DE19846781A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Herstellen von Präzisionsgußteilen durch Schleudergießen - Google Patents
Verfahren und Vorrichtung zum Herstellen von Präzisionsgußteilen durch SchleudergießenInfo
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Abstract
Zum Herstellen von Präzisionsgußteilen durch Schleudergießen, insbesondere von Teilen aus titanhaltigen Werkstoffen für Verbrennungsmotoren, dienen Gießformen (1) mit ringförmigen Gießformteilen (2, 3), die durch mindestens eine Trennebene (E-E) unterteilt sind und mehrere, zumindest im wesentlichen radial zu einer Schleuderachse (A-A) angeordneten Formhohlräume (8) bilden, wobei die Gießformen (1) und eine Gießeinrichtung in einer geschlossenen Kammer untergebracht sind. Zur Automatisierung der Fertigung wird mindestens ein Gießformteil (2, 3) in jeweils einer eigenen Rotationsführung zur Drehung gebracht, und zwei Gießformteile (2, 3) werden zusammen mit den zugehörigen Rotationsführungen relativ zueinander in eine Schließstellung für den Abguß und die Erstarrung und in eine Öffnungsstellung für die Entnahme der Präzisionsgußteile gebracht. Dabei werden die Präzisionsgußteile vorzugsweise beim Abguß an ihren radial einwärts gerichteten Enden durch einen umlaufenden Ring aus der erstarrten Schmelze miteinander vereinigt, damit der Kranz von Gußteilen durch eine Manipulationseinrichtung aus der geöffneten Gießform entnommen werden kann.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von Präzisionsgußteilen
durch Schleudergießen, insbesondere von Teilen aus titanhaltigen Werk
stoffen für Verbrennungsmotoren, in durch mindestens eine Trennebene in
ringförmige Gießformteile unterteilten Gießformen mit mehreren, zumin
dest im wesentlichen radial zu einer Schleuderachse angeordneten Form
hohlräumen, wobei die Gießformen und eine Gießeinrichtung in einer
geschlossenen Kammer untergebracht sind.
Ein solches, durch die EP 0 686 443 A1 bekanntes Verfahren befaßt sich
vorrangig mit der Auswahl besonderer Formwerkstoffe, die einen Einfluß
auf das Gieß- und Erstarrungsverhalten von titanhaltigen Werkstoffen wie
Reintitan, | Ti 6 Al 4 V, |
Ti 6 Al 2 Sn 4 Zr 2 Mo, | Ti 5 Al 2,5 Sn |
Ti 15 V 3 Al 3 Cr 3 Sn, | Ti Al 5 Fe 2,5 |
50 Ti 46 Al 2 Cr 2 Nb | Titanaluminide. |
Auf solche Werkstoffe erstreckt sich auch die Erfindung, ist aber hierauf
nicht beschränkt. Infrage kommen auch andere Werkstoffe wie z. B. hoch
warmfeste Nickelaluminide, insbesondere Werkstoffe, die bei ihrer
Gießtemperatur hoch reaktiv sind, wozu auch die in der EP 0 686 443 A1
genannten Werkstoffe gehören.
Anwendungsmöglichkeiten liegen auf dem Gebiete der Verbrennungs
motoren, z. B. für oszillierend bewegte Teile wie Ventile, Pleuel und Kolben
bolzen, bei denen das Massen-, Geräusch- und Temperaturverhalten eine
Rolle spielt. Anwendungsmöglichkeiten liegen aber auch auf dem Gebiete
der rotierenden Maschinen wie Turbinenrädern, Turbinenschaufeln, Ver
dichterrädern und deren Teile, also sämtlich Massenartikel, bei den die
Herstellkosten, die Präzision und die Einhaltung aller Produktparameter
eine entscheidende Rolle spielen, und zwar aus Gründen, die in der
EP 0 686 443 A1 beschrieben sind. Ein weiteres interessantes Anwen
dungsgebiet sind biomedizinische Prothesen wie z. B. Implantate.
Bei dem durch die EP 0 686 443 A1 bekannten Verfahren werden um einen
zentralen Eingußkanal herum jeweils mehrere Kränze von Gußteilen herge
stellt, die auch zwischen den Kränzen durch das im Eingußkanal erstarrte
Material zu einem Baum oder einer Traube von Gußteilen vereinigt sind.
Dadurch gestaltet sich das Zerlegen der Gießfom schwierig und zeitrau
bend, da die Gußteile mit den Formteilen gewissermaßen verzahnt und in
der Gießform verankert sind. Zum Zerlegen muß die Gießform bzw. der
Plattenstapel von Formteilen als Ganzes in der Gießkammer demontiert
und aus dieser entnommen und an Atmosphäre zerlegt werden.
Ohne Vakuumschleuse wird das Innere der Gießkammer durch die
Umgebungsluft und deren Gehalt an Wasserdampf kontaminiert; mit
Vakuumschleuse gestaltet sich die Demontage der Gießform extrem
kompliziert. In jedem Falle aber werden die Gießformteile an Atmosphäre
kontaminiert. Aber selbst wenn die Gießform zum Herstellen nur eines
Kranzes von Gußteilen aus nur zwei Ringscheiben bestünde, wäre die
Demontage im Innern der Gießkammer schwierig, und das Kontamina
tionsproblem bleibt bestehen.
