DE19905874C2 - Vorrichtung zum Befüllen von Gießformen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Befüllen von Gießformen, die eine das Gussmaterial gegen dessen Schweredruck in die Gießform fördernde Druckfülleinrichtung mit einem druckbeaufschlagbaren Vorratsbehälter für das Gussmaterial und einem Füllstutzen aufweist sowie eine Vorschubeinrichtung für die, in Reihe angeordneten, Gießformen zum aufeinanderfolgenden Anordnen des Füllstutzens in Füllposition an den Einfüllöffnungen, wobei die Einfüllöffnung der zuletzt befüllten Gießform und den Füllstutzen während des Vorschubs verschließende Sperreinrichtungen vorgesehen sind und die Druckfülleinrichtung eine Steuereinrichtung zur Steuerung des Druckanstiegs im Vorratsbehälter während einer Füllphase und zur gesteuerten Druckabsenkung während des Vorschubs, insbesondere unter Aufrechterhaltung einer vollständigen Füllung des verschlossenen Füllstutzens mit dem Gussmaterial, umfasst. Eine solche Vorrichtung ist in der nicht vorveröffentlichten DE 198 07 623 A1 beschrieben.

Bekannt ist aus der DE 39 24 775 C1 eine mit Ausnahme der Reihenanordnung und des Vorschubs etwa gleiche Vorrichtung zum Befüllen von Kokillen. In dieser ist die Druckbeaufschlagung des Vorratsbehälters während eines Gießzyklus nach einer vorgegebenen Druck-Zeit-Kurve gesteuert. Aus der WO 97/37797 A1 ist ebenfalls eine Gießanlage bekannt, in der durch Beaufschlagung eines Vorratsbehälters mit Gasdruck das Gussmaterial gegen dessen Schweredruck in die Gießform gefördert wird. Die Gießanlage ist für Reihenanordnung und Vorschub der Gießformen eingerichtet. Drucksteuerung ist in der Schrift nicht behandelt.

Gemäß der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass die Drucksteuereinrichtung für die Druckabsenkung im Vorratsbehälter einen mit dem Vorratsbehälter verbindbaren, separaten Druckausgleichsbehälter aufweist, der mit einem Druckregler zur gesteuerten Druckabsenkung im Druckausgleichsbehälter während einer Füllphase, die eine Haltephase einschließen kann, unter Einstellung eines vorbestimmten Ausgangsdrucks für den Druckausgleich verbunden ist. Der Druckausgleich erfolgt dadurch, dass der Vorratsbehälter nach der Füllphase, ggf. einschließlich einer Haltephase, mit dem Druckausgleichsbehälter verbunden wird. Der Ausgangsdruck und das Innenvolumen des Ausgleichsbehälters sind so bemessen, dass die Druckentspannung im Vorratsbehälter sich entsprechend einem vorgegebenen Druck-ZeitVerlauf vollzieht und nicht zu nachteiligen Schwingungsanregungen führt.

Diese Erfindungslösung erlaubt die aufeinanderfolgende Befüllung von Gießformen in kurzen Taktzeiten, indem durch die gesteuerte Druckabsenkung einerseits innerhalb einer kurzen Vorschubperiode eine Einstellung des Ausgangsdrucks für die jeweils nächste Befüllung erfolgen kann und andererseits Schwingungsanregungen, die zum Hin- und Herwogen der Gussmaterial-Vorratsmasse führen können, vermieden werden. Bewegungen der Vorratsmasse erschweren die Positionierung des Füllstutzers in der Füllposition.

Ferner kann es durch diese Bewegung zu unerwünscht hohen Schwankungen des Fülldrucks und der Einströmgeschwindigkeit des Gussmaterials in die Gießform kommen.

Bei dem genannten Druckregler, ggf. auch bei einem Druckregler zur Steuerung des Druckanstiegs im Vorratsbehälter während der Füllphase, kann es sich um Querschnittsdruckregler handeln, die z. B. eine Vielzahl zueinander parallel angeordneter Ventile aufweisen. Der Einsatz eines geregelten Proportionalventils anstelle der Vielzahl von Ventilen ist ebenfalls denkbar.

