DE19821419A1 - Verfahren zum steigenden Niederdruck-Gießen von Metall, insbesondere Leichtmetall - Google Patents
Verfahren zum steigenden Niederdruck-Gießen von Metall, insbesondere LeichtmetallInfo
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Abstract
Beim steigenden Niederdruck-Gießen von Metallen, insbesondere Leichtmetall, wird eine Gießform mit ihrem Einguß über ein Steigrohr an einen Schmelzebehälter angeschlossen und die darin enthaltene Schmelze unter Druck durch das Steigrohr in die Gießform verdrängt. Zur Erhöhung der Gießleistung bei Aufrechterhaltung einer hohen Gußqualität wird der überwiegende Teil des für das Füllen der Gießform notwendige Schmelzevolumens mit maximaler Gießgeschwindigkeit in die Gießform verdrängt, dann die Schmelzesäule im Steigrohr abgeschert und ein zwischen der Abscherstelle und dem Einguß verbleibendes Restvolumen mit einem negativen Geschwindigkeitsgradienten in die Gießform verdrängt. Ferner ist eine Vorrichtung zur Durchführung des vorgenannten Verfahrens beschrieben.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum steigenden
Niederdruck-Gießen von Metall, insbesondere Leichtmetall,
indem eine mit wenigstens einem Speiser versehene Gieß
form mit ihrem Einguß über ein Steigrohr an einen
Schmelzbehälter angeschlossen und die darin enthaltene
Schmelze unter Druck durch das Steigrohr in die Gießform
verdrängt wird.
Leichtmetalle, insbesondere Aluminium, haben in der
Vergangenheit als Konstruktionswerkstoff zunehmende
Bedeutung gewonnen. Dies gilt auch für den Kraftfahrzeug
bau, 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.
Bei Niederdruck-Gießanlagen ist es bekannt (WO 95/20449),
im Bereich des Übergangs vom Steigrohr zur Form einen
Verschluß vorzusehen. Dieser hat in erster Linie die
Aufgabe, Verwirbelungen im Schmelzgefäß, insbesondere in
dem oberhalb des Schmelzniveaus befindlichen Gaspolster
zu vermeiden. Der Verschluß besteht aus einer am Übergang
zwischen Steigrohr und Einguß einzusetzenden Schmelz
platte mit niedrigerem Schmelzpunkt als die Aluminium
schmelze. Diese Verschlußplatte wird bei Ansteigen der
Schmelze verflüssigt. Diese flüssigen Fremdkomponenten
werden in die Form eingeschleust und führen zu höchst
unerwünschten Einschlüssen im Guß. Der Verschluß muß nach
jedem Abguß ausgetauscht werden, so daß die Leistung
entsprechend niedrig ist.
Bei einem anderen bekannten Verfahren (WO 97/37797) ist
zwischen Mündung des Steigrohrs und der Form ein Nach
speiser in Form eines Behälters angeordnet, durch den
hindurch die Schmelze aus dem Steigrohr in die Form
verdrängt wird. Der Behälter weist einen bodenseitigen
Schieberverschluß auf, der nach dem Füllen der Form
schließt. Nach dem Abguß wird die Form zusammen mit dem
Nachspeiser vom Steigrohr abgekoppelt und der Gießschwund
durch Nachschieben von Schmelze aus dem Nachspeiser in
die Form ausgeglichen. Auch hierdurch läßt sich die
Leistung gegenüber herkömmlichen Niederdruck-Gießanlagen
nicht erhöhen, zumal der Nachspeiser für den nächsten
Gießtakt entleert und zur Gießstation zurückgeführt
werden muß.
Nach einem älteren, nicht vorveröffentlichten Vorschlag
der Anmelderin (DE 198 07 623) wird am Ende jedes Gieß
taktes die vom Steigrohr in den Einguß der Form reichende
Schmelzesäule nahe der Mündung des Steigrohrs unter
gleichzeitigem Verschluß desselben abgeschert. Durch das
Abscheren der Schmelzesäule nahe der Mündung des Steig
rohrs bildet sich oberhalb der Schmelzesäule kein freies
Volumen 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
sichergestellt, daß bei dem nachfolgenden Gießtakt keine
Oxidhaut in die Form eingeschleppt wird. Ferner ist von
Vorteil, wenn nach dem Abscheren der Schmelzesäule im
Schmelzegefäß zumindest ein die Schmelzesäule gegen den
Verschluß haltender Überdruck aufrechterhalten wird.