Hinzu kommt ein weiterer Gesichtspunkt: Die meisten der oben beschrie
benen Werkstoffe sind bei Raumtemperatur hart und spröde, bei Tempe
raturen zwischen etwa 200°C und 300°C fest, aber noch duktil. Beim oben
beschriebenen Zerlegen von Formenstapeln mit eingebetteten Gießbäu
men sind diese auf Raumtemperatur abgekühlt, so daß beim Entformen
Sprödbrüche auftreten, die zu Ausschuß führen. Außerdem müssen die
Gießformen vor jedem neuen Abguß wieder von Hand montiert und von
Raumtemperatur auf 600°C bis 800°C aufgeheizt werden, was nicht nur
zeitraubend ist sondern auch energiefressend.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der ein
gangs beschriebenen Gattung und eine Vorrichtung anzugeben, das
bzw. die ein Zerlegen der Gießform erleichtert und eine weitgehend
automatisierbare Herstellung von Präzisionsgußteilen im Vakuum oder
unter Schutzgas ohne eine Beschädigung der Gußteile und ohne
übermäßigen Energieverbrauch erlaubt.
Die Lösung der gestellten Aufgabe erfolgt bei dem eingangs angegebenen
Verfahren erfindungsgemäß dadurch, daß mindestens ein Gießformteil in
jeweils einer eigenen Rotationsführung zur Drehung gebracht wird und
daß zwei Gießformteile zusammen mit den zugehörigen Rotationsführun
gen relativ zueinander in eine Schließstellung für den Abguß und die
Erstarrung und in eine Öffnungsstellung für die Entnahme der Präzisions
gußteile gebracht werden.
Dadurch wird eine weitgehend automatisierbare Herstellung von Präzisi
onsgußteilen im Vakuum oder unter Schutzgas und ohne eine Beschädi
gung der Gußteile und ohne übermäßigen Energieverbrauch ermöglicht.
Insbesondere wird die Herstellung der Präzisionsgußteile, die bei der
Verwendung als Motorenbauteile Massenprodukte sind, stark erleichtert
und verbilligt.
Bei der Erfindung kann nämlich die Entformung innerhalb der Abkühlkurve
zum thermisch günstigsten Zeitpunkt erfolgen, bei dem der vergossene
Werkstoff bereits ausreichend fest ist, aber noch eine ausreichende
Duktilität aufweist. Die Gießformen müssen auch nicht auf Raumtemperatur
abgekühlt werden, sonder nur auf eine Entnahme- oder Entformungstem
peratur von beispielhaft ca. 300°C, und können von hieraus wieder auf
ihre Abgußtemperatur von ca. 600°C bis 800°C aufgeheizt werden, was
aber im Idealfall nur am Innenrand der Gießform erforderlich ist. Dadurch
werden der Energiebedarf für die Beheizung der Gießform(en) und die
Zeitspanne bis zum nächsten Abguß in etwa halbiert. Selbst bezogen auf
den Energieverbrauch der gesamten Anlage handelt es sich immer noch
um eine Energieersparnis von 20 bis 25%.
Der Kern der Erfindung besteht also darin, daß die Gießformteile oder
Formhälften jeweils parallel zur ihrer Trennebene trotz der hohen Schleu
derdrehzahlen zuverlässig aneinander gepreßt und rotierend geführt
werden, daß sie aber zur Entnahme der Gußteile nach deren Erstarrung
mechanisch auseinander gefahren werden können, ahne daß ein Verhaken
oder ein Verklammerung erfolgt und ohne daß ein zentraler Angußkern
manuell und mühsam in der Kammer oder außerhalb der Kammer zerspant
werden müßte.
Es ist dabei im Zuge weiterer Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen
Verfahrens besonders vorteilhaft, wenn - entweder einzeln oder in
Kombination -:
- - die Präzisionsgußteile beim Abguß an ihren radial einwärts gerichteten Enden, durch einen umlaufenden Ring aus der erstarrten Schmelze miteinander vereinigt werden,
- - die Rotationsführungen der Gießformteile relativ zueinander zwischen der Schließstellung und der Öffnungsstellung bewegt werden, wenn die Gießeinrichtung zum Abguß der Schmelze bei geschlossener Gießform in die Trennebene eingebracht und der Abguß durchgeführt wird, wenn die Gießform nach dem Erstarren der Schmelze geöffnet wird und wenn anschließend die miteinander durch den Ring verbundenen Präzisiongußteile innerhalb der Kammer aus der Trenn ebene entnommen werden,
- - in der Kammer eine Manipulatoreinrichtung mit einer Spannvor richtung angeordnet ist, mittels welcher zunächst bei geschlossener Gießform die Gußteile an ihrem Ring aufgenommen und fixiert werden, wenn anschließend das bewegliche Gießformteil von den Gußteilen und dem ortsfesten Gießformteil entfernt wird, und wenn nachfolgend die Gußteile mittels der Spannvorrichtung von dem ortsfesten Gießformteil abgezogen und in eine Zwischenstellung zwischen den geöffneten Gießformteilen gebracht wird, aus welcher Zwischenstellung die Gußteile nach außen entnommen werden,
- - die Gießformteile in koaxialer Lage formschlüssig in zwei Sätzen von Führungsrollen eingebracht werden, von denen mindestens eine Führungsrolle angetrieben wird,
- - die Gießformteile in koaxialer Lage durch eine konzentrisch in die Trennebene eingebrachte Heizeinrichtung auf eine Abgußtemperatur aufgeheizt werden, und/oder, wenn
- - die Gießformteile - zur Erzielung einer gerichteten Erstarrung von außen nach innen - mit einer solchen Geschwindigkeit aufgeheizt werden, daß sich in den Gießformteilen ein radial von innen nach außen abnehmender Temperaturgradient von mindestens 40°C, vorzugsweise von mindestens 200°C, einstellt.