In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung umfassen die Sperreinrichtungen einen mit dem Füllstutzen verbundenen Verschlussschieber, der, gegen die durch die aneinandergereihten Gießformen gebildete Außenwand angelegt ist, wobei die Öffnung des Füllstutzens auf der der Außenwand zugewandten Seite des Verschlussschiebers angeordnet und der Verschlussschieber auf der Außenwand unter Abdeckung der Einfüllöffnung durch den Verschlussschieber und der Füllstutzenöffnung durch die Außenwand verschiebbar ist. Während der Füll- und Haltephase steht die Füllstutzenöffnung in Verbindung mit der Einfüllöffnung. Mit dem Vorschub werden sowohl die Einfüllöffnung als auch die Füllstutzenöffnung verschlossen, bis am Ende der Vorschubbewegung die Füllstutzenöffnung zu der Einfüllöffnung der nächsten zu befüllenden Gießform ausgerichtet ist.

Vorzugsweise ist der Verschlussschieber als längliche Verschlussschiene zum gleichzeitigen Abdecken mehrerer Einfüllöffnungen vorgesehen. Durch diese Maßnahme steht für jede der durch den Verschlussschieber abgedeckten Einfüllöffnungen ein längerer Zeitraum zum Erstarren des Gussmaterials in der Einfüllöffnung zur Verfügung, so dass mit größerer Sicherheit gewährleistet werden kann, dass die Einfüllöffnung bei ihrer Freigabe durch den Verschlussschieber durch erstarrtes Gussmaterial verschlossen ist.

Zur Beschleunigung der Erstarrung kann der Verschlussschieber gekühlt werden.

Vorzugsweise weist die Fülleinrichtung eine Vorschubkorrektureinrichtung zur genauen Einstellung der Füllposition des Füllstutzens auf.

Die Erfindung soll nun anhand eines Ausführungsbeispiels und der beiliegenden, sich auf dieses Ausführungsbeispiel beziehenden Zeichnungen näher erläutert und beschrieben werden. Es zeigen:

Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel für eine erfindungsgemäße Füllvorrichtung in einer schematischen Darstellung,

Fig. 2 eine in der Vorrichtung von Fig. 1 verwendete Anordnung von Gießformelementen, und

Fig. 3 eine die Funktion der Füllvorrichtung von Fig. 1 erläuternde, Diagramme enthaltende Darstellung.

Mit dem Bezugszeichen 1 ist in den Figuren ein Vorratsbehälter für flüssiges Gussmaterial mit einem Flüssigkeitsspiegel 2 bezeichnet. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel handelt es sich bei dem Gussmaterial um Aluminium. Der Vorratsbehälter 1 ist Bestandteil eines Ofens mit einer nicht gezeigten Heizeinrichtung, durch welche das Gussmaterial auf der zum Vergießen erforderlichen Temperatur gehalten wird.

Mit dem Bezugszeichen 3 ist ein als Füllstutzen dienendes Rohr bezeichnet, das sich nahezu bis zum Boden des Vorratsbehälters 1 und aus dem Vorratsbehälter 1 heraus schräg nach oben erstreckt zu einer Anordnung 4 von Gießformelementen 5, durch die eine Reihenanordnung von nicht gezeigten Formhohlräumen und den Formhohlräumen zugehörigen Einfüllöffnungen 6 gebildet ist.

Die aneinandergesetzten Gießformelemente 5 weisen auf gegenüberliegenden Seiten je eine Formvertiefung auf, wobei diese Formvertiefungen verschiedenen Teilen des Formhohlraums entsprechen, so dass durch Aneinanderreihen der Gießformelemente die jeweiligen Formhohlräume wie auch deren Einfüllöffnungen gebildet werden.

Wie Fig. 2 entnommen werden kann, ist an dem Füllrohr 3 eine gekühlte, als Sperreinrichtung wirkende Verschlussschiene 7 aus Kupfer angebracht, durch die jeweils vier Einfüllöffnungen 6 verschließbar sind. Kühl- und Halterungseinrichtungen für die Verschlussschiene 7 sind in Fig. 2 nicht gezeigt.