Durch diese Maßnahme kann die Leistung der Gießanlage
erhöht werden.
Die Produktion von Leichtmetallguß in hohen Stückzahlen
und hohen Gußttonnagen verlangt deutlich höhere spezifi
sche Gießleistungen, die bisher im Bereich von 1 kg/s
liegen. Um die Wirtschaftlichkeit der Anlagen zu verbes
sern, werden immer kürzere Taktzeiten angestrebt. Damit
entsteht auch die Forderung nach kürzeren Gießzeiten je
Takt, bzw. für gleiche Teilmassen die Forderung nach
höherem Schmelzedurchsatz während der Formfüllung. Die
beim steigenden Gießen höheren spezifischen Giessleistun
gen von deutlich mehr als 1 kg/sec, z. B. 3-10 kg/sec,
führen zu hohen lokalen Gießgeschwindigkeiten. Diese sind
aber durch die mangelnde Erosionsfestigkeit der Form
stoffe, durch die Geometrie der Gußteile und Anschnitte
in engen Querschnitten, am stärksten jedoch durch den
unerwünschten dynamischen Füllstoß am Gießende limitiert.
Der dynamische Füllstoß am Gießende hängt bei gegebener
Teilegeometrie in erster Linie vom Entlüftungsverhalten
der Form (Gasdurchlässigkeit bei Sandformen, Entlüftungs
bohrungen etc.), in jedem Fall aber von der Giessge
schwindigkeit am Gießende kurz vor der vollständigen
Füllung der Form ab.
Beim Sandgußverfahren, speziell im Naßgußverfahren, sind
Oberflächenfehler an den Gußteilen bekannt, die vorwie
gend durch den Füllstoß am Gießende verursacht werden. In
der letzten Phase der Formfüllung wird die kinetische
Energie der Schmelze an den hochliegenden Formflächen
abrupt in Stoßenergie umgesetzt. Dieser dynamische Stoß
treibt die Schmelze in die Poren der Sandoberfläche und
erzeugt dort unerwünscht rauhe Oberflächen an der Gußkon
tur. Hierbei werden inhomogen verdichtete Formpartien
unterschiedlich stark in Mitleidenschaft gezogen. In
vielen Fällen müssen so geschädigte Gußteile aber mit
erheblichem Putzaufwand nachbearbeitet oder als Ausschuß
verworfen werden.
Ein weiterer Effekt dieses Füllstoßes führt zu erhöhter
Gratbildung in den Teilungszonen der Formhälften und der
Kerne. Gratbildung bedeutet aber aufwendige Putzarbeit,
die je nach Teileart über 30% der Gestehungskosten des
Gußteiles ausmachen kann. Gratfeies bzw. gratarmes
Gießen ist daher von großer wirtschaftlicher Bedeutung.