Die Erfindung betrifft auch eine Vorrichtung zum Herstellen von Präzisions
gußteilen durch Schleudergießen, insbesondere von Teilen aus titanhal
tigen Werkstoffen für Verbrennungsmotoren, mit durch mindestens eine
Trennebene in ringförmige Gießformteile unterteilten Gießformen mit
zumindest im wesentlichen radial zu einer Schleuderachse angeordneten
Formhohlräumen, wobei die Gießformen und eine Gießeinrichtung in einer
geschlossenen Kammer untergebracht sind.
Zur Lösung der gleichen Aufgabe ist eine solche Vorrichtung erfindungs
gemäß dadurch gekennzeichnet, daß die Gießformteile in koaxialen Rotati
onsführungen gelagert sind und mittels dieser Rotationsführungen relativ
zueinander in eine Schließstellung für den Abguß und die Erstarrung und in
eine Öffnungsstellung für die Entnahme der Präzisionsgußteile bringbar
sind.
Es ist dabei im Zuge weiterer Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen
Vorrichtung besonders vorteilhaft, wenn - entweder einzeln oder in
Kombination -:
- - die Rotationsführungen relativ zueinander zwischen einer Schließstel lung und einer Entnahmestellung bewegbar sind, wenn die Gießein richtung zum Abguß der Schmelze bei geschlossener Gießform in die Trennebene einbringbar ist, und wenn zur Entnahme der miteinander verbundenen Präzisiongußteile innerhalb der Kammer eine Manipu latoreinrichtung vorhanden ist,
- - die Gießformteile auf ihrem Außenumfang mit umlaufenden Führungs elementen versehen und in koaxialer Lage formschlüssig in Sätzen von Führungsrollen gehalten sind, von denen mindestens eine Führungsrolle antreibbar ist,
- - eines der Gießformteile zusammen mit dem zugehörigen Satz von Führungsrollen relativ zu dem anderen Gießformteil und dem anderen Satz von Führungsrollen in Richtung der Schleuderachse bewegbar ist,
- - die Manipulatoreinrichtung eine radial wirkende Spannvorrichtung besitzt, mit der die zusammenhängenden Präzisionsgußteile aus den Gießformteilen entnehmbar sind,
- - die Spannvorrichtung radial bewegliche Stößel (38) aufweist,
- - die Stößel durch eine zentrale Welle und Kniehebel betätigbar sind,
- - die Manipulatoreinrichtung auf ihrem Außenumfang mit einem Wärme dämmkörper und einem konzentrischen Heizkörper zum Aufheizen der Gießformteile versehen ist,
- - die Kammer aus zwei Kammerteilen mit einer Teilungsebene besteht und wenn das eine Gießformteil in dem einen Kammerteil und das andere Gießformteil im anderen Kammerteil gelagert ist, und/oder, wenn
- - das Kammerteil, in dem die Manipulatoreinrichtung gelagert ist, mit einem Magazin verbunden ist.
Dabei können auch die Werkstoffe und Werkstoffpaarungen aus der
EP 0 686 443 A1 übernommen werden.
Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes werden nachfolgend
anhand der Fig. 1 bis 13 näher erläutert.
Es zeigen:
Fig. 1 einen radialen Teilschnitt durch eine Gießform mit zwei Gieß
formteilen in geschlossenem Zustand und durch zwei Rollen der
Rotationsführungen,
Fig. 2 einen radialen Teilschnitt durch eine Gießform mit zwei Gieß
formteilen analog Fig. 1 in geöffnetem Zustand,
Fig. 3 eine axiale Draufsicht auf einen sektorförmigen Ausschnitt aus
einem Gießformteil nach Fig. 1 oder 2,
Fig. 4 einen radialen Teilschnitt durch zwei Gießformen mit vier Gieß
formteilen in geschlossenem Zustand und durch drei Rollen der
Rotationsführungen,
Fig. 5 eine Prinzipdarstellung einer Rotationsführung mit vier Füh
rungsrollen für ein Gießformteil mit axialer Blickrichtung,
Fig. 6 einen Axialschnitt entlang der Linie VI-VI in Fig. 5 durch eine
Manipulatoreinheit mit einer Spannvorrichtung für die Entnahme
der Gußteile und mit einer Heizeinrichtung für das Vorwärmen
der Gießformen,
Fig. 7 eine Prinzipdarstellung einer weiteren Rotationsführung mit vier
Führungsrollen für ein Gießformteil mit gegenüber Fig. 5
entgegengesetzter axialer Blickrichtung, ergänzt durch weitere
die Details der Spannvorrichtung für die Entnahme der Gußteile,
Fig. 8 einen teilweisen Vertikalschnitt durch eine vollständige Vorrich
tung in der Vorwärmphase einer geschlossenen Gießform
entlang der Linie VIII-VIII in Fig. 5,
Fig. 9 die Vorrichtung nach Fig. 8 in der Gießphase,
Fig. 10 die Vorrichtung nach Fig. 8 nach dem Öffnen der Gießform
und dem Einsatz der Spannvorrichtung für die Entnahme der
Gußteile,
Fig. 11 die Vorrichtung nach Fig. 8 nach dem Öffnen der Gießform
und der axialen Entnahme der Gußteile auch aus dem
stationären Gießformteil,
Fig. 12 einen Vertikalschnitt durch eine Weiterbildung des Erfindungs
gegenstandes mit einer geteilten Kammer und einem Magazin
für die Aufnahme der Gußteile und
Fig. 13 einen Vertikalschnitt durch eine andere Weiterbildung des Erfin
dungsgegenstandes mit einer Gießform, deren Trennebene
unter einem Winkel zur Vertikalen verläuft.