Mit dem Bezugszeichen 8 ist in Fig. 2 ein durch die Verschlussschiene 7 geführter Dichtring 8 zur Bildung einer Dichtung zwischen der Mündung des Füllrohrs 3 und dem Rand der Einfüllöffnungen 6 gebildet.

Über eine nicht dargestellte Vorschubeinrichtung ist die in Fig. 2 gezeigte Anordnung von Gießformelementen 5 in Richtung eines Pfeils 9 jeweils um eine Rasterlänge δ verschiebbar, wobei die Länge δ der Ausdehnung eines Gießformelements 5 in Vorschubrichtung bzw. dem Abstand zwischen den Mittelachsen benachbarter Einfüllöffnungen 6 entspricht. Ferner ist die Fülleinrichtung beweglich so angeordnet, dass durch Abmessungstoleranzen der Gießformelemente bedingte Schwankungen der Abstände zwischen den Einfüllöffnungen durch entsprechende Bewegung der Fülleinrichtung ausgleichbar sind.

Wie aus Fig. 1 hervorgeht, ist der mit einem Innendruck P₁ beaufschlagbare Vorratsbehälter 1 über eine Leitung 10, in der ein Ventil 11 angeordnet ist, mit einem Druckausgleichsbehälter 12 verbunden.

Von der Leitung 10 zweigt eine Leitung 13 mit einem Ventil 14 ab, welches bei Überdruck im Vorratsbehälter 1 über eine Ventilansteuerung 15 geöffnet werden kann, wobei die Ventilansteuerung 15 eine Einrichtung zur Leistungsansteuerung bildet und ihrerseits in Verbindung mit einer einen Computer umfassenden Steuereinheit 16 für die Bereitstellung von Steuersignalen steht.

Die Ventilansteuerung 15 ist ferner mit einer eine Vielzahl zueinander parallel angeordneter Ventile aufweisenden Ventileinheit 17 verbunden. Über die Steuereinheit 16 und die Ventilansteuerung 15 kann die Zahl der offenen und geschlossenen Ventile der Ventilanordnung 17 variiert werden. Über die Ventileinheit 17 ist der Vorratsbehälter 1 mit einer nicht gezeigten Druckquelle verbunden.

Mit dem Bezugszeichen 18 ist eine mit der Ventileinheit 17 vergleichbare Ventileinheit bezeichnet, die wie die Ventileinheit 17 über die Steuereinheit 16 und die Ventilansteuerung 15 betätigt werden kann.

Der Vorratsbehälter 1 und der Ausgleichsbehälter 12 sind jeweils mit einer Druckmesseinrichtung 19 bzw. 20 versehen, deren Druckmesswerte durch die Steuereinheit 16 verarbeitet werden.

Unter Bezugnahme auf Fig. 3 soll nun die Funktionsweise der anhand der Fig. 1 und 2 beschriebenen Vorrichtung erläutert werden.

In dem Vorratsbehälter 1 ist eine für zwanzig bis dreißig Formhohlraumfüllungen ausreichende Menge an Gussmaterial enthalten. Zur Füllung eines Formhohlraums wird das Füllrohr 3 mit Hilfe der Vorschubeinrichtung durch Verschieben der Anordnung 4 von Gießformelementen 5 in eine Position vor einer Einfüllöffnung 6 gebracht und das Füllrohr 3 an die Einfüllöffnung 6 unter Abdichtung durch die Verschlussschiene 7 und den Dichtring 8 angesetzt. Zu diesem Zeitpunkt ist das Ventil 11 (S_T) geschlossen, wie in Fig. 3a durch das Symbol L angedeutet ist. Das Ventil 14 ist ebenfalls geschlossen. Über die Steuereinheit 16 und die Ventilansteuerung 15 wird die Ventileinheit 17 nun so unter Variation der Zahl der geöffneten und geschlossenen Ventile angesteuert, dass der Druck in dem Vorratsbehälter 1 entsprechend einer in Fig. 3b dargestellten Geraden 21 ansteigt. Diese Drucksteuerung erfolgt unter Rückmeldung des jeweiligen durch die Druckmesseinrichtung 19 ermittelten Drucks P₁ an die Steuereinheit 16. Infolge des Druckanstiegs wird das Gussmaterial durch das Füllrohr 13 nach oben in den Formhohlraum gedrückt, wobei mit steigendem Flüssigkeitsspiegel der Schweredruck ansteigt und der Förderdruck entsprechend erhöht werden muß. Um eine gewünschte Füllgeschwindigkeit zu erreichen, muß der Förderdruck höher sein als der jeweilige Schweredruck am Flüssigkeitsspiegel 2. Nach erfolgter Füllung des Formhohlraums werden sämtliche Ventile der Ventileinheit 17 geschlossen und der erreichte Enddruck im Vorratsbehälter 1 über einen vorbestimmten Zeitraum gehalten. Die Dauer der Füll- und Halteperiode beträgt im vorliegenden Ausführungsbeispiel zusammen 13,5 sec.