Eine dritte Fehlerart ist die Blasenbildung infolge von
Luft- und Gaseinschlüssen, die während des Gießens,
vorwiegend jedoch in der Phase kurz vor Gießende entste
hen. Vorbeugend werden die Gießgase über Abluftkanäle,
durch Luftpfeifen, durch Verwendung von offenen Speisern
oder Einsatz von Formstoffen mit hoher Gasdurchlässigkeit
abgeführt. Fehler der vorgenannten Art treten bereits bei
den heute üblichen geringen Gießleistungen von 1 bis 2
kg/sec für Aluminiumlegierungen auf. Wird die Gießlei
stung nennenswert erhöht, ist zu erwarten, dass die
Gasblasenbildung in erheblichem Maße zunimmt. Für das
steigende Gießen sind bisher verschiedene Methoden be
kannt. So z. B. die Verwendung eines Gasdruckpolsters im
Schmelzbehälter bzw. -ofen, welches die Schmelze über das
an die Form angeschlossene Steigrohr füllt. Anstelle des
Gasdrucks im Schmelzbehälter werden auch Elektromagnet
pumpen am Fuß des Steigrohres eingesetzt, welche die
Füllaufgabe übernehmen. In beiden Fällen kommt ein soge
nanntes aktives Füllen zur Anwendung, d. h. der Füllvor
gang wird in Form eines Geschwindigkeit-Zeit-Profils
oder Volumen-Zeit-Profils in Abhängigkeit von der Ni
veauänderung im Schmelzbehälter gesteuert und geregelt
(DE 33 17 474 = EP 0 128 280, EP 0 215 153). Mit diesen
Methoden ist es prinzipiell möglich, dem unerwünschten
dynamischen Füllstoß gegen Ende der Formfüllung entgegen
zuwirken. Die Steigerung der Gußtonnage und damit die
Erhöhung der Gießleistung je Gießtakt stellt jedoch neue
Anforderungen an die bekannten Gießverfahren. Größere
Schmelzedurchsätze führen zwangsläufig zu grösseren
Schmelze- bzw. Ofenchargen und Ofenvolumen, weil die
Nachfüllzyklen wegen der hohen Anforderungen an die
Schmelzequalität nicht zu kurz werden dürfen. Große
Ofenvolumina erschweren speziell beim Gasdruck-Füllver
fahren die Regelbarkeit des Füllprozesses. Die dort
größere Massenträgheit der Schmelze führt bei raschen
Änderungen der Ofendrücke zum Schwingen der Metallmasse
im Ofen. Die Führung des Schmelze-Füllprofiles wird
dadurch erschwert oder unmöglich. Besonders zum Gießende
hin kann die zuvor beschleunigte Masse der Schmelze nicht
schnell genug und schwingungsfrei verzögert werden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, beim steigenden
Gießen von Leichtmetall eine höhere Gießgeschwindigkeit
und damit höhere Taktzeiten bei hoher Gußqualität zu
erreichen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß
der überwiegende Teil des für das Füllen der Gießform
notwendigen Schmelzvolumens mit maximaler Gießgeschwin
digkeit in die Gießform verdrängt, dann die Schmelzesäule
im Steigrohr abgeschehrt und ein zwischen der Abscher
stelle und dem Einguß verbleibendes Restvolumen mit einem
negativen Geschwindigkeitsgradienten in die Gießform
verdrängt wird.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird der Füllvorgang
in zwei Abschnitte unterteilt, wobei der erste Abschnitt
dem üblichen Verfahren beim steigenden Gießen folgt,
indem bei dem vorgegebenen freien Querschnitt des Steig
rohrs die Schmelzesäule allein durch den Vortrieb am
Schmelzebehälter bzw. -ofen bis auf die maximale Gießge
schwindigkeit beschleunigt und diese bis kurz vor Gießen
de aufrechterhalten wird. Anschließend wird die Schmelze
säule nahe dem Einguß abgeschert, so daß die maximale
Gießgeschwindigkeit noch für eine kurze Zeit aufrechter
halten wird, bis die Schmelzesäule vollständig abgeschert
ist. Das zwischen der Abscherstelle und dem Einguß ver
bleibende Restvolumen wird dann mit ständig absinkender
Geschwindigkeit in die Gießform verdrängt, so daß die
Schmelzefront innerhalb der Gießform langsamer steigt und
zum einen die in der Form noch vorhandene Restluft kon
trolliert entweichen kann, zum anderen ein dynamischer
Füllstoß auf die oben liegenden Formflächen vermieden
wird. Damit wird gleichermaßen verhindert, daß sich im
Schmelzvolumen in der Form ein zu hoher hydrostatischer
Druck aufbaut.
