DE19936973A1

DE19936973A1 - Vorrichtung zum Niederdruckgießen von Metallen

Info

Publication number: DE19936973A1
Application number: DE1999136973
Authority: DE
Inventors: Hans Bebber; Juan Faehnrich; Guenter Phillipps
Original assignee: INDUGA INDUSTRIEOEFEN und GIES
Current assignee: INDUGA INDUSTRIEOEFEN und GIES
Priority date: 1999-08-05
Filing date: 1999-08-05
Publication date: 2001-02-08
Also published as: WO2001010583A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Niederdruckgießen von Metallen mit mindestens einem Gießofen mit einer nachfüllbaren Einfüllkammer und mit mindestens einem Steigrohr, das endseitig über eine Gießdüse sukzessive mit Hohlräume aufweisenden Sand-Gießformkästen verbindbar ist. DOLLAR A Erfindungsgemäß besitzt die aus einem feuerfesten Material bestehende Gießdüse ein auswechselbares Mundstück, das vorzugsweise aus Elektrographit besteht.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Niederdruckgießen von Metallen mit mindestens einem Gießofen mit einer nachfüll baren Einfüllkammer und mit mindestens einem Steigrohr, das endseitig über eine Gießdüse sukzessive mit Hohlräume aufwei senden Sand-Gießformkästen verbindbar ist.

Bei Niederdruck-Gießverfahren wird das in dem Gießofen befind liche Flüssigmetall durch Aufbringung eines Überdruckes von etwa 2 bis 8 × 10⁴ Pa über das druckdicht mit dem Formkasten verbundene Steigrohr in die Gießform hineingedrückt, wonach über einen in dem Sand-Gießformkasten vorhandenen Schieber die Verbindung zwischen dem Formkastenhohlraum und dem Ofen abge sperrt wird, so daß der Formkasten von dem Steigrohr bzw. der Düse, die am Ende des Steigrohres angeordnet ist, abgekoppelt und durch Andocken eines nächsten Formkastens der nächste Gieß vorgang (bei geöffnetem Schieber des Sand-Gießformkastens) ein geleitet werden kann. Der Gießofen ist hierbei derart ausge staltet, daß er die Metallschmelze über die gesamte Gießzeit unter konstanten, definierten Bedingungen mit einer exakten Druck- und Temperaturführung in den Formkasten überführen kann.

Mit jedem Gießvorgang wird die im Gießofen vorhandene flüssige Metallschmelze um den vergossenen Teil minimiert, bis der Gieß ofen entleert ist. Hiernach muß der Ofen wieder befüllt und die Füllcharge auf die zum Gießen optimale Temperatur gebracht wer den. Während dieser Zeit können mit dem Ofen keine Gießvorgänge durchgeführt werden.

Die Gießdüse, auf die der Gießformkasten aufgesetzt oder ander weitig angedockt wird, ist einem starken Verschleiß ausgesetzt, der schließlich die erforderliche Abdichtung nicht mehr gewähr leistet, so daß die komplette Düse ausgetauscht werden muß. Wegen der ohnehin relativ großen Porosität des nach dem Stand der Technik üblicherweise verwendeten feuerfesten Materiales für die Düse ergeben sich relativ kurze Betriebszeiten bzw. durch einen Düsenwechsel bedingte häufige Stillstandszeiten, die insgesamt zu einer Erhöhung der Produktionskosten führen.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die eingangs genannte Vorrichtung dahingehend weiterzuentwickeln, daß die genannten Nachteile vermieden werden.

Diese Aufgabe wird durch die Vorrichtung gemäß Anspruch 1 dadurch gelöst, daß die aus einem feuerfesten Material beste hende Gießdüse ein auswechselbares Mundstück aufweist, das vor zugsweise aus Elektrographit besteht. Das auswechselbare Mund stück besitzt den Vorteil, daß der aus feuerfestem Material bestehende Düsen-Grundkörper nicht vollständig ausgetauscht werden muß, womit sich die Kosten entsprechend minimieren las sen. Darüber hinaus besitzt das vorzugsweise als Mundstück- Material verwendete Elektrographit die Eigenschaft, daß glat tere Oberflächen mit einer wesentlich geringeren Rauhigkeit geschaffen werden können, die die Abdichtung des Mundstückes zum Sand-Gießformkasten erheblich verbessert.

Weiterentwicklungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.

So besitzt die Gießdüse einen zumindest über einen Teil ihrer Länge reichenden konischen Innenmantel, der sich vorzugsweise bis zum genannten Mundstück erstreckt. Diese Konizität verbes sert die Wärmeleitung des Flüssigmetalles bis in den Bereich der Düse, so daß eine unerwünschte Erstarrung des Metalles an dieser Stelle wirksam verhindert wird. Der vorzugsweise verwen dete Konuswinkel liegt zwischen 10 und 15°.

Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung besitzt das Mundstück die Form einer Hülse mit einem endseitigen ringförmi gen Kragen, der vollflächig auf der Stirnseite des aus dem feu erfesten Material bestehenden Düsenteiles anliegt. Vorzugsweise ist der Innenmantel des genannten hülsenförmigen Mundstückes zylindrisch ausgebildet. Diese Formgestaltung ermöglicht ein leichtes Auswechseln des Mundstückes, wenn dieses verschlissen ist. Bevorzugt besitzt das Mundstück eine Porosität, die ≦ 16% ist. Ein solches, aus Elektrographit bestehendes Mundstück ist druckstabil, temperaturwechselbeständig und insbesondere von dem durchströmenden Metall nicht benetzbar.

Als feuerfestes Material der Düse wird eine Keramik gewählt, die im wesentlichen aus Al₂O₃ besteht. Vorzugsweise besitzt diese Keramik bis zu 5 Massen% CaO und/oder jeweils ≦ 0,2 Massen%, vorzugsweise ≦ 0,1 Massen%, SiO₂ und/oder Fe₂O₃ (Rest Al₂O₃). Eine solche keramische Gießmasse erfüllt die Vor aussetzungen, mechanisch und thermisch im Bereich des Flüssig metall-Durchflußquerschnittes ausreichend stabil zu sein.

Der Gießofen selbst kann als ein Rinneninduktionsofen oder ein Tiegelinduktionsofen ausgebildet sein, die beide eine optimale Temperatursteuerung ermöglichen.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann entweder zur vertikalen oder zur horizontalen Gießformfüllung abgebildet sein; im erst genannten Fall wird die Gießform auf die Düse aufgesetzt, wäh rend sie im zweiten Fall seitlich angedockt wird. Eine horizon tale Gießformfüllung besitzt den Vorteil einer geringeren Bau höhe. Um quasi-kontinuierlich gießen zu können, d. h., um Still standszeiten zu vermeiden, die bei einer Nachchargierung der Einzelkammer des Gießofens entstehen, können zwei Gießöfen vor gesehen sein, die im Tandembetrieb wechselweise zum Gießen und zum Nachchargieren eingesetzt werden.

Weitere Vorteile sowie Ausführungsbeispiele der Erfindung sind aus den Zeichnungen ersichtlich. Es zeigen

Fig. 1 und 2 jeweils schematische Schnittansichten eines Gießofens mit vertikaler und horizontaler Form füllung,

Fig. 3 eine teilgeschnittene Ansicht einer Gießdüse und

Fig. 4 eine vergrößerte Darstellung des Gießdüsen- Mundstückes in einer Schnittansicht.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung besteht aus einem Gießofen 10 in Form eines Induktions-Rinnengießofens, dessen Induktor mit 11 bezeichnet ist. Der Gießofen 10 besitzt als Auslaufsiphon ein Steigrohr 12, an dessen Ende eine Gießdüse 13 angeordnet ist, auf oder an die ein Sandformkasten 14 zum Niederdruckgie ßen abgesenkt bzw.. angedockt werden kann. Das herzustellende Gießstück 15 (in Fig. 1 in Form einer Kurbelwelle) ergibt sich aus der Form des Hohlraumes. Der Gießofen 10 besitzt eine Ein füllkammer 16 in der Art eines Einlaufsiphons, das endseitig über einen Deckel 17 oder ein Ventil verschlossen ist. Der Gießofen ist mit seinem Innenraum hermetisch abriegelbar, so daß in der Kammer 18 ein Druck aufgebaut werden kann, der aus reicht, daß im Steigrohr stets Flüssigmetall ansteht und beim Gießen der Sand-Gießformkastenhohlraum vollständig gefüllt wer den kann. Zum Nachchargieren kann beispielsweise ein Speichero fen vorgesehen sein, durch dessen Auslauf Flüssigmetall über die Einfüllkammer 16 nachgefüllt wird. Oberhalb der Gießdüse 13 (in Fig. 1) bzw. seitlich davon (in Fig. 2) befindet sich ein Schieber, der in geöffneter Stellung über die Gießdüse 13 ein Befüllen des Hohlraumes 15 bzw. ein Wiederverschließen dieses Hohlraumes 15 nach Befüllen ermöglicht. Die in Fig. 1 und 2 dargestellten Öfen arbeiten dergestalt, daß bei Aufbringen eines Druckes auf die Metallbadoberfläche 19 der Badspiegel nach unten gedrückt wird und in gleichem Maß im Steigrohr 12 der Metallbadspiegel steigt. Ein oberhalb der Düse 13 bzw. seitlich der Düse 13 positionierter Gießformkasten-Hohlraum kann durch entsprechende Druckerhöhung auf den Badspiegel 19 vollständig gefüllt werden. In der Praxis wird der Gießofen immer unter einem gewissen Vordruck gefahren, so daß das Metallniveau in der Gießkammer nie unter das Niveau der Gieß düse 13 abfällt. Die Gießformkästen 14 werden sukzessive aufge setzt bzw. angedockt.