In Fig. 1 ist eine Gießform 1 dargestellt, die aus zwei Gießformteilen 2
und 3 besteht, die längs einer radialen vertikalen Trennebene E-E spaltfrei
aneinanderstoßen. Die Schleuderachse A-A liegt waagrecht, oberhalb und
außerhalb des Zeichnungsblattes. Jedes der Gießformteile 2 und 3
besteht - in spiegelsymmetrischer Anordnung - aus einem Haltering 4 bzw.
5 aus einem warmfesten Stahl mit je einem Ringflansch 4a und 5a sowie
aus einer Vielzahl von auswechselbaren Formeinsätzen 6 und 7 aus Niob
(vorzugsweise), Tantal, Zirkonium und/oder deren Legierungen. Die
Formeinsätze 6 und 7 stoßen in der Trennebene E-E aneinander und
schließen paarweise Formhohlräume 8 mit radial verlaufenden Längs
achsen zwischen sich ein. Im vorliegenden Fall dienen die Formhohlräume
8 zum Herstellen von Ventilen für Verbrennungsmotoren.
Die Halteringe 4 und 5 überragen die Formeinsätze 6 und 7 radial einwärts
und schließen zwischen sich eine umlaufende Gießrinne 9 ein, in die eine
Schmelze auf die weiter unten noch näher beschriebene Weise eingegos
sen wird und dort zu einem geschlossenen Ring erstarrt. Hierbei sind die
Ventilteller innen angeordnet und durch den Ring verbunden, so daß die
Erstarrung vom Ventilschaft zum Ventilteller verläuft.
Die Gießformteile 2 und 3 bzw. die Halteringe 4 und 5 sind verdrehfest,
aber entnehmbar in umlaufenden Führungselementen 10 und 11 gelagert,
die als Ringschienen mit Führungsnuten 10a und 11a ausgebildet sind. Die
Führungselemente 10 und 11 stützen sich auf ihrem Umfang auf bzw. in
Führungsrollen 12 und 13 ab, von denen hier jeweils nur eine gezeigt ist.
Die Führungsrollen 12 und 13 sind koaxial zueinander in je einem Lager
bock 14 bzw. 15 mit Achsen 14a und 15a gelagert, von denen der linke
ortsfest und der rechte Lagerbock 15 in Richtung des Pfeils 15b ver
schiebbar ist, um die Gießform 1 zur Entnahme der Gußteile in der Trenn
ebene E-E um das Maß "D" öffnen zu können. Der geöffnete Zustand ist in
Fig. 2 gezeigt.
Fig. 3 zeigt eine axiale Draufsicht auf einen sektorförmigen Ausschnitt
aus dem Gießformteil 2 nach Fig. 1 mit dem radial einwärts überstehen
den Rand des Halteringes 4, dem Ringflansch 4a und mehreren radial
angeordneten, sektorförmigen Formeinsätzen 6, die formschlüssig (z. B.
durch nicht gezeigte Hinterschneidungen) in den Halteringen 4 und 5
gehalten sind, so daß sie nicht unter dem Einfluß der radialen Komponen
ten von Schrumpfspannungen des Kranzes von Gußteilen radial einwärts
gezogen werden können. Bei einem Außendurchmesser DA der Gießform
teile von ca. 1070 mm lassen sich je nach Ventilgröße etwa 50 bis 100
Ventile durch einen einzigen Gießvorgang herstellen.
Fig. 4 zeigt eine Weiterbildung des Gegenstandes nach den Fig. 1
und 2, nämlich einen radialen Teilschnitt durch zwei Gießformen 1 und 1'
mit vier Gießformteilen in geschlossenem Zustand und durch drei zuein
ander koaxiale Führungsrollen 12, 13 und 17 je einer Rotationsführung.
Hinzugekommen sind die Gießform 1' mit den Halteringen 18 und 19 und
ansonsten identischen Farmeinsätzen 6 und 7 sowie ein weiterer Lager
bock 16 mit der Führungsrolle 17. In diesem Falle sind die beiden innen
liegenden Halteringe 4 und 19 in spiegelsymmetrischer Anordnung in
einem gemeinsamen umlaufenden Führungselement 20 gelagert, das als
Ringschiene mit einer Führungsnut 20a ausgebildet ist. Der Lagerbock 14
ist ortsfest angebracht, während die beiden Lagerböcke 15 und 16 in
Richtung der Pfeile 15b und 16b entgegengesetzt verschiebbar sind, um
die Gießformen 1 und 1' zur Entnahme der Gußteile öffnen zu können, was
durch achsparalleles Verschieben der Führungsrollen bewirkt wird.