Durch das erfindungsgemäße Verfahren wird insbesondere
bei Sandformen das Penetrieren der Schmelze in die Form
oberfläche und ferner das Erodieren der Form durch Im
pulskräfte vermieden, so daß trotz möglicher Steigerung
der Gießleistung einwandfreie Gußteiloberflächen erhalten
werden. Ferner wird durch die Vermeidung des Aufbaus
eines zu hohen isostatischen Drucks vermieden, daß die
Schmelze in Formtrennzonen eindringt und zur Gratbildung
führt. Durch das Abscheren des Restvolumens von der
Schmelzsäule können vom Schmelzebehälter her rührende
Schwingungen nicht auf das Restvolumen übertragen werden.
Das Restvolumen wiederum wird aufgrund seiner relativ
geringen Masse und des negativen Geschwindigkeitsradien
ten schwingungsfrei in die Form verdrängt.
Vorzugsweise wird das Restvolumen mit einem unstetigen
Geschwindigkeitsgradienten in die Gießform verdrängt,
beispielsweise zunächst mit der maximalen Gießgeschwin
digkeit, anschließend mit einem flach und daraufhin steil
negativen Geschwindigkeitsradienten.
Das erfindungsgemäße Verfahren gibt insbesondere die
Möglichkeit, die Größe des Restvolumens in Abhängigkeit
von dem Volumen und/oder der Geometrie des Gußteils zu
wählen. Je größer das Gußteilvolumen und je verwickelter
die Geometrie des Gußteils im oberen Bereich ist, um so
größer wird man das Restvolumen wählen.
Ferner kann der Geschwindigkeitsgradient und/oder dessen
zeitlicher Verlauf in Abhängigkeit von dem Volumen und/
oder der Geometrie des Gußteils gewählt werden. Dabei
kommt bei einer verwickelten Geometrie, vor allem im
oberen Bereich der Form, ein schnellerer Abbau des Ge
schwindigkeitsgradienten in Betracht, als bei großvolumi
gen und wenig verwickelten Formen.
Das Restvolumen sollte etwa 10% des Volumens des Guß
teils ausmachen, vorzugsweise liegt es bei 3-7 Vol%
des Gußteils.
Zur Durchführung des Verfahrens geht die Erfindung aus
von einer Vorrichtung mit einer Transportbahn zur takt
weisen Bewegung der Gießformen mit wenigstens einem Spei
ser und einem Einguß, einer Gießstation an der Transport
bahn, an der die Gießformen nacheinander positionierbar
sind, einem an der Gießstation positionierbaren Schmelze
behälter, insbesondere Schmelzeofen, einem in die Schmel
ze eintauchenden Steigrohr, an das an der Gießstation die
Gießform mit ihrem Einguß anschließbar ist, und einem
Druckerzeuger zum Verdrängen der Schmelze aus dem Schmel
zebehälter über das Steigrohr und den Einguß in die
Gießform.
Eine solche Vorrichtung zeichnet sich erfindungsgemäß
dadurch aus, daß am Übergang zwischen Steigrohr und
Einguß ein das Restvolumen bildender, rohrförmiger Ab
schnitt angeordnet ist, in welchem ein gesteuerter Ver
dränger zwischen einer die Mündung des Steigrohrs in
diesem Abschnitt freigebenden Gießposition über eine die
Mündung verschließenden Zwischenposition in eine den
Einguß verschließende Lage bewegbar ist.
Die im Steigrohr verdrängte Schmelzesäule gelangt mit der
maximalen Gießgeschwindigkeit über den rohrförmigen
Abschnitt und den Einguß in die Gießform. Gegen Ende des
Gießtaktes wird der Verdränger angesteuert und reduziert
den freien Querschnitt der Mündung in einer vorgegebenen
Zeit, an deren Ende die Schmelzesäule vollständig abge
schert ist, so daß die auf sie wirkenden ofenseitigen
Vortriebskräfte nicht mehr auf das im rohrförmigen Ab
schnitt eingeschlossene Restvolumen einwirken können.
Dieses Restvolumen wird dann mittels des Verdrängers mit
dem vorgegebenen, negativen Geschwindigkeitsgradienten in
die Form verdrängt, bis der Verdränger seine Endlage
erreicht, in der er den Einguß verschließt.