Während der Füll- und Halteperioden erfolgt eine gesteuerte Entspannung des Drucks P₂ im Ausgleichsbehälter 12 über die Ventileinheit 18, wobei über die Steuereinheit 16 und die Ventilansteuerung 15 eine Druckverminderung entsprechend einer in Fig. 3c gezeigten Geraden 22 erfolgt. Am Ende der Halteperiode wird bei vollständig geschlossenen Ventileinrichtungen 17 und 18 das Ventil 11 geöffnet (0), so dass es durch die Leitung 10 hindurch zu einem Überströmen von Druckluft aus dem Vorratsbehälter 1 in den Ausgleichsbehälter 12 kommt, wobei der Druck P₁ in dem Vorratsbehälter 1 entsprechend einer in Fig. 3b dargestellten Geraden 23 absinkt und der Druck im Ausgleichsbehälter 12 entsprechend einer in Fig. 3c dargestellten Geraden 24 ansteigt. Mit dem automatisch am Ende der Halteperiode über die Steuereinheit 16 und die Ventilansteuerung 15 bewirkten Öffnen des Ventils 11 wird die Vorschubeinrichtung wieder in Gang gesetzt, welche die Anordnung 4 von Gießformelementen 5 um eine Wegstrecke δ verschiebt, und das Füllrohr 3 mit der nächsten Füllöffnung 6 verbindet.

Bei dieser Verschiebung wird die Einfüllöffnung des gerade gefüllten Formhohlraums durch die Verschlussschiene 7 verschlossen, so dass das gerade eingefüllte Gussmaterial nicht wieder aus dem Formhohlraum ablaufen kann. Mit dem Vorschub um die Länge δ wird jeweils die am längsten durch die Verschlussschiene 7 geschlossene Einfüllöffnung freigegeben, in welcher das Gussmaterial unter dem Einfluss der Kühlwirkung schon erstarrt ist und für das im Formhohlraum noch flüssige Gussmaterial eine Ablaufsperre bildet.

In dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel beträgt die Dauer der Vorschubperiode 1,5 sec. Der Druck P₁ im Vorratsbehälter 1 ist schon vor Ablauf der Vorschubperiode auf den gewünschten Endwert abgesunken. Dieser Wert des Drucks P₁ entspricht etwa dem Schweredruck, der durch die Gussmaterialflüssigkeit oberhalb des Flüssigkeitsspiegels 2 im Füllrohr 3 erzeugt wird. Zweckmäßig wird dieser Druck so groß gewählt, dass der Gussmaterialflüssigkeitsspiegel im Füllrohr 3 am oberen Ende des Füllrohrs liegt, so dass das Gussmaterial das Füllrohr unter Vermeidung eines oxidierenden Luftvolumens im Füllrohr vollständig ausfüllt.

Durch das Absinken des Flüssigkeitsspiegels 3 im Vorratsbehälter 1 mit wachsender Zahl von Fülltakten steigt dieser Basisdruckwert von Fülltakt zu Fülltakt an.