Um in Hochleistungs-Formanlagen beispielsweise 200 Gießkästen pro Stunde kontinuierlich versorgen zu können, ist eine Flüs sigmetallauffüllung des Gießofens in regelmäßigen Abständen erforderlich. Hierzu wird beispielsweise mit zwei Öfen gearbei tet. Der nachzuchargierende Ofen wird aus der Gießlinie heraus gefahren, wonach ein zweiter Ofen die Dosierung der Gießformkä sten übernimmt, ohne daß die Förderlinie angehalten werden muß. Ein solcher Tandembetrieb amortisiert sich in kurzer Zeit, da ein Produktionsverlust während des Nachfüllens des ersten Ofens vermieden werden kann.

Die in Fig. 3 dargestellte Düse 13 besitzt ein austauschbares Mundstück 20, das im einzelnen aus Fig. 4 ersichtlich ist. Der aus Keramik bestehende Düsenkörper 21 besitzt einen konischen Innenmantel 22, der in einen zylindrischen Innenmantel am obe ren Ende übergeht. In diesem zylindrischen Innenmantel einge setzt ist das hülsenförmige Mundstück 20, das ein hülsenförmi ges Teil 22 mit einem oberen Durchmesser D₁ besitzt, der sich zum unteren Ende hin geringfügig verjüngt. Der Innendurchmes ser d ist einheitlich zylindrisch. Am oberen Ende besitzt das Mundstück 20 einen ringförmigen Kragen 23, der vollflächig auf der Stirnseite des Teiles 21 aufliegt. Ggf. kann das Mundstück noch an seinem Außenmantel Nuten 24 besitzen, die als Ringnuten übereinander angeordnet sind.

Anders als in dem in Fig. 1 und 2 dargestellten Ausführungsbei spiel, bei dem die Gießöfen 10 mit einem hydraulisch betätigba ren Deckel ausgestattet sind, ist es ebenso möglich, den Ein laufsiphon mit einem Auslauf eines Speicherofens zu verbinden, wobei diese Verbindungsstelle entsprechende Verschlußorgane zum Chargieren bzw. Abdichten aufweist. Die Verschlußorgane, z. B. Ventile, können so ausgebildet sein, daß der Speicherofen und der Gießofen völlig entkoppelt sind, so daß zum Gießen ledig lich der Gießofen 10 mit Druck beaufschlagt werden muß, nicht jedoch der Speicherofen, der während der Gießzeiten selbst nachchargiert werden kann.

Claims

1. Vorrichtung zum Niederdruckgießen von Metallen mit minde stens einem Gießofen (10) mit einer nachfüllbaren Einfüll kammer (18) und mit mindestens einem Steigrohr (12), das endseitig über eine Gießdüse (13) sukzessive mit Hohl räume (15) aufweisenden Sand-Gießformkästen (14) verbind bar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die aus einem feuerfesten Material bestehende Gieß düse (13) ein auswechselbares Mundstück (20) besitzt, das vorzugsweise aus Elektrographit besteht.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Gießdüse (13) einen zumindest über einen Teil ihrer Länge reichenden konischen Innenmantel (22) aufweist, der sich vorzugsweise bis zum Mundstück (20) erstreckt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Konuswinkel (α) zwischen 10° und 15° liegt.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeich net, daß das Mundstück (20) die Form einer Hülse mit einem endseitigen ringförmigen Kragen (23) aufweist, der voll flächig auf der Stirnseite des aus dem feuerfesten Mate rial bestehenden Düsenteil (21) anliegt.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Innenmantel des hülsenförmigen Mundstückes (20) zylin drisch ausgebildet ist.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Mundstück (20) eine Porosität ≦ 16% aufweist.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das feuerfeste Material der Düse eine Keramik ist, die im wesentlichen aus Al₂O₃ besteht.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Keramik bis zu 5 Massen% CaO und/oder jeweils ≦ 0,2 Massen%, vorzugsweise ≦ 0,1 Massen%, SiO₂ und/oder Fe₂O₃ herstellungsbedingte Verunreinigungen und Rest Al₂O₃ aufweist.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Gießofen (10) ein Rinneninduktions ofen oder ein Tiegelinduktionsofen ist.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Steigrohr (12) zur vertikalen oder zur horizontalen Gießformfüllung ausgebildet ist.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Gießöfen (10) vorgesehen sind, die im Tandembetrieb wechselweise zum Gießen und zum Nach chargieren einsetzbar sind.