Vorzugsweise fluchtet der rohrförmige Abschnitt mit dem
Einguß, so daß das Restvolumen ohne jede Umlenkung tran
slatorisch und damit gut steuerbar in die Form verdrängt
wird. Dies kann bei senkrechtem Einguß am Boden der Form
gleichermaßen vorteilhaft geschehen, wie bei einem hori
zontalen seitlichen Einguß.
Die Geschwindigkeit des Verdrängers ist vorzugsweise in
Abhängigkeit von der Geometrie und/oder dem Volumen des
Gußteils steuerbar, gegebenenfalls auch mittels eines
Programms vorgebbar.
Ferner kann zumindest der rohrförmige Abschnitt gegen
einen Abschnitt mit einem anderen Volumen austauschbar
oder um einen weiteren Abschnitt verlängerbar sein, um
das Restvolumen an die Geometrie bzw. das Volumen des
Gußteils optimal anzupassen.
In bevorzugter Ausführung sind der rohrförmige Abschnitt
und der Verdränger von einer Zylinder-Kolbeneinheit
gebildet und mündet das Steigrohr seitlich in den Zylin
der nahe der dem Einguß fernen Endlage des Kolbens in den
Zylinder ein.
Gegebenenfalls kann die komplette Zylinder-Kolbeneinheit
gegen eine mit anderem Zylindervolumen ausgetauscht
werden.
Nachstehend ist die Erfindung anhand von in der Zeich
nung wiedergegebenen Ausführungsbeispielen beschrieben.
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 die Gießanlage gemäß Fig. 3 in einer
weiteren Betriebsstellung und
Fig. 5 ein Zeitdiagramm zum Anlauf des
Gießvorgangs.
Die erfindungsgemäß ausgebildete Gießanlage ist sowohl
für den Sandformenguß, als auch den Kokillenguß geeignet.
Die in den Zeichnungen wiedergegebenen Ausführungsbei
spiele betreffen ausschließlich das Gießen in Sandformen
(mit oder ohne Formkasten).
Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 und 2 sind die
Gußformen als kastenlose Formballen 1 auf einem die
Transportbahn bildenden Förderer 2 aufeinanderfolgend
angeordnet. Die Formballen 1 werden in Richtung 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 von einem steuerbaren Druckerzeuger beaufschlagt ist.
In das Schmelzegefäß 4 taucht ein insgesamt mit 7 be
zeichnetes Steigrohr ein, das bei diesem Ausführungsbei
spiel über einen schrägen Abschnitt 8 und einen kurzen
geradlinigen, rohrförmigen Abschnitt 9 nach oben reicht
und an einer Mündung 10 endet. Oberhalb dieser Mündung
werden die Formballen 1 mittels des Förderers 2 so getak
tet, daß bei jedem Takt ein Formballen in die Gießposi
tion kommt. Dann wird die Vorrichtung mit dem kurzen
senkrechten Abschnitt 9 des Steigrohrs so justiert, daß
letzterer in Fluchtlage mit dem Einguß 11 des Formballens
gelangt. In dem rohrförmigen Abschnitt 9 ist ein Verdrän
ger in Form eines Kolbens 12 angeordnet, der mittels
eines Druckmittelzylinders 13 betätigt wird.
Aus der in Fig. 1 wiedergegebenen formnahen Endlage, in
der der Einguß 11 verschlossen ist, wird der Kolben 12 in
die in Fig. 2 gezeigte andere Endlage bewegt, in der er
den kurzen senkrechten Abschnitt des Steigrohrs 7 voll
ständig freigibt, so daß unter Wirkung des im Schmelzege
fäß 4 herrschenden Überdrucks die Schmelze in die Form
gelangt. Bevor die Form vollständig gefüllt ist, wird der
Kolben 12 wieder in die andere Endlage (Fig. 1) verfah
ren, in der er das in dem Abschnitt 9 befindliche Restvo
lumen 14 der Schmelze in die Form verdrängt. Die abgegos
senen Formballen verlassen die Gießstation in Richtung
des Pfeils 3.