In allen Fällen sind die Gießformteile verdrehfest miteinander verbunden,
und mindestens eine der dargestellten Führungsrollen ist angetrieben,
was hier jedoch nicht näher dargestellt ist.
Fig. 5 zeigt das Lagerschema der Gießform 1 nach Fig. 1: Unterhalb
der Schleuderachse A sind zwei radial festgelegte Führungsrollen 12
angeordnet, von denen mindestens eine angetrieben ist, und oberhalb der
Schleuderachse A sind zwei radial gegen vorgespannte Druckfedern
bewegliche Führungsrollen 21 angeordnet, die in Lagerböcken 21a gela
gert sind, die auf gegenüberliegenden Seiten der Trennebene E-E relativ
zueinander verschiebbar sind (siehe z. B. die Verschieberichtung 21b in
Fig. 8). Alle Führungsrollen besitzen kegelförmige Laufflächen. Dadurch
kann die Gießform 1 spielfrei und dicht mit hoher Drehzahl angetrieben
werden. Die gesamte Anordnung ist von einer gasdichten Kammer 22
umgeben, in der wahlweise oder alternierend ein Vakuum oder eine
Schutzgasatmosphäre erzeugt werden kann.
Bevor anhand der Fig. 8 bis 11 auf die einzelnen Phasen des Gieß- und
Entformungsvorgangs näher eingegangen wird, soll anhand der Fig. 6
und 7 eine Manipulatoreinheit 23 beschrieben werden, die mehrere Funk
tionen zu erfüllen hat: In einer Wand 24 der Kammer 22 ist eine rohrförmi
ge Schiebedurchführung 25 angeordnet, in der gasdicht ein Führungsrohr
26 um ein Maß "s" verschiebbar geführt ist. Der Antrieb erfolgt über einen
Übertragungshebel 27. Innerhalb der Kammer 22 ist das Führungsrohr 26
drehfest mit einer Tragplatte 28 verbunden, an der konzentrisch zur
Schleuderachse A-A ein ringförmiger Wärmedämmkörper 29 befestigt ist,
der - im Querschnitt gesehen - einen gleichfalls ringförmigen Heizkörper
30 auf etwa drei Viertel seines Umfangs umgibt. Die Gießform 1 ist geöff
net, ähnlich, wie dies in Fig. 2 dargestellt ist, und jenseits dieser Gieß
form 1 ist in der Kammer 22 ortsfest ein weiterer ringförmiger Wärme
dämmkörper 31 angeordnet, der sich beim Verschieben der Manipulator
einheit 23 um das Maß "s" mit dem Wärmedämmkörper 29 in der Weise
ergänzt, daß nur noch die zylindrische Außenfläche des Heizkörpers 30
Strahlungsenergie abgibt, und zwar in der Heizphase in geschlossenem
Zustand der Gießform 1 (siehe Fig. 8).
Der Heizkörper 30 erhält seine Energie, die 40 bis 60 kW betragen kann,
über Stromschienen 32, die über Isolierstoffzwischenlagen 33 an der
Tragplatte 28 befestigt sind. Die Stromzuführung geschieht über Kabel 34,
die nur angedeutet und abgedichtet durch das Führungsrohr 26 hindurch
geführt sind. Die Gießformteile werden hierdurch mit einer solchen
Geschwindigkeit aufgeheizt, daß sich in den Gießformteilen ein radial von
innen nach außen abnehmender Temperaturgradient von mindestens
40°C, vorzugsweise von mindestens 200°C, einstellt.
An der Tragplatte 28 ist weiterhin - zur Schleuderachse A-A koaxial - ein
Tragrohr 35 befestigt, das an seinem der Tragplatte 28 abgekehrten Ende
einen Ringflansch 36 trägt, an dem - auf dem Umfang äquidistant verteilt -
mehrere Führungsbuchsen 37 befestigt sind, in denen radiale Stößel 38
(oder Greifer) geführt sind. Diese Stößel 38 sind durch Kniehebel 39
angetrieben, was unter Zuhilfenahme von Fig. 7 näher erläutert wird: Die
inneren Enden der Kniehebel 39 sind an einer Steuerscheibe 40 befestigt,
die mittels zweier Wellenabschnitte 41 und 42 verdreht wird, die durch das
Tragrohr 35 und das Führungsrohr 26 hindurchgeführt und außerhalb des
Führungsrohres 26 mit einem Betätigungshebel 43 verbunden sind. Die in
diesem Absatz beschriebene Einrichtung kann auch als "Spannvorrichtung"
bezeichnet werden.
Damit hat es folgende Bewandtnis: Die Gußteile 44 (Motorventile) sind
aufgrund des Gießvorgangs innerhalb der Gießrinne 9 (Fig. 1) durch
einen Ring 45 miteinander verbunden. In diesen Ring 45 greifen nun die
Stößel 38 ein, solange die Gießformteile 2 und 3 noch geschlossen sind.
