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Die Erfindung betrifft eine Anlage zum Gießen von Gussteilen.
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Verfahren und Anlage, die den technologischen Hintergrund der Erfindung bilden, sind beispielsweise aus der
EP 3 089 841 B1 und der
DE 10 2009 023 881 A1 bekannt. Diese Verfahren basieren auf dem Kippgießprinzip, bei dem die Metallschmelze aus einer Schmelzenwanne in eine Gießform mit einem den Gussteil abbildenden Formhohlraum umgegossen wird. Die mit der Metallschmelze befüllte Schmelzenwanne wird dazu seitlich an die Gießform angesetzt. Die Einfüllöffnung der Gießform befindet sich dabei in einer seitlich ausgerichteten Position, so dass während des nach dem Andocken der Schmelzenwanne durchgeführten Kippvorgangs die in der Schmelzenwanne enthaltene Schmelze über die an der Gießform seitlich anliegende Kante oder eine dort vorgesehene seitliche Öffnung der Schmelzwanne in die Gießform strömt. Der Kippvorgang wird dabei solange fortgesetzt, bis die jeweilige Metallschmelzenportion vollständig in die Gießform eingeströmt ist. Nach dem Erstarren und Entformen des Gussteils wird die Gießform wieder in die Anfangsstellung zurückgeschwenkt und die Schmelzenwanne von einer beispielsweise durch einen Roboterarm gebildete Handhabungseinrichtung übernommen, welche mit der Schmelzenwanne die neue Metallschmelzenportion aus einem als Schöpfofen ausgebildeten Behälter schöpft.
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Ebenfalls zur Gruppe der Kippgießverfahren gehören so genannte „Rotationsgießverfahren“. Diese zeichnen sich, wie aus der Europäischen Patentschrift
EP 1 155 763 B1 im Einzelnen beschrieben, dadurch aus, dass die Gießform zum Andocken der mit einer neuen Schmelzenportion befüllten Schmelzenwanne in eine Andockstellung geschwenkt wird, in der die Einfüllöffnung in Schwerkraftrichtung nach unten gerichtet ist. In dieser Stellung verharrt die Gießform, bis die Schmelzenwanne mit der neuen Schmelzenportion gefüllt ist. Währenddessen wird die Schmelzenwanne in einer Füllposition gehalten, die sich seitlich neben der Gießform befindet. Mittels eines Dosierlöffels wird die neue Schmelzenportion aus einem nach oben offenen, als Schmelzenofen ausgebildeten Behälter geschöpft, in dem die zu vergießende Metallschmelze bereitgehalten wird, und in die bereitstehende Schmelzenwanne gegossen. Sobald dieser Vorgang abgeschlossen ist, wird die Schmelzenwanne an die Gießform angedockt. Dazu wird die Schmelzenwanne mittels einer Übergabeeinrichtung unterhalb der Gießform so positioniert, dass ihre Öffnung die Einfüllöffnung der Gießform überdeckt. Anschließend wird die Gießform gegen die zugeordnete Außenflächen der Gießform gepresst. Der von der Gießform und der mit der Schmelze befüllten Schmelzenwanne umgrenzte Raum ist nun gegenüber der Umgebung abgedichtet. Daraufhin wird die Gießform gemeinsam mit der Schmelzenwanne um bis zu 180° um eine horizontal ausgerichtete Schwenkachse geschwenkt, so dass sich am Ende des Schwenkwegs die Schmelzenwanne oben auf der nun mit ihrer Einfüllöffnung nach oben ausgerichteten Gießform liegt. Während des Verschwenkens strömt die in der Schmelzenwanne enthaltene Schmelze in die Einfüllöffnung der Gießform und von dort gegebenenfalls über ein Speisersystem, über Gießläufe oder desgleichen in den Formhohlraum der Gießform.
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Vor dem Hintergrund des voranstehend dargelegten Standes der Technik hat sich die Aufgabe ergeben, eine zur Durchführung eines Kippverfahrens geeignete Anlage der eingangs angegebenen Art so weiterzubilden, dass diese auch für die Durchführung eines Rotationsgießverfahren geeignet ist.