In der Schließstellung des Kolbens 12 (Fig. 1) wird im
Schmelzegefäß ein Überdruck aufrechterhalten, der aller
dings niedriger liegen kann, als der Gießdruck. Hiermit
ist gewährleistet, daß nicht durch Absenken der Schmelze
säule im Steigrohr 7 in deren oberen Teil ein Unterdruck
entsteht, der über Leckagen zum Einbruch von Luftsauer
stoff führen könnte.
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 und 4 unterscheidet sich
von der gemäß Fig. 1 im wesentlichen nur dadurch, daß
Kastenformen 17 abgegossen werden.
Bei dem in Fig. 2 und 3 gezeigten Gießvorgang reicht die
Schmelzesäule vom Schmelzebehälter 4 bis in die Gießform.
Dabei wird die Schmelzesäule mittels des Vordrucks im
Schmelzebehälter mit maximaler Gießgeschwindigkeit in die
Form verdrängt. Gegen Ende des Gießtaktes wird der Kolben
12 angesteuert, der zunächst die Mündung 18 (Fig. 2 und
3) des schrägen Abschnittes 8 des Steigrohrs in den
vertikalen Abschnitt 9 überfährt und dabei die Schmelze
säule abschert und zugleich das Restvolumen 14 in dem
senkrechten Abschnitt 9 in die Gießform verdrängt.
In Fig. 5 ist der zeitliche Verlauf der Gießgeschwindig
keit und die Änderung des Steigrohrquerschnittes gegen
Ende des Gießvorgangs wiedergegeben. Ist eine Gießform in
die Gießposition gebracht, wird der Kolben 12 nach unten
gefahren, so daß die Mündung 18 freigegeben ist und die
Schmelze aus dem Schmelzebehälter 4 über das Steigrohr 7,
8 in den senkrechten Abschnitt 9 und schließlich diese
über den Einguß 11 in die Form verdrängt wird. Dabei
steigt die Geschwindigkeit der Schmelzesäule in dem
Kurvenabschnitt 20 entsprechend dem Vordruck im Schmelze
ofen sehr schnell auf die maximale Gießgeschwindigkeit 21
an. Der Steigrohrquerschnitt bzw. die Mündung 18 ist
vollständig freigegeben, wie dies mit dem Kurvenabschnitt
30 angedeutet ist. Gegen Ende des Gießvorgangs, bei dem
noch bis etwa 10% des Schmelzevolumens in der Form
fehlen, wird der Kolben 12 angesteuert. Dies geschieht
bei dem in Fig. 5 gezeigten Diagramm bei 22. Der Steig
rohrquerschnitt nimmt dann durch zunehmendes Überfahren
der Mündung 18 durch den Kolben 12 schnell ab, wie dies
der Kurvenabschnitt 31 zeigt, bis schließlich der Kolben
12 die Schmelzesäule an der Mündung 18 vollständig abge
schert hat, wie dies im Diagramm bei 32 angedeutet ist.
Die Gießgeschwindigkeit bleibt dabei auf dem Kurvenab
schnitt 24 zunächst noch auf dem Maximalwert und fällt
dann mit negativem Geschwindigkeitsgradienten ab, und
zwar zunächst über einen kurzen Zeitraum mit einer fla
chen Abnahme im Kurvenabschnitt 25, um anschließend im
Kurvenabschnitt 26 steil abzufallen und schließlich
wiederum im Kurvenabschnitt 27 flach auszulaufen, bis bei
28 der Einguß 11 durch den Kolben 12 verschlossen ist.
Der Verlauf der Gießgeschwindigkeit in den Kurvenab
schnitten 24, 25, 26 und 27 ist nur beispielhaft gezeigt
und im übrigen von der Gußteilgeometrie abhängig bzw. an
diese anpaßbar.