Zunächst wird das Gießformteil 3 durch die zugehörigen Führungsrollen
zurückgezogen, und anschließend wird der Ring 45 mit den Gußteilen 44
von dem Gießformteil 2 abgezogen, und zwar bis in eine Stellung, die in
Fig. 6 gezeigt ist. Nunmehr kommt von oben (oder von der Seite) eine
Greifvorrichtung 46, die den Ring 45 mit den Gußteilen 44 aufnimmt und in
ein Magazin transportiert und dort aufhängt oder ablegt (siehe z. B.
Fig. 12). Die Vorrichtung ist nunmehr bereit für einen neuen Aufheiz-,
Gieß- und Entnahmevorgang.
Fig. 8 zeigt den Aufheizvorgang der geschlossenen Gießform 1, in die
der Heizkörper 30 mittels der Manipulatoreinheit 23 konzentrisch eingefah
ren ist. In dieser Stellung umschließen auch die Wärmedämmkörper 29
und 31 nicht nur die beiden Seiten und die Rückseite des Heizkörpers 30,
sondern auch die inneren Ränder der Gießform 1. Hierbei wird die Gieß
form mit niedriger Drehzahl gedreht, um eine möglichst homogene
Temperaturverteilung zu erreichen. In einem induktiv beheizten Schmelz
tiegel 47, einem sogenannten wassergekühlten Kaltwandtiegel, wird eine
Schmelze des Gießwerkstoffs bereit gehalten. Die Stößel 38 befinden sich
außer Eingriff bzw. in Ruhestellung.
Fig. 9 zeigt den Gießvorgang, unmittelbar nachdem der Heizkörper 30
mittels der Manipulatoreinheit 23 aus der geschlossenen Gießform 1 aus
gefahren ist. Im Tiefstpunkt der Gießform 1 wird in deren Öffnung über
der Gießrinne 9 (Fig. 1) ein Gießtrichter 48 eingeschwenkt, und der
Schmelztiegel 47 mit der Schmelze des Gießwerkstoffs wird in die
gestrichelt dargestellte Position 47' geschwenkt und bei rotierender
Gießform in den Gießtrichter ganz oder teilweise entleert. Um dem Strahl
der Schmelze eine tangentiale Geschwindigkeitskomponente in Richtung
der Formenumdrehung zu erteilen, kann es zweckmäßig sein, der Öffnung
im Gießtrichter 48 eine bestimmte Richtung zu geben. Auch die Stößel 38
wurden zurückgezogen und befinden sich außer Eingriff bzw. in Ruhe
stellung. Eine der Führungsrollen wird über einen externen Motor und eine
Welle 49 angetrieben.
Für einen solchen Gießvorgang werden beispielhaft folgende Werte ange
geben:
Liquidustemperatur (titanhalt. Werkstoff) | 1480°C, |
Dichte der Legierung | 3,6 kg/dm3, |
Schmelzvolumen im Schmelztiegel 47 | 1,5-2,5 Liter, |
Drehzahl der Gießform | 350-400 U/min. |
Zentrifugalkraft im Kopfbereich der Ventile | 50 g, |
Außendurchmesser DA der Gießform | 1070 mm, |
Innendurchmesser DI der Gießform | 750 mm, |
Öffnen der Gießform und Entnahme bei | 250°C, |
Fig. 10 zeigt einen der bereits im Zusammenhang mit Fig. 6 beschrie
benen Vorgänge: Das Gießformteil 3 ist bereits durch die zugehörigen
Führungsrollen axial zurückgezogen, und der Ring 45 mit den Gußteilen 44
wird von den Stößeln 38 gehalten.
Fig. 11 zeigt den linken Teil von Fig. 6 in seiner vollständigen Umge
bung in verkleinertem Maßstab, d. h. die axiale Endstellung des Ringes 45
mit den Gußteilen 44 unmittelbar vor dem Anheben der Greifvorrichtung 46
in Richtung des Pfeils 50. Auf Wiederholungen kann daher verzichtet
werden.
Fig. 12 zeigt einen Vertikalschnitt durch eine Weiterbildung des Erfin
dungsgegenstandes mit einer geteilten Kammer 22, die aus den Kammer
teilen 22a und 22b und einem Magazin 51 für die Aufnahme der Gußteile 44
besteht. Die Teilungsebene 52 ist durch eine Flanschverbindung gebildet;
sie liegt unter Bezugnahme auf die Fig. 2 und 11 zwischen den Gieß
formteilen 2 und 3 und den zugehörigen Rotationsführungen mit den Füh
rungsrollen 12, 13 und 21. Durch relatives Auseinanderfahren der Kammer
teile 2a und 22b sind die Innenflächen der Formhohlräume 8 einer Inspek
tion und Reinigung zugänglich, und auch die Formeinsätze 6 und 7 können
ggf. ausgetauscht werden.
