen, bei denen der Geschwindigkeitsverlauf stufenförmig ausgestaltet ist, indem Bewegungsphasen mit Pausenphasen wechseln.

Das Feld, innerhalb dessen die möglichen Abkühlgeschwindigkeiten bei Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens eingestellt werden können, kann dadurch noch erweitert werden, dass auch die Eintauchtiefe variiert wird. So kann das Gussteil vollständig in das Fluidbett abgesenkt werden, um beispielsweise eine möglichst gleichmäßige Gefügestruktur auszubilden. Soll dagegen beispielsweise eine gerichtete Erstarrung im Gussteil erreicht werden, so kann es günstig sein, die Gussteile jeweils nur über eine Teilhöhe in das Fluidbett einzutauchen, so dass die Teile nur über einen Teil ihrer Höhe durch das Fluidbett direkt gekühlt werden.

Praktische Versuche haben ergeben, dass sich mit dem erfindungsgemäßen Verfahren und mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung insbesondere beim Abkühlen von Kokillengussteilen mit Sandkernen dann gute Arbeitsergebnisse erzielen lassen.

Dies gilt besonders dann, wenn das Schüttgut des Fluidbetts ein kostengünstig zur Verfügung stehender Sand ist, wie er schon seit langem für diesen Zweck eingesetzt wird. Ebenso kann zum Fluidisieren des die Basis des Fluidbetts bildenden Schüttguts in an sich ebenfalls bekannter Weise Druckluft als Druckgas eingesetzt werden.

Durch die im warmen Zustand in das Fluidbett gelangenden Gussteile wird das Schüttgut erwärmt. Stellt sich heraus, dass diese Erwärmung zu hoch ist, so sollte das Schüttgut gekühlt werden. Zu diesem Zweck ist bei einer vorteilhaften Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung in der das Fluidbett aufnehmenden Wanne eine Kühleinrichtung zum Kühlen des Schüttguts angeordnet.

Ergänzend oder alternativ kann eine konstant niedrige Temperatur des Fluidbetts auch dadurch unterstützt werden, dass das Schüttgut in regelmäßigen Zeitabständen ausgetauscht wird. Dieser Austausch kann kontinuierlich in einem laufend durchgeführten Vorgang oder portionsweise erfolgen. Dementsprechend kann eine erfindungsgemäße Vorrichtung vorteilhafterweise mit einer Zuführvorrichtung zum Zuführen von Schüttgut in die Wanne ausgestattet sein, welche neues Schüttgut portionsweise oder in einem kontinuierlichen Vorgang zuführt.

Grundsätzlich können erfindungsgemäße Vorrichtungen im so genannten "Batch-Betrieb" betrieben werden, in dem die Gussstücke jeweils in einem diskontinuierlichen Vorgang unter Einhaltung einer bestimmten Verweildauer in der Vorrichtung abgekühlt werden. Genauso ist es jedoch auch denkbar, die Gussteile während der Abkühlung im Durchlauf durch die Vorrichtung zu fördern, um einen kontinuierlichen Fertigungsablauf zu gewährleisten.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand einer ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung näher erläutert. Die einzige Figur zeigt schematisch im Querschnitt eine Vorrichtung zum Abkühlen von aus einer Leichtmetallgusslegierung, insbesondere einem Aluminium- oder einem Magnesiumwerkstoff, gegossenen Motorblöcken 1.
Die Vorrichtung weist eine Wanne 2 auf, die ein Kaltfluidsandbett 3 aufnimmt. Das Kaltfluidsandbett 3 wird auf Basis eines feinkörnigen Sandes erzeugt, der durch Druckluftzufuhr fluidisiert wird.
Dazu ist im unteren Bereich der Wanne 2 eine Druckluftzufuhr in Form einer Vielzahl von achsparallel zur Längsachse der Wanne 2 verlaufenden perforierten Belüftungsrohren 4 angeordnet, in die im Betrieb von einer hier nicht gezeigten Druckluftversorgung Druckluft geleitet wird. Ausgehend von den Belüftungsrohren 4 zu den Seiten 5 der Wanne 2 hin ansteigend sind in der Wanne 2 zusätzlich Luftleitbleche 6 befestigt. Diese Luftleitbleche 6 stellen sicher, dass die aus den Belüftungsrohren austretende Druckluft gezielt das für die Ausbildung des Kaltfluidsandbetts 3 erforderliche Sandvolumen erreicht.
Zum Absenken und Anheben des jeweiligen Gussteils ist eine Lifteinrichtung 7 vorgesehen. Diese Lifteinrichtung 7 umfasst einen Gussträger 8, der mittels eines Stellantriebs 9 in vertikaler Richtung mit dem auf ihm jeweils stehenden Motorblock 1 in das in der Wanne 2 ausgebildete Kaltfluidsandbett 3 hinein bzw. aus ihm heraus bewegt werden kann.
Der Stellantrieb 9 ist dabei mit einer Regeleinrichtung 10 verkoppelt. Die Regeleinrichtung 10 regelt die Geschwindigkeit, mit der der Stellantrieb 9 den Motorblock 1 in das Kaltfluidsandbett 3 absenkt in Abhängigkeit von einem in einem Speicher der Regeleinrichtung 10 hinterlegten Verlauf der für optimale Eigenschaften des Motorblocks 1 geforderten Abkühlgeschwindigkeit.
Abhängig vom gewünschten Abkühlverlauf wird der Motorblock 1 dabei von der Lifteinrichtung 7 ganz oder nur teilweise in das Kaltfluidsandbett 3 abgesenkt. In dieser Stellung verweilt der Motorblock 1, bis eine ausreichende Abkühlung eingetreten ist. Anschließend wird der Motorblock 1 von der Hebe- und Senkvorrichtung 7 aus dem Kaltfluidsandbett 3 gehoben und an eine Weiterverarbeitung übergeben. Dabei kann die Regeleinrichtung 10 auch die beim Herausheben des abgekühlten Motorblocks 1 eingehaltene Geschwindigkeit regeln, um auch diese Phase der Behandlung des Motorblocks 1 in der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur kontrollierten Abkühlung des jeweiligen Gussteils zu nutzen.
Um eine übermäßige Erwärmung des Kaltfluidsandbettes 3 durch den mit der Abkühlung der Motorblöcke 1 einhergehenden Wärmeeintrag zu vermeiden, können in der Wanne 2 hier nicht dargestellte, im Betrieb von Kühlwasser durchflossene Kühlrohre montiert sein. Ebenso kann eine niedrige Temperatur des Kaltfluidsandbettes 3 auch dadurch gewährleistet werden, dass der erwärmte Sand in regelmäßigen Zeitabständen portionsweise oder kontinuierlich gegen kalten Sand ausgetauscht wird.

1: Motorblock
2: Wanne
3: Kaltfluidsandbett
4: Belüftungsrohre
5: Seiten der Wanne 2
6: Luftleitbleche
7: Lifteinrichtung
8: Gussträger
9: Stellantrieb
10: Regeleinrichtung

Claims

Verfahren zum Abkühlen von metallischen Gussteilen, insbesondere zum Abkühlen von Gießkerne aufweisenden Leichtmetallgussteilen (1) nach dem Abgießen, umfassend folgende Arbeitsschritte: – Abgießen des Gussteils (1), – Abkühlen des Gussteils (1), indem das Gussteil – in ein Fluidbett (3) abgesenkt wird, das durch ein partikelförmiges Schüttgut gebildet ist, durch das ein Druckgasstrom geleitet wird, wobei die Geschwindigkeit des Absenkens des Gussteils (1) in Abhängigkeit von einem Sollverlauf der Abkühlung geregelt wird, und – Halten des Gussteils (1) in abgesenkter Stellung in dem Fluidbett (3), bis es auf eine Solltemperatur abgekühlt ist, – Herausheben des abgekühlten Gussteils (1).
Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gussteil (1) vollständig in das Fluidbett (3) abgesenkt wird.
Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Schüttgut des Fluidbetts (3) ein Sand ist.
Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckluft als Druckgas eingesetzt wird.
Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Schüttgut gekühlt wird.
Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Schüttgut in regelmäßigen Zeitabständen ausgetauscht wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Schüttgut laufend ausgetauscht wird.
Vorrichtung zum Abkühlen von Gussteilen, insbesondere zum Abkühlen von Gießkerne aufweisenden Leichtmetallgussteilen (1) nach dem Abgießen, – mit einem von einer Wanne (2) umschlossenen Fluidbett (3), das durch ein durch ein Druckgas fluidisiertes, rieselfähiges Schüttgut gebildet ist, – mit einer Druckgasversorgung (4) zum Einleiten des zum Fluidisieren des Schüttguts geeigneten Druckgases in das Schüttgut, und – mit einer Lifteinrichtung (7) zum Absenken eines heißen Gussteils (1) in das in als Fluidbett (3) fluidisierte Schüttgut und zum Anheben des Gussteils (1) nach seiner Abkühlung, wobei die Lifteinrichtung (7) mit einer Regeleinrichtung (10) verkoppelt ist, die die Geschwindigkeit des Absenkens des Gussteils (1) in Abhängigkeit von einem Sollverlauf der Abkühltemperatur regelt.
Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass in der Wanne (2) eine Kühleinrichtung (4) zum Kühlen des Schüttguts angeordnet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass eine Zuführvorrichtung zum Zuführen von Schüttgut in die Wanne (2) vorgesehen ist.
Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Zuführung von Schüttgut portionsweise erfolgt.
Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Zuführung von Schüttgut kontinuierlich erfolgt.