Claims (14)
1. Verfahren zum steigenden Niederdruck-Gießen von
Metall, insbesondere Leichtmetall, indem
eine mit wenigstens einem Speiser versehene Gießform
mit ihrem Einguß über ein Steigrohr an einen
Schmelzebehälter angeschlossen und die darin enthal
tene Schmelze unter Druck durch das Steigrohr in die
Gießform verdrängt wird, dadurch gekennzeichnet, daß
der überwiegende Teil des für das Füllen der Gieß
form notwendigen Schmelzevolumens mit maximaler
Gießgeschwindigkeit in die Gießform verdrängt, dann
die Schmelzesäule im Steigrohr abgeschert und ein
zwischen der Abscherstelle und dem Einguß verblei
bendes Restvolumen mit einem negativen Geschwindig
keitsgradienten in die Gießform verdrängt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß das Restvolumen mit einem unstetigen Geschwin
digkeitsgradienten in die Gießform verdrängt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn
zeichnet, daß das Restvolumen zunächst mit der
maximalen Geschwindigkeit, anschließend mit einem
flach und daraufhin steil negativen Geschwindig
keitsgradienten in die Gießform verdrängt wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch
gekennzeichnet, daß die Größe des Restvolumens in
Abhängigkeit von dem Volumen und/oder der Geometrie
des Gußteils gewählt wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch
gekennzeichnet, daß der Geschwindigkeitsgradient
und/oder dessen zeitlicher Verlauf in Abhängigkeit
von dem Volumen und/oder der Geometrie des Gußteils
gewählt wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch
gekennzeichnet, daß bis etwa 10% des Volumens des
Gußteils das Restvolumen bilden.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch
gekennzeichnet, daß 3 bis 7 Vol % des Gußteils das
Restvolumen bilden.
8. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach
Anspruch 1 mit einer Transportbahn zur taktweisen
Bewegung von Gießformen mit wenigstens einem Speiser
und einem Einguß, einer Gießstation an der Trans
portbahn, an der die Gießformen nacheinander posi
tionierbar sind, einem an der Gießstation positio
nierbaren Schmelzebehälter, insbesondere Schmelze
ofen, einem in die Schmelze eintauchenden Steigrohr,
an das an der Gießstation die Gießform mit ihrem
Einguß anschließbar ist, und einem Druckerzeuger zum
Verdrängen der Schmelze aus dem Schmelzebehälter
über das Steigrohr und den Einguß in die Gießform,
dadurch gekennzeichnet, daß am Übergang zwischen
Steigrohr (7, 8) und Einguß (11) ein das Restvolumen
bildender, rohrförmiger Abschnitt (9) angeordnet
ist, in welchem ein gesteuerter Verdränger (12)
zwischen einer die Mündung (18) des Steigrohrs (7,
8) in diesen Abschnitt (9) freigebenden Gießposition
über eine die Mündung verschließende Zwischenposi
tion in eine den Einguß (11) verschließende Endlage
bewegbar ist.
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, da
durch gekennzeichnet, daß der rohrförmige Abschnitt
(9) mit dem Einguß (11) fluchtet.
10. Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Geschwindigkeit des Verdrängers
(12) steuerbar ist.
11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 10,
dadurch gekennzeichnet, daß die Geschwindigkeit des
Verdrängers (12) in Abhängigkeit von der Geometrie
und/oder dem Volumen des Gußteils steuerbar ist.
12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 11,
dadurch gekennzeichnet, daß zumindest der rohrförmi
ge Abschnitt (9) gegen einen Abschnitt mit anderem
Volumen austauschbar ist.
13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 11,
dadurch gekennzeichnet, daß der rohrförmige Ab
schnitt (9) durch einen weiteren rohrförmigen Ab
schnitt verlängerbar ist.
14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 12,
dadurch gekennzeichnet, daß der rohrförmige Ab
schnitt (9) und der Verdränger (12) von einer Zylin
der-Kolbeneinheit gebildet sind und das Steigrohr
(7, 8) seitlich in den Zylinder (9) nahe der dem
Einguß fernen Endlage des Kolbens (12) in den Zylin
der (9) einmündet.
Priority Applications (6)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19821419A DE19821419A1 (de) | 1998-05-13 | 1998-05-13 | Verfahren zum steigenden Niederdruck-Gießen von Metall, insbesondere Leichtmetall |
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