Der rechte Kammerteil 22b ist mittels einer Betätigungsstange 53 auf
Schienen 54 verfahrbar. Auf dem Kammerteil 22b ist - erforderlichenfalls
unter Zwischenschaltung eines vakuumdichten Absperrschiebers 55 - das
Magazin 51 mit einer Tür 56 angeordnet. Die Greifvorrichtung 46, die an
ihrem unteren Ende einen Haken 57 besitzt, ist mittels eines vertikalen
Linearantriebs 58 vollständig in das Magazin 51 zurückziehbar und
imstande, die kranzförmigen Gußteile 44 an einem Haken 59 aufzuhängen,
der mittels eines waagrechten Linearantriebs 60 in den Wirkungsbereich
der Greifvorrichtung 46 eingefahren weren kann. Bei geschlossenem
Absperrschieber 55 und geöffneter Tür 56 können die Gußteile 44 ohne
Störung der Atmosphäre in der Kammer 22 entnommen werden.
Durch eine Chargiervorrichtung 61 kann auch der Schmelztiegel 47 ohne
Störung der Atmosphäre in der Kammer 22 nachchargiert werden. Zur
Chargiervorrichtung gehört eine Schleusenkammer 62 mit einem abnehm
baren Deckel 63 und einem Schieberventil 64 mit einer Antriebseinheit 65.
In der Schleusenkammer 62 ist eine angetriebene Seilrolle 66 mit einem
Greifer 67 für eine Charge 68 angeordnet, die bis in den Schmelztiegel 47
abgesenkt werden kann.
In allen bisherigen Figuren wurden für gleiche Teile oder Teile mit gleicher
Funktion gleiche Bezugszeichen verwendet. Dies gilt auch für Fig. 13.
Fig. 13 zeigt einen Vertikalschnitt durch eine andere Weiterbildung des
Erfindungsgegenstandes mit einer Gießform, deren Trennebene ebenso
wie die Teilungsebene 52 der Kammer 22 unter einem Winkel von 15 Grad
zur Vertikalen verläuft. Es ist aber auch möglich, die Trennebene und/oder
die Teilungsebene 52 unteren anderen Winkeln anzuordnen und beispiels
weise auch in die Waagrechte zu legen.
1
Gießform
1
' Gießform
2
Gießformteil
3
Gießformteil
4
Haltering
4
a Ringflansch
5
Haltering
5
a Ringflansch
6
Formeinsätze
7
Formeinsätze
8
Formhohlräume
9
Gießrinne
10
Führungselement
10
a Führungsnut
11
Führungselement
11
a Führungsnut
12
Führungsrollen
13
Führungsrollen
14
Lagerbock
14
a Achse
15
Lagerbock
15
a Achse
15
b Pfeil
16
Lagerbock
16
b Pfeil
17
Führungsrolle
18
Haltering
19
Haltering
20
Führungselement
20
a Führungsnut
21
Führungsrollen
21
a Lagerböcke
21
b Verschieberichtung
22
Kammer
22
a Kammerteil
22
b Kammerteil
23
Manipulatoreinheit
24
Wand
25
Schiebedurchführung
26
Führungsrohr
27
Übertragungshebel
27
28
Tragplatte
29
Wärmedämmkörper
30
Heizkörper
31
Wärmedämmkörper
32
Stromschienen
33
Isolierstoffzwischenlagen
34
Kabel
35
Tragrohr
36
Ringflansch
37
Führungsbuchsen
38
Stößel
39
Kniehebel
40
Steuerscheibe
41
Wellenabschnitte
42
Wellenabschnitt
43
Betätigungshebel
44
Gußteile
45
Ring
46
Greifvorrichtung
47
Schmelztiegel
47
' Position
48
Gießtrichter
49
Welle
50
Pfeil
51
Magazin
52
Teilungsebene
52
a Flanschverbindung
53
Betätigungsstange
54
Schienen
55
Absperrschieber
56
Tür
57
Haken
58
Linearantrieb
59
Haken
60
Linearantrieb
61
Chargiervorrichtung
62
Schleusenkammer
63
Deckel
64
Schieberventil
65
Antriebseinheit
66
Seilrolle
67
Greifer
68
Charge
Claims (19)
1. Verfahren zum Herstellen von Präzisionsgußteilen (44) durch Schleu
dergießen, insbesondere von Teilen aus titanhaltigen Werkstoffen für
Verbrennungsmotoren, in durch mindestens eine Trennebene (E-E) in
ringförmige Gießformteile (2, 3) unterteilten Gießformen (1, 1') mit
mehreren, zumindest im wesentlichen radial zu einer Schleuderachse
(A-A) artgeordneten Formhohlräumen (8), wobei die Gießformen (1,
1') und eine Gießeinrichtung in einer geschlossenen Kammer (22)
untergebracht sind, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein
Gießformteil (2, 3) in jeweils einer eigenen Rotationsführung zur
Drehung gebracht wird und daß zwei Gießformteile (2, 3) zusammen
mit den zugehörigen Rotationsführungen relativ zueinander in eine
Schließstellung für den Abguß und die Erstarrung und in eine
Öffnungsstellung für die Entnahme der Präzisionsgußteile (44)
gebracht werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Präzi
sionsgußteile (44) beim Abguß an ihren radial einwärts gerichteten
Enden, durch einen umlaufenden Ring (45) aus der erstarrten
Schmelze miteinander vereinigt werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schleu
derachse (A-A) waagrecht ausgerichtet ist.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schleu
derachse (A-A) unter einem Winkel zur Waagrechten ausgerichtet ist.
5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rotati
onsführungen der Gießformteile (2, 3) relativ zueinander zwischen
der Schließstellung und der Öffnungsstellung bewegt werden, daß
die Gießeinrichtung zum Abguß der Schmelze bei geschlossener
Gießform (1, 1') in die Trennebene (E-E) eingebracht und der Abguß
durchgeführt wird, daß die Gießform nach dem Erstarren der
Schmelze geöffnet wird und daß anschließend die miteinander durch
den Ring (45) verbundenen Präzisiongußteile (44) innerhalb der
Kammer (22) aus der Trennebene (E-E) entnommen werden.
6. Verfahren nach den Ansprüchen 2 und 5, dadurch gekennzeichnet,
daß in der Kammer (22) eine Manipulatoreinrichtung (23) mit einer
Spannvorrichtung angeordnet ist, mittels welcher zunächst bei
geschlossener Gießform (1, 1') die Gußteile (44) an ihrem Ring (45)
aufgenommen und fixiert werden, daß anschließend das bewegliche
Gießformteil (3) von den Gußteilen (44) und dem ortsfesten
Gießformteil (2) entfernt wird, und daß nachfolgend die Gußteile (44)
mittels der Spannvorrichtung von dem ortsfesten Gießformteil (2)
abgezogen und in eine Zwischenstellung zwischen den geöffneten
Gießformteilen (2, 3) gebracht wird, aus welcher Zwischenstellung
die Gußteile (44) nach außen entnommen werden.
7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Gieß
formteile (2, 3) in koaxialer Lage formschlüssig in zwei Sätzen von
Führungsrollen (12, 13, 17, 21) eingebracht werden, von denen
mindestens eine Führungsrolle angetrieben wird.
8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Gieß
formteile (2, 3) in koaxialer Lage durch eine konzentrisch in die
Trennebene (E-E) eingebrachte Heizeinrichtung (30) auf eine Abguß
temperatur aufgeheizt werden.
9. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Gieß
formteile (2, 3) mit einer solchen Geschwindigkeit aufgeheizt
werden, daß sich in den Gießformteilen (2, 3) ein radial von innen
nach außen abnehmender Temperaturgradient von mindestens
40°C, vorzugsweise von mindestens 200°C, einstellt.
10. Vorrichtung zum Herstellen von Präzisionsgußteilen (44) durch
Schleudergießen, insbesondere von Teilen aus titanhaltigen Werk
stoffen für Verbrennungsmotoren, mit durch mindestens eine Trenn
ebene (E-E) in ringförmige Gießformteile (2, 3) unterteilten Gießfor
men (1, 1') mit zumindest im wesentlichen radial zu einer Schleuder
achse (A-A) angeordneten Formhohlräumen (8), wobei die Gieß
formen (1, 1') und eine Gießeinrichtung in einer geschlossenen
Kammer (22) untergebracht sind, dadurch gekennzeichnet, daß die
Gießformteile (2, 3) in koaxialen Rotationsführungen gelagert sind
und mittels dieser Rotationsführungen relativ zueinander in eine
Schließstellung für den Abguß und die Erstarrung und in eine
Öffnungsstellung für die Entnahme der Präzisionsgußteile (44)
bringbar sind.
11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die
Rotationsführungen relativ zueinander zwischen einer Schließstel
lung und einer Entnahmestellung bewegbar sind, daß die Gießein
richtung zum Abguß der Schmelze bei geschlossener Gießform in
die Trennebene (E-E) einbringbar ist, und daß zur Entnahme der
miteinander verbundenen Präzisiongußteile (44) innerhalb der
Kammer (22) eine Manipulatoreinrichtung (23) vorhanden ist.
12. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die
Gießformteile (2, 3) auf ihrem Außenumfang mit umlaufenden
Führungselementen (10, 11, 20) versehen und in koaxialer Lage
formschlüssig in Sätzen von Führungsrollen (12, 13, 17, 21) gehalten
sind, von denen mindestens eine Führungsrolle antreibbar ist.
13. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß eines
der Gießformteile (2, 3) zusammen mit dem zugehörigen Satz von
Führungsrollen relativ zu dem anderen Gießformteil (2, 3) und dem
anderen Satz von Führungsrollen in Richtung der Schleuderachse
(A-A) bewegbar ist.
14. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die
Manipulatoreinrichtung (23) eine radial wirkende Spannvorrichtung
besitzt, mit der die zusammenhängenden Präzisionsgußteile (44)
aus den Gießformteilen (2, 3) entnehmbar sind.
15. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die
Spannvorrichtung radial bewegliche Stößel (38) aufweist.
16. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die
Stößel (38) durch eine zentrale Welle (41, 42) und Kniehebel (39)
betätigbar sind.
17. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die
Manipulatoreinrichtung (23) auf ihrem Außenumfang mit einem
Wärmedämmkörper (29) und einem konzentrischen Heizkörper (30)
zum Aufheizen der Gießformteile (2, 3) versehen ist.
18. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die
Kammer (22) aus zwei Kammerteilen (22a, 22b) mit einer Teilungs
ebene (52) besteht und daß das eine Gießformteil (2) in dem einen
Kammerteil (22a) und das andere Gießformteil (3) im anderen
Kammerteil (22b) gelagert ist.
19. Vorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß das
Kammerteil (22b), in dem die Manipulatoreinrichtung (23) gelagert
ist, mit einem Magazin (51) verbunden ist.
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