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Die Erfindung hat diese Aufgabe durch eine Gießanlage mit mindestens den in Anspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben und werden nachfolgend wie der allgemeine Erfindungsgedanke im Einzelnen erläutert.
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Mit einer erfindungsgemäßen Gießanlage lässt sich ein Verfahren zum Gießen von Gussteilen aus einer Metallschmelze wie folgt durchführen:
- a) Eine mit einer Metallschmelzenportion befüllte Schmelzenwanne wird an eine Einfüllöffnung einer Gießform angedockt, die einen Formhohlraum umgrenzt, der das zu gießende Gussteil abbildet und an die Einfüllöffnung angeschlossen ist.
- b) Die Schmelzenwanne wird mittels einer Verriegelungseinrichtung an der Gießform gehalten.
- c) Die Gießform und die Schmelzenwanne werden unter Beibehaltung der durch die Verriegelungseinrichtung gesicherten Position der Schmelzenwanne an der Einfüllöffnung gemeinsam um eine Schwenkachse verschwenkt, so dass die in der Schmelzenwanne enthaltene Metallschmelzenportion in Folge der gemeinsamen Verschwenkung aus einer Öffnung der Schmelzenwanne in die Einfüllöffnung der Gießform und von dort in den Formhohlraum der Gießform strömt.
- d) Nachdem die in den Formhohlraum gefüllte Metallschmelzenportion zu dem Gussteil verfestigt ist, wird das Gussteil aus der Gießform entnommen.
- e) Die Schmelzenwanne wird nach dem Befüllen des Formhohlraums (Arbeitsschritt c)) durch Entriegeln der Verrieglungseinrichtung von der Gießform abgekoppelt.
- f) Nach dem Abkoppeln von der Gießform (Arbeitsschritt e)) wird die Schmelzenwanne mit einer neuen Metallschmelzenportion gefüllt, indem die Metallschmelzenportion mittels der Schmelzenwanne selbst von einer Handhabungseinrichtung aus einem Behälter geschöpft wird, in dem die Metallschmelze bereitgehalten wird.
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Dabei wird
- - die Gießform zum Andocken der Schmelzenwanne so verschwenkt, dass die Einfüllöffnung der Gießform in der Einfüllstartstellung in Schwerkraftrichtung nach unten gerichtet ist,
- - die mit der neuen Metallschmelzenportion gefüllte Schmelzenwanne von der Handhabungseinrichtung an einer Übergabeposition an eine Übergabeeinrichtung übergeben, die die gefüllte Schmelzenwanne übernimmt und entgegen der Schwerkraftrichtung von unten an die Einfüllöffnung der Gießform andockt (Arbeitsschritt a)), an der sie anschließend mittels der Verriegelungseinrichtung verriegelt wird.
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In entsprechender Weise umfasst eine erfindungsgemäße Gießanlage
- - eine Gießform, die einen das zu gießende Gussteil abbildenden Formhohlraum und eine Einfüllöffnung zum Befüllen des Formhohlraums mit einer Metallschmelzenportion aufweist,
- - eine Schwenkeinrichtung, die dazu vorgesehen ist, die Gießform um eine horizontal ausgerichtete Schwenkachse aus einer Einfüllstartstellung, in der die Einfüllöffnung der Gießform in Schwerkraftrichtung nach unten gerichtet ist, in eine Einfüllendstellung, in der die Einfüllöffnung bezogen auf die Schwerkraftrichtung höher angeordnet ist als in der Einfüllstartstellung, zu verschwenken,
- - eine Schmelzenwanne, die an die Einfüllöffnung der Gießform andockbar ist, um eine in der Schmelzenwanne enthaltene Metallschmelzenportion in die Gießform zu füllen,
- - eine Verriegelungseinrichtung zum lösbaren Halten der Schmelzenwanne an der Einfüllöffnung der Gießform in einer Andockstellung, in der für das Einfüllen der Metallschmelzenportion eine Strömungsverbindung zwischen der Schmelzenwanne, der Einfüllöffnung und Formhohlraum der Gießform hergestellt ist,
- - einen Behälter, der zum Bereithalten von Metallschmelze vorgesehen ist,
- - eine Handhabungsvorrichtung, die dazu vorgesehen ist, die Schmelzenwanne in die im Gebrauch im Behälter bereitgehaltene Metallschmelze zu tauchen und wieder aus der Metallschmelze herauszubefördern, um von der Metallschmelze eine Metallschmelzenportion in die Schmelzenwanne zu schöpfen,
und
- - eine Übergabeeinrichtung, die dazu vorgesehen ist, die gefüllte Schmelzenwanne an einer Übergabeposition von der Handhabungseinrichtung zu übernehmen und in die Andockstellung an der Gießform zu bewegen.