Zu dem Zeitpunkt, zu dem der Druck P₁ im Vorratsbehälter 1 auf den gewünschten Wert abgefallen ist, ist der Druck P₂ in dem Ausgleichsbehälter 12 auf den Ausgangswert für den nächsten Fülltakt angestiegen.

Der Druckabfall im Vorratsbehälter 1 während der Vorschubbewegung der Gießformelemente und die Druckentspannung des Ausgleichsbehälters 12 während der Füll- und Halteperioden vollzieht sich gesteuert so, dass es nicht zu Schwingungsanregungen kommt und sich das flüssige Gussmaterial im Vorratsbehälter nicht hin- und herbewegt, was vor allem wegen der großen Materialmasse die Funktion der Vorrichtung, insbesondere die Druck- und Vorschubsteuerung, beeinträchtigen würde.

Claims (10)

1. Vorrichtung zum Befüllen von Gießformen, die eine das Gussmaterial gegen dessen Schweredruck in die Gießform fördernde Druckfülleinrichtung mit einem druckbeaufschlagbaren Vorratsbehälter (1) für das Gussmaterial und einem Füllstutzen (3) aufweist sowie eine Vorschubeinrichtung für die, in Reihe angeordneten, Gießformen zum aufeinanderfolgenden Anordnen des Füllstutzens (3) in Füllposition an den Einfüllöffnungen (6), wobei die Einfüllöffnung (6) der zuletzt befüllten Gießform und den Füllstutzen (3) während des Vorschubs verschließende Sperreinrichtungen vorgesehen sind und die Druckfülleinrichtung eine Steuereinrichtung (11-20) zur Steuerung des Druckanstiegs im Vorratsbehälter (1) während einer Füllphase und zur gesteuerten Druckabsenkung während des Vorschubs, insbesondere unter Aufrechterhaltung einer vollständigen Füllung des verschlossenen Füllstutzens (3) mit dem Gussmaterial, umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass die Drucksteuereinrichtung (11-20) für die Druckabsenkung im Vorratsbehälter (1) einen mit dem Vorratsbehälter (1) verbindbaren, separaten Druckausgleichsbehälter (12) aufweist, der mit einem Druckregler (18) zur gesteuerten Druckabsenkung des Innendrucks (P₂) im Druckausgleichsbehälter (12) während einer Füllphase unter Einstellung eines vorbestimmten Ausgangsdrucks für den Druckausgleich verbunden ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckregler (18) und/oder der Druckregler (17) zur Steuerung des Druckanstiegs im Vorratsbehälter (1) als Querschnittsdruckregler ausgebildet ist oder sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Querschnittsdruckregler eine Vielzahl (17, 18) zueinander parallel angeordneter Ventile aufweist.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Sperreinrichtungen einen mit dem Füllstutzen (3) verbundenen Verschlussschieber umfassen, der gegen die durch die aneinandergereihten Gießformen (5) gebildete Außenwand angelegt ist, wobei die Öffnung des Füllstutzens auf der der Außenwand zugewandten Seite des Verschlussschiebers angeordnet und der Verschlussschieber auf der Außenwand unter Abdeckung der Einfüllöffnung (6) durch den Verschlussschieber und der Füllstutzenöffnung durch die Außenwand verschiebbar ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch einen durch den Verschlussschieber geführten Dichtring (8) zur Bildung einer Dichtung zwischen der Mündung des Einfüllstutzens (3) und dem Rand der Einfüllöffnungen (6).

6. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Verschlussschieber als längliche Verschlussschiene (7) zum gleichzeitigen Abdecken mehrerer Einfüllöffnungen (6) vorgesehen ist.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Verschlussschieber gekühlt ist.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass eine Vorschubkorrektureinrichtung zur genauen Einstellung der Füllposition des Füllstutzens (3) vorgesehen ist.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Einfüllöffnungen (6) symmetrisch zum Stoß aneinandergrenzender Gießformelemente (5) sind.

10. Vorrichtung nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Füllphase, während der der Druckausgleichsbehälter (12) der mit dem Druckregler (18) zur gesteuerten Druckabsenkung des Innendrucks (P₂) im Druckausgleichsbehälter (12) verbunden ist, eine Haltephase einschließt.