DE19807623A1 - Niederdruck-Gießverfahren für Leichtmetalle, insbesondere Aluminium - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Niederdruck-Gießverfahren für Leichtmetalle, insbesondere Aluminium, indem die in einem Schmelzegefäß unter Überdruck stehende Schmelze über ein in die Schmelze eintauchendes Steigrohr in eine an dessen Mündung über einen Einguß anzuschließende Gießform stei­ gend gefördert wird und mehrere aufeinanderfolgende Gießformen durch eine taktweise Relativbewegung zwischen ihnen und dem Schmelzegefäß nacheinander abgegossen werden. Ferner ist die Erfindung gerichtet auf eine Vorrichtung für das Niederdruckgießen von Leichtmetallen mit einem druckbeaufschlagten Schmelzegefäß, einem in das Schmelzegefäß eintauchenden Steigrohr und einer Mehrzahl von Gießformen, die durch taktweise Relativbewegung zwischen ihnen und dem Schmelzegefäß aufeinander folgend abgegossen werden, wobei jeweils das Steigrohr und ein Einguß an der Gießform in Flucht gebracht werden.

Leichtmetalle, insbesondere Aluminium, haben in der Vergangenheit als Konstruktionswerkstoff zunehmende Bedeu­ tung gewonnen. Dies gilt auch für den Kraftfahrzeugbau, insbesondere den Motorenbau. So werden in neuerer Zeit Motorblöcke aus Aluminium hergestellt. Aufgrund der Großserienfertigung in der Automobilindustrie müssen auch Gießverfahren und Gießanlagen mit hoher Leistung zur Verfügung gestellt werden. Zugleich muß insbesondere bei hochbelasteten Bauteilen ein hoher Qualitätsstandard gewährleistet sein. Da Aluminium vor allem im Schmelzzu­ stand mit Luftsauerstoff spontan oxidiert, bildet sich an offenen Schmelze-Oberflächen bei Anwesenheit von Sauer­ stoff sehr schnell eine Oxidhaut.

Um dies so weit als möglich zu verhindern, hat sich beispielsweise sowohl für den Formenguß, als auch den Kokillenguß das Niederdruckgießen, insbesondere in der Ausführung des steigenden Gusses, bewährt, da hierbei die Schmelze nicht verwirbelt, sondern die Form bzw. Kokille mit einer beruhigten Schmelzefront gefüllt wird. Dadurch können insbesondere Oxideinschlüsse im Guß weitgehend vermieden werden.

Mit diesen für das Niederdruckgießen typischen Maßnahmen ist jedoch der Nachteil verbunden, daß die Leistung relativ gering ist. Dies ist unter anderem auch darauf zurückzuführen, daß nach jedem Abguß der Druck im Schmel­ zegefäß abgesenkt werden muß, was wiederum mit dem Absin­ ken der Schmelzesäule im Steigrohr verbunden ist. Dabei dringt Luftsauerstoff aus der Umgebung in das Steigrohr ein. Es bildet sich auf der wenn auch kleinen Oberfläche der Schmelzesäule eine Oxidhaut, die sich bei erneutem Ansteigen der Schmelzesäule beim nächsten Gießtakt an die Wandung des Steigrohrs anlegt und sich auf der Schmelze­ front stets nachbildet. Dadurch wächst das Steigrohr allmählich zu. Bei hoher Leistung erfordert dies einen regelmäßigen Austausch des Steigrohrs in relativ kurzen Zeitintervallen, was wiederum zu einer Leistungsminderung führt. Von entscheidendem Nachteil ist ferner, daß die sich an der Oberfläche der Schmelzesäule bildende Oxid­ haut in die Form oder Kokille eingeschleppt wird und sich später im Gußgefüge wiederfindet.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Nieder­ druck-Gießverfahren und eine zu dessen Durchführung geeignete Vorrichtung vorzuschlagen, die sowohl zu einer Leistungserhöhung, als auch einer Qualitätsverbesserung führen.

Diese Aufgabe wird bei dem eingangs genannten Verfahren dadurch gelöst, daß am Ende jedes Gießtaktes die vom Steigrohr in den Einguß reichende Schmelzesäule nahe der Mündung des Steigrohrs unter gleichzeitigem Verschluß desselben abgeschert wird.

Durch das Abscheren der Schmelzesäule nahe der Mündung des Steigrohrs, das dabei gleichzeitig verschlossen wird, bildet sich oberhalb der Schmelzesäule kein freies Volu­ men und damit auch keine freie Oberfläche, an der sich eine Oxidhaut bilden könnte. Es kann sich folglich auch keine Oxidschicht am Steigrohr anlagern und kann dieses nicht zuwachsen. Durch den Verschluß ist ferner sicher­ gestellt, daß bei dem nachfolgenden Gießtakt keine Oxid­ haut in die Form eingeschleppt wird.

Soweit beim Abscheren der Schmelzesäule oberhalb des Verschlusses ein Restvolumen an Schmelze vorhanden ist, wird dieses vorzugsweise in den Einguß der Gießform verdrängt.

Ferner ist von Vorteil, wenn nach dem Abscheren der Schmelzesäule im Schmelzegefäß zumindest ein die Schmel­ zesäule gegen den Verschluß haltender Überdruck aufrecht­ erhalten wird.

Dadurch ist sichergestellt, daß die Schmelzesäule stets am Verschluß ansteht und nicht durch Absinken der Schmelzesäule oberhalb derselben ein Unterdruck erzeugt wird, der zum Ansaugen von Umgebungsluft führen könnte.

Bei Niederdruck-Gießanlagen ist es zwar bekannt (WO 95/20449), im Bereich des Übergangs vom Steigrohr zur Form einen Verschluß vorzusehen, doch hat dieser in erster Linie die Aufgabe, Verwirbelungen im Schmelze­ gefäß, insbesondere in dem oberhalb des Schmelzeniveaus befindlichen Gaspolster zu vermeiden. Der Verschluß besteht aus einer am Übergang zwischen Steigrohr und Einguß einzusetzenden Schmelzplatte mit niedrigerem Schmelzpunkt als die Aluminiumschmelze. Diese Verschluß­ platte wird bei Ansteigen der Schmelze verflüssigt. Diese flüssigen Fremdkomponenten werden in die Form einge­ schleust und führen zu höchst unerwünschten Einschlüssen im Guß. Ferner geht dieser Stand der Technik davon aus, daß sich trotz der Verschlußplatte oberhalb der Schmelze­ säule ein Gaspolster bildet, das beim Ansteigen der Schmelzesäule in Taschen oberhalb der Mündung des Steig­ rohrs verdrängt wird. Die Ausbildung von Oxidschichten ist damit nicht vermieden. Gleiches gilt auch für die weiterhin beschriebene Ausführung eines Schieberver­ schlusses.

Weder bei diesem bekannten Verfahren, noch bei einem anderen Stand der Technik (WO 97/37797), bei dem die Form zusammen mit einer zwischen ihr und der Mündung des Steigrohrs angeordneten Speiser, der einen bodenseitigen Schieberverschluß aufweist, verfahren wird, läßt sich die Leistung gegenüber herkömmlichen Niederdruck-Gießanlagen erhöhen, noch die durch die Erfindung erzielte Qualitäts­ verbesserung erreichen.

In vorrichtungstechnischer Hinsicht wird die Erfindungs­ aufgabe dadurch gelöst, daß der Mündung des Steigrohrs ein Verschluß zugeordnet ist, der nach jedem Gießen unter Abscheren der Schmelzesäule im Steigrohr in Schließstel­ lung und zu Beginn jedes Gießtaktes in Öffnungsstellung bewegbar ist.

Der Verschluß kann schieberartig quer zur Achse des Steigrohrs und dessen Mündung unmittelbar verschließend bewegbar sein. Diese Ausführung kommt insbesondere dann in Frage, wenn das Steigrohr einen längeren geradlinigen Abschnitt bis zur Mündung aufweist.

Ist hingegen das Steigrohr abgewinkelt und weist es im Bereich der Mündung nur einen relativ kurzen geradlinigen Abschnitt auf, so empfiehlt sich eine kolbenartige Aus­ bildung des Verschlusses, der dann in Achsrichtung des mit dem Einguß fluchtenden Abschnittes des Steigrohrs bis zum bündigen Abschluß an dessen Mündung bewegbar ist. Bei dieser Ausführung wird das abgescherte Restvolumen der Schmelze von dem kolbenartigen Verschluß in den Einguß der Form verdrängt.

Nachstehend ist die Erfindung anhand einiger in der Zeichnung wiedergegebener Ausführungsbeispiele beschrie­ ben. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 eine schematische Ansicht einer Niederdruck-Gießanlage für den kastenlosen Sandguß in einer ersten Betriebsstellung;

Fig. 2 die Gießanlage gemäß Fig. 1 in einer weiteren Betriebsstellung;

Fig. 3 eine schematische Ansicht einer Niederdruck-Gießanlage für den Kastenguß in einer ersten Betriebs­ stellung;

Fig. 4, 5 die Gießanlage gemäß Fig. 3 in je einer weiteren Betriebsstellung;

Fig. 6 eine schematische Ansicht einer Niederdruck-Gießanlage für Kastenfor­ men mit seitlichem Einguß;

Fig. 7 eine schematische Ansicht einer Niederdruck-Gießanlage für kastenlo­ sen Guß und

Fig. 8, 9 die Gießanlage gemäß Fig. 7 in je einer weiteren Betriebsstellung.

Die erfindungsgemäß ausgebildete Gießanlage ist sowohl für den Formenguß, als auch den Kokillenguß geeignet. Die in den Zeichnungen wiedergegebenen Ausführungsbeispiele betreffen ausschließlich das Gießen in Sandformen (mit oder ohne Formkasten)
Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 und 2 sind die kastenlosen Formballen 1 auf einem Förderer 2 aufeinan­ derfolgend angeordnet. Die Formballen 1 werden in Rich­ tung des Pfeils 3 zu einer Gießstation gefördert, an der ein Schmelzegefäß 4, gegebenenfalls in Form eines Ofens, heb- und senkbar sowie verfahrbar angeordnet ist. In dem Schmelzegefäß 4 befindet sich die Leichtmetallschmelze 5, über dessen Schmelze-Oberfläche ein Gaspolster 6 steht, das druckbeaufschlagt ist. In das Schmelzegefäß 4 taucht ein insgesamt mit 7 bezeichnetes Steigrohr ein, das bei diesem Ausführungsbeispiel über einen schrägen Abschnitt 8 und einen kurzen geradlinigen Abschnitt 9 nach oben reicht und an einer Mündung 10 endet. Oberhalb dieser Mündung werden die Formballen 1 mittels des Förderers 2 so getaktet, daß bei jedem Takt der Einguß 11 eines Formballens in Fluchtlage mit dem kurzen senkrechten Abschnitt 9 des Steigrohrs 7 gelangt. In diesem Abschnitt 9 ist ein Verschluß in Form eines Kolbens 12 angeordnet, der mittels eines Zylinders 13 betätigt wird. Aus der in Fig. 1 wiedergegebenen Schließstellung wird der Kolben in die in Fig. 2 gezeigte Gießstellung bewegt, in der er den kurzen senkrechten Abschnitt des Steigrohrs 7 freigibt, so daß unter Wirkung des im Schmelzegefäß 4 herrschenden Überdrucks die Schmelze in die Form gelangt. Nach Füllen der Form wird der Verschluß 12 wieder in die Schließstel­ lung gebracht, in der er das in dem Abschnitt 9 befind­ liche Restvolumen 14 der Schmelze in den Einguß 11 der Form verdrängt. Die abgegossenen Formballen verlassen die Gießstation wieder in Richtung des Pfeils 3.

Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 und 2 ist ferner unmittelbar unterhalb der Formballen und in Kontakt zu diesen eine Kühlplatte 16 angeordnet, über die die Form­ ballen mit dem Einguß 11 laufen, so daß die Schmelze im Einguß 11 schnell zur Erstarrung gebracht wird.

Die Ausführungsform gemäß Fig. 3 bis 5 unterscheidet sich von der gemäß Fig. 1 im wesentlichen nur dadurch, daß Kastenformen 17 abgegossen werden.

Die Gießanlage der Ausführung gemäß Fig. 6 ist wiederum für Kastenguß vorgesehen, wobei die Formkasten 17 über seitliche Druckplatten 18 zusammengehalten sind. In diesem Fall ist der Einguß 11 seitlich und horizontal angeordnet. Das Steigrohr 7 weist in diesem Fall einen kurzen horizontalen Abschnitt 19 auf, in welchem der kolbenartige Verschluß 20 mittels eines Zylinders 21 bewegbar ist. Auch hier ist unmittelbar im Bereich des Abschnittes 19 des Steigrohrs bzw. entlang der Bahn des Eingusses 11 eine Kühlplatte 22 angeordnet. Der in Fig. 6 in Schließstellung gezeigte, kolbenartige Verschluß 20 gibt nach Verschieben in die entgegengesetzte Richtung den Abschnitt 19 frei, so daß die Schmelze vom Steigrohr in diesen Abschnitt und von dort in den Einguß 11 gelan­ gen kann. Auch hierbei wird die Form 17 steigend gefüllt.

Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 7 bis 9 sind wiederum kastenlose Formballen 23 gezeigt, von denen jedoch jeder einen eigenen Verschluß 24 für den Einguß 11 besitzt, der aus der Öffnungsstellung unmittelbar vor dem Abguß (Fig. 7) und während des Gießens (Fig. 8) in die Schließstellung nach dem Abguß (Fig. 9) bewegbar ist. Im übrigen wird dieser Verschluß mit den Formballen mit­ transportiert.

In Verbindung mit dem kolbenartigen Verschluß in dem horizontalen Abschnitt 19 des Steigrohrs ist die Funk­ tionsweise derart, daß der Formballen 23 mit geöffnetem Verschluß 24 in die Gießstation gelangt. Der noch in Schließstellung befindliche Verschluß 20 (Fig. 7) wird anschließend geöffnet und die Schmelze über das Steigrohr 7 in die Form gedrückt. Am Ende des Gießtaktes wird der Verschluß 20 bei noch offenem Verschluß 24 in Schließ­ stellung gebracht und erst anschließend der Verschluß 24 für den Einguß 11 verschlossen.

Bei allen in der Zeichnung gezeigten Ausführungsbeispie­ len schließt der kolbenartige Verschluß 12 bzw. 20 in der Schließstellung bündig mit der Mündung des Steigrohrs am Einguß 11 ab.

Die bei sämtlichen Ausführungsbeispielen gezeigte Kühl­ platte 16, 22 sowie der formseitige Verschluß 24 dienen ausschließlich der Leistungssteigerung, während der Verschluß 12, 20 des Steigrohrs sowohl der Leistungsstei­ gerung, als insbesondere auch der Qualitätsverbesserung des Gußstücks dient, indem die Entstehung und Einschleu­ sung von Oxidhaut auf der Oberfläche der Schmelzesäure im Steigrohr 7 vermieden wird. Auch in der Schließstellung des Verschlusses 12, 20 wird im Schmelzegefäß vorteilhaf­ terweise ein gewisser Überdruck aufrechterhalten, der allerdings niedriger liegen kann, als der Gießdruck. Hiermit ist gewährleistet, daß nicht durch Absenken der Schmelzsäule im Steigrohr 7 in deren oberen Teil ein Unterdruck entsteht, der über Leckagen zum Einbruch von Luftsauerstoff führen könnte.

Claims (6)

1. Niederdruck-Gießverfahren für Leichtmetalle, insbe­ sondere Aluminium, indem die in einem Schmelzegefäß unter Überdruck stehende Schmelze über ein in die Schmelze eintauchendes Steigrohr in eine an dessen Mündung über einen Einguß anzuschließende Gießform steigend gefördert wird und mehrere aufeinanderfol­ gende Gießformen durch eine taktweise Relativbewe­ gung zwischen ihnen und dem Schmelzegefäß nacheinan­ der abgegossen werden, dadurch gekennzeichnet, daß am Ende jedes Gießtaktes die vom Steigrohr in den Einguß reichende Schmelzesäule nahe der Mündung des Steigrohrs unter gleichzeitigem Verschluß desselben abgeschert wird

2. Gießverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß das beim Abscheren der Schmelzesäule nach oben verdrängte Schmelzevolumen in den Einguß der Gießform verdrängt wird.

3. Gießverfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß nach dem Abscheren der Schmelze­ säule im Schmelzegefäß zumindest ein die Schmelze­ säule gegen den Verschluß haltender Überdruck auf­ rechterhalten wird.

4. Vorrichtung für das Niederdruckgießen von Leichtme­ tallen, insbesondere Aluminium, mit einem druckbe­ aufschlagten Schmelzegefäß, einem in das Schmelze­ gefäß eintauchenden Steigrohr und einer Mehrzahl von Gießformen, die durch taktweise Relativbewegung zwischen ihnen und dem Schmelzegefäß aufeinander folgend abgegossen werden, wobei jeweils das Steig­ rohr und ein Einguß an der Gießform in Flucht ge­ bracht werden, insbesondere zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Mündung des Steigrohrs ein Verschluß zugeordnet ist, der nach jedem Gießtakt unter Abscheren der Schmelzesäule im Steigrohr in Schließstellung und zu Beginn jedes Gießtaktes in Öffnungsstellung bewegbar ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Verschluß schieberartig quer zur Achse des Steigrohrs deren Mündung unmittelbar verschließend bewegbar ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Steigrohr abgewinkelt ist und der Verschluß kolbenartig in Achsrichtung des mit dem Einguß fluchtenden Abschnittes des Steigrohrs bis zum bündigen Abschluß an dessen Mündung bewegbar ist.