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Bei einer erfindungsgemäßen Anlage kommt somit in Übereinstimmung mit dem eingangs erläuterten Kippgießverfahren kein Dosierlöffel mehr zum Einsatz, um die jeweils benötigte Metallschmelzenportion aus dem im jeweiligen Behälter vorgehaltenen Schmelzenvorrat zu schöpfen und anschließend in die Schmelzenwanne umzufüllen. Stattdessen wird die Schmelzenwanne selbst in den Schmelzenvorrat eingetaucht, um sie unmittelbar mit der jeweils neu in die Gießform zu gießende Metallschmelzenportion zu befüllen. Auf diese Weise wird nicht nur die für den Umfüllvorgang beim Stand der Technik regelmäßig benötigte Zeit eingespart, sondern auch die beim Stand der Technik bestehende Gefahr ausgeschlossen, dass sich beim Umfüllen der Schmelze vom Dosierlöffel in die Schmelzenwanne Schlacke, Oxide und andere unerwünschte, sich an der Oberfläche der im Dosierlöffel transportierten Schmelzenmenge ansammelnde Verunreinigungen mit sauberer Schmelze vermengen. Auch die Gefahr der Entstehung von Schäden oder Qualitätsmängeln als Folge von Einschlüssen, die in das Gussteil eingeschleppt werden, ist somit beim erfindungsgemäßen Verfahren und in einer erfindungsgemäßen Gießanlage minimiert.
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Anders als bei dem bekannten Kippgießverfahren sieht die Erfindung dabei vor, dass die Schmelzenwanne nicht direkt von der zum Schöpfen vorgesehenen Handhabungsvorrichtung, sondern mittels einer zusätzlichen Übergabeeinrichtung in die unterhalb der Gießform angeordnete Andockposition überführt wird. Die Gießform ist dabei, wie bei Rotationsverfahren der gattungsgemäßen Art üblich, so verschwenkt, dass ihre mit der Einfüllöffnung versehene Seitenfläche sich an der Unterseite der Gießform befindet, also in Schwerkraftrichtung nach unten weist.
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Die Übergabeeinrichtung übernimmt die Schmelzenwanne an einer Übergabeposition von der Handhabungseinrichtung und bringt sie in die Andockposition unterhalb der Gießform. Dort wird die Schmelzenwanne dann von der üblicherweise an der Gießform selbst angeordneten Verriegelungseinrichtung an der Gießform so verriegelt, dass sie dicht an der Gießform anliegt.
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Die erfindungsgemäße Zwischenschaltung einer Übergabeeinrichtung zwischen der Handhabungsvorrichtung, welche mit der Schmelzenwanne die jeweils benötigte Schmelzenportion schöpft, und der Verriegelungseinrichtung, die die Schmelzenwanne während des Gießvorgangs an der Gießform hält, hat den Vorteil, dass die Schmelzenwanne ohne die Gefahr eines Überschwappens der in ihr enthaltenen Schmelze zielgerichtet und schnell in ihre Andockposition gebracht werden kann, die beim erfindungsgemäßen Gießverfahren unterhalb der dazu mit ihrer Einfüllöffnung nach unten geschwenkten Gießform angeordnet ist.
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Mit der Erfindung gelingt es somit, die sich aus dem Schöpfen der Metallschmelzenportion mittels der Schmelzenwanne ergebenden Vorteile auch bei einem Rotationsgießverfahren zu nutzen, bei dem das gefahrlose Ankoppeln der Schmelzenwanne an die Einfüllöffnung der Gießform mittels einer einzigen Handhabungsvorrichtung, die gleichzeitig auch den Schöpfvorgang übernimmt, weder vom dazu erforderlichen Bewegungsablauf noch von der dafür zur Verfügung stehenden Zeit bewältigt werden kann.
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Dabei kann bei der praktischen Umsetzung der Erfindung auf die im Stand der Technik üblicherweise schon vorhandenen Verriegelungseinrichtungen und desgleichen zurückgegriffen werden, um die Schmelzenwanne an der Gießform zu halten. Genauso kann die erfindungsgemäß vorgesehene Übergabeeinrichtung, nach Art einer bei konventionellen Gießanlagen für das Übergeben und Bewegen von Schmelze enthaltenden Gefäßen vorgesehenen Einrichtungen ausgebildet sein. Vorrichtungsmäßig lässt sich die Erfindung daher mit geringem Aufwand verwirklichen.
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Bei Rotationsgießverfahren der erfindungsgemäßen Art, bei denen die Schmelzenwanne von unten an die Gießform angedockt wird, hat die Schmelzenwanne eine oben liegende Öffnung, die zum Andocken in Bezug auf die Gießform so ausgerichtet wird, dass sie die Einfüllöffnung der Gießform überdeckt.
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Die erfindungsgemäß zum Einsatz kommende Übergabeeinrichtung kann beispielsweise einen die Schmelzenwanne seitlich zangenartig umgreifenden Greifer umfassen. Auf diese Weise kann die Schmelzenwanne problemlos von der Übergabeeinrichtung erfasst und während des Transports sicher gehalten werden. Genauso einfach kann ein derartiger Greifer von der Schmelzenwanne entkoppelt werden, wenn die Verriegelungseinrichtung die Schmelzenwanne übernommen hat.
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Der in Gießanlagen der erfindungsgemäßen Art eingesetzte Behälter, in dem der Metallschmelzenvorrat bereitgehalten wird, ist vorzugsweise als Warmhalteofen ausgebildet, um die Metallschmelze auf einer Temperatur zu halten, die für den Gießvorgang und das Gießergebnis optimal ist. Um dabei einen besonders einfachen Schöpfvorgang zu ermöglichen, kann die Öffnung des Behälters, in dem die Metallschmelze bereitgehalten wird, in an sich üblicher Weise an dessen Oberseite angeordnet sein. Bei dieser Ausgestaltung kann die Schmelzenwanne zum Schöpfen der neuen Metallschmelzenportion jeweils auf einfache Weise in Schwerkraftrichtung in die in dem Behälter bereitgehaltene Metallschmelze abgesenkt werden, so dass die Metallschmelze über eine die Öffnung der Schmelzenwanne umgrenzende Randkante in die Schmelzenwanne einströmt. Nach dem Befüllen kann die Schmelzenwanne dann genauso einfach mit der in ihr enthaltenen Metallschmelzenportion aus dem Behälter gehoben und anschließend zur Gießform bewegt werden.
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Im Fall, dass die Schmelzenwanne zum Befüllen mit einer neuen Metallschmelzenportion in der voranstehend erläuterten Weise in einer einfachen Hubbewegung in den Metallschmelzenvorrat abgesenkt und nach ihrem Befüllen wieder herausgehoben wird, kann ein ruhiges, die Gefahr des Einziehens von größeren Mengen der auf der Oberfläche des Schmelzenvorrats vorhandenen unerwünschten Partikeln vermeidendes Einströmen der Metallschmelze in die Schmelzenwanne in an sich bekannter Weise dadurch unterstützt werden, dass die Schmelzenwanne zum Befüllen mit der neuen Metallschmelzenportion ausgehend von einer Ausgangsposition um eine Schwenkachse in eine Eintauchstellung gekippt wird, in der die Schmelzenwanne beim Absenken in die im Behälter bereitstehende Metallschmelze zuerst mit einem Teilabschnitt der die Öffnung der Schmelzenwanne umgrenzenden Randkante in die Metallschmelze eintaucht, während ein anderer Teilabschnitt der Randkante sich noch außerhalb der Metallschmelze befindet. Dies ist besonders vorteilhaft, wenn die betreffende Randkante am freien Rand einer die Schmelzenwanne seitlich begrenzenden Seitenwand ausgebildet ist. Der über die in die Schmelze eingetauchte Randkante strömende Schmelzenstrom fällt bei dieser Ausgestaltung nicht in einem Schwall in das Innere der Schmelzenwanne, sondern läuft in einem vergleichbar ruhigen Fluss entlang der Seitenwand, an der die betreffende Randkante ausgebildet ist. Auf diese Weise kann eine weitestgehend verwirbelungsfreie Füllung der Schmelzenwanne erzielt werden. Sobald ein der jeweils benötigten neuen Metallschmelzenportion entsprechendes Metallschmelzenvolumen über den in die Metallschmelze eingetauchten Randabschnitt in die Schmelzenwanne eingeströmt ist, kann die Schmelzenwanne erforderlichenfalls in ihre Ausgangsposition zurückgeschwenkt werden, um beim Transport zur Gießform ein Überschwappen zu vermeiden.
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Um den apparativen Aufwand bei einer erfindungsgemäßen Gießanlage weiter zu minimieren, kann die Verriegelungseinrichtung in an sich bekannter Weise so eingerichtet sein, dass sie die Schmelzenwanne mit dem ihre Öffnung begrenzenden Randbereich während des Verschwenkens durch die Schwenkeinrichtung nicht nur in der jeweiligen Position hält, sondern auch dicht gegen einen die Einfüllöffnung der Gießform umgrenzenden Randbereich der Gießform drückt.
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Grundsätzlich kann die in einer erfindungsgemäßen Anlage vorgesehene Übergabeeinrichtung als an die besondere Transport- und Bewegungsaufgabe speziell angepasste Stelleinrichtung ausgebildet sein. Eine große Flexibilität bei der Gestaltung der Bewegungsabläufe und der Ausnutzung der zur Verfügung stehenden, in der Regel im Bereich von Gießanlagen beengten Räumlichkeiten kann dadurch erzielt werden, dass die Übergabeeinrichtung durch einen Roboterarm gebildet ist, der die Schmelzenwanne für den Transport von der Gießform zum Behälter an einer Übergabeposition von der Verriegelungseinrichtung übernimmt und der die Schmelzenwanne für den Transport von dem Behälter zur Gießform an einer Übergabeposition an die Verriegelungseinrichtung übergibt. Der gemäß dieser Ausgestaltung vorgesehene Roboterarm sollte dabei in mindestens zwei Raumrichtungen beweglich sein, um die zwischen der Übergabe- und Andockposition der Schmelzenwanne erforderlichen Bewegungen ausführen zu können. Er kann dabei eine nach Art eines Greifers ausgebildete Halteeinrichtung der oben bereits erläuterten Art tragen, welche ein einfaches Übernehmen, Halten und Entkoppeln der Schmelzenwanne ermöglicht.
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Genauso kann auch die zwecks des Schöpfens einer neuen Metallschmelzenportion zum Absenken der Schmelzenwanne in die Schmelze und Herausheben der Schmelzenwanne aus der Schmelze vorgesehene Handhabungsvorrichtung eine spezialisierte Hubeinrichtung umfassen, die zum in Schwerkraftrichtung erfolgenden Absenken der leeren Schmelzenwanne in die im Behälter bereitgehaltene Metallschmelze und zum gegen die Schwerkraftrichtung erfolgenden Anheben der mit der geschöpften Metallschmelzenportion gefüllten Schmelzenwanne ausgebildet ist. Darüber hinaus kann die Handhabungsvorrichtung auch noch eine Schwenkeinrichtung umfassen, die dazu vorgesehen ist, die Schmelzenwanne um eine quer zur Bewegungsachse der Hubeinrichtung ausgerichtete Schwenkachse zu verschwenken, um ein voranstehend schon erläutertes ruhiges Einströmen der Schmelze in den Schmelzenbehälter während des Schöpfvorgangs zu ermöglichen. Jedoch können auch diese Bewegungsabläufe von einem typischerweise in drei Raumrichtungen beweglichen Roboterarm ausgeführt werden, wenn eine maximale Flexibilität bei der Durchführung und Planung dieser Bewegungen gewünscht wird. Als im Hinblick auf die Ressourcennutzung und Minimierung des apparativen Aufwands bei gleichzeitig minimalem Raumbedarf besonders günstig erweist es sich hier, wenn die Übergabeeinrichtung und die Handhabungseinrichtung gemeinsam durch eine kombinierte Transport- und Handhabungseinrichtung gebildet sind. Dabei kann der Roboterarm erforderlichenfalls die spezialisierte Hub- oder Schwenkeinrichtung tragen, die für das Absenken und Anheben der Schmelzenwanne im mit dem Schmelzenvorrat befüllten Behälter oder für das Verschwenken der Schmelzenwanne in eine optimale Eintauchstellung jeweils vorgesehen sind.
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Die erfindungsgemäße Gießanlage kann mehr als eine Gießform umfassen. Zweckmäßigerweise kann dabei jeder der Gießformen eine Übergabeeinrichtung der erfindungsgemäß vorgesehenen Art zugeordnet sein. Dagegen kann die zu vergießende Metallschmelze für alle Gießformen in einem einzigen zentralen Behälter bevorratet sein. Dementsprechend kann auch das Schöpfen der jeweils an den Gießformen benötigten Metallschmelzenportionen für alle Gießformen von einer einzigen Handhabungsvorrichtung erledigt werden, die, nachdem sie den Schöpfvorgang mit einer Schmelzenwanne absolviert hat, diese zur zugehörigen Übergabeposition transportiert, wo sie von der zugeordneten Übergabeeinrichtung übernommen und zur Andockposition unterhalb der jeweiligen Gießform bewegt wird. Bei dieser Ausgestaltung ist die Handhabungsvorrichtung somit beispielsweise auf einer Führungsbahn zwischen der jeweiligen Übergabeposition, an der sie die befüllte Schmelzenwanne übergibt, und einer entfernt von der jeweiligen Übergabeposition vorgesehenen Schöpfposition verfahrbar, an der der Behälter mit der in ihm bereitgehaltenen Metallschmelze positioniert ist.
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Die zur Verfügung stehenden apparativen Ressourcen können dadurch optimal genutzt werden, dass die Übergabeeinrichtung nicht nur die mit der neuen Schmelzenportion gefüllte Schmelzenwanne zur Andockposition bewegt, sondern auch nach dem Abgießen der Metallschmelzenportion (Arbeitsschritt c)) die Schmelzenwanne an eine Übergabeposition bewegt, an der die Schmelzenwanne zur Weiterverarbeitung übernommen wird. Hierbei kann im einfachsten Fall die Handhabungseinrichtung selbst die Schmelzenwanne direkt wieder übernehmen, um mit der Schmelzenwanne eine neue Metallschmelzenportion zu schöpfen.
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Soll die Schmelzenwanne dagegen nach dem Abgießen einer Schmelzenportion jeweils einer Aufbereitung unterzogen werden, um beispielsweise die Ansammlung von Verschmutzungen in ihr zu vermeiden, so kann es im Hinblick auf eine Verkürzung der Wartezeiten und eine damit einhergehende Minimierung der Taktzeiten sinnvoll sein, mehrere Schmelzenwannen im Umlauf zu verwenden, von denen beispielsweise eine Schmelzenwanne für den Gießvorgang selbst an der Gießform verriegelt ist, während mit einer zweiten Schmelzenwanne eine neue Metallschmelzenportion geschöpft wird und sich eine dritte und gegebenenfalls weitere Schmelzenwannen in der Aufbereitung befinden. In diesem Fall kann optional die zuvor an der Gießform verriegelte Schmelzenwanne nach Abschluss des Gießvorgangs (Arbeitsschritt c)) beispielsweise schon in der Eingussendstellung der Gießform von einer weiteren Transporteinrichtung übernommen und der Aufbereitung zugeführt werden. Die fertig aufbereitete, leere Schmelzenwanne kann dann an einer weiteren Übergabeposition bereitgehalten werden, an der sie die Handhabungsvorrichtung übernimmt, um eine neue Metallschmelzenportion zu schöpfen.
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Bei den mit dem erfindungsgemäßen Verfahren vergossenen Metallschmelzen oder den in einer erfindungsgemäßen Gießanlage verarbeiteten Metallschmelzen handelt es sich typischerweise um Leichtmetall- oder Leichtmetalllegierungsschmelzen, wozu insbesondere Leichtmetallschmelzen auf Aluminiumbasis zählen.
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Nachfolgend wird die Erfindung anhand einer ein Ausführungsbeispiel zeigenden Zeichnung näher erläutert.
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Deren 1 - 11 zeigen jeweils schematisch und nicht maßstäblich eine Anlage zum Rotationsgießen von Gussteilen in einer frontalen, teilweise geschnittenen Ansicht in verschiedenen Arbeitsstellungen.
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1 zeigt die Anlage 1 zum Rotationsgießen von Gussteilen in einer Ausgangsstellung. Bei den in der Anlage 1 aus einer Metallschmelze M zu gießenden Gussteilen handelt es sich beispielsweise um hier nicht dargestellte Motorblöcke oder desgleichen. Als Metallschmelze M kommt eine für diesen Zweck übliche Aluminiumschmelze zum Einsatz.
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Die Metallschmelze M wird in einem als für diese Zwecke in der Praxis regelmäßig eingesetzten Warmhalteofen konventioneller Bauart ausgebildeten, ortsfest montierten Behälter 2 bereitgehalten, der eine an seiner Oberseite angeordnete Öffnung 2a aufweist.
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Die Anlage 1 umfasst des Weiteren eine in einem seitlichen Abstand vom Behälter 2 positionierte Gießform 3, die einen das zu gießende Gussteil abbildenden Formhohlraum 4 und eine Einfüllöffnung 5 besitzt, über die der Formhohlraum 4 während des Gießbetriebs jeweils mit einer das Volumen des Formhohlraums 4 füllenden Metallschmelzenportion MP befüllbar ist. Die Gießform 3 ist in konventioneller Weise nach Art einer Gießform ausgebildet, wie sie beim Rotationsgießen typischerweise eingesetzt wird.
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Dementsprechend können in an sich bekannter Weise zwischen ihrer Einfüllöffnung 5 und ihrem Formhohlraum 4 ein hier nicht gezeigtes Speisersystem sowie Gießläufe, Versorgungskanäle und desgleichen vorgesehen sein, um eine ordnungsgemäße Füllung des Formhohlraums 4 mit über die Einfüllöffnung 5 einströmender Schmelze zu gewährleisten.
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Die Gießform 3 ist in einer Schwenkeinrichtung 6 gelagert. Die Schwenkeinrichtung umfasst einen Schwenkantrieb 7 zum Verschwenken der Gießform 3 um eine horizontal ausgerichtete Schwenkachse X. Mittels der Schwenkeinrichtung 6 kann die Gießform 3 bezogen auf die Schwenkachse X um 180° zwischen einer Einfüllstartstellung ES (1) und einer Einfüllendstellung EE (11) verschwenkt werden.
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In der Einfüllstartstellung (1) ist die Gießform 3 derart ausgerichtet, dass ihre Einfüllöffnung 5 in Schwerkraftrichtung G nach unten weist, dass also die Einfüllöffnung 5 in diesem Schwenkzustand an der Unterseite der Gießform 3 angeordnet ist.
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An der mit der Einfüllöffnung 5 versehenen, in der Einfüllstartstellung ES unten angeordneten Seitenfläche 8 der Gießform 3 ist mittels einer Verriegelungseinrichtung 9 eine Schmelzenwanne 10 lösbar gehalten.
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Die Schmelzenwanne 10 weist einen in Draufsicht rechteckigen, ebenen Boden 11 auf, um den eine Seitenwand 12 läuft. Die dem Innenraum 13 der Schmelzenwanne 10 zugeordnete Innenfläche 14 der Seitenwand 12 schließt mit der dem Innenraum 13 der Schmelzenwanne 10 zugeordneten Bodenfläche 15 einen Winkel ß von mindestens 90° ein.
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Mit ihrem freien oberen umlaufenden Randbereich 16 umgrenzt die Seitenwand 12 die Öffnung 17 der Schmelzenwanne 10. Gleichzeitig liegt die Schmelzenwanne 10 mit dem Randbereich 16 dicht an der zugeordneten Seitenfläche 8 der Gießform 3 an. Die Schmelzenwanne 10 ist dabei so ausgerichtet, dass sie mit ihrer Öffnung 17 die Einfüllöffnung 5 der Gießform 3 vollflächig überdeckt und eine Strömungsverbindung, d.h. eine Verbindung, über die Metallschmelze M aus der Schmelzenwanne 10 in den Formhohlraum 4 strömen kann, zwischen dem Innenraum 13 der Schmelzenwanne 10 und dem Formhohlraum 4 der Gießform 3 hergestellt ist.
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Der dichte Sitz der Schmelzenwanne 10 an der zugeordneten Seitenfläche 8 der Gießform 3 wird durch die Verriegelungseinrichtung 9 gewährleistet, die die Schmelzenwanne 10 nicht nur in ihrer an die Einfüllöffnung 5 angedockten Position hält, sondern die Schmelzenwanne 10 mit ihrem Randbereich 16 auch gegen die Seitenfläche 8 drückt, so dass das von der Schmelzenwanne 10 und der Gießform 3 umgrenzte Volumen bei an die Gießform 3 angedockter Schmelzenwanne 10 dicht gegenüber der Umgebung der Gießform 3 abgedichtet ist.
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Neben dem Behälter 2, der Gießform 3 und der Schmelzenwanne 10 umfasst die Anlage 1 eine kombinierte Transport- und Handhabungsvorrichtung 18, die hier durch einen in allen Raumrichtungen beweglichen Roboterarm 19 und eine am freien Ende des Roboterarms 19 montierte kombinierte Greif-, Hub- und Schwenkeinrichtung 20 realisiert ist.
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Die Greif-, Hub- und Schwenkeinrichtung 20 ist dazu eingerichtet, die Schmelzenwanne 10 an einem sich über ihre Öffnung 17 erstreckenden Halteprofil 21 zu greifen, die Schmelzenwanne 10 in Schwerkraftrichtung G abzusenken und anzuheben sowie die Schmelzenwanne 10 um eine quer zur Schwerkraftrichtung G ausgerichtete Schwenkachse S von einer Normalstellung, bei der ihr Boden 11 und der ihre Öffnung 17 umgrenzende Randbereich 16 horizontal ausgerichtet sind, in eine Füllstellung zu schwenken, in der, von der Seite her gesehen, der Boden 11 und der Randbereich 16 der Schmelzenwanne 10 mit der Horizontalen H einen Schwenkwinkel ß2 von etwa 30° einschließt (5).
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Benachbart zu der Gießform 3 ist zusätzlich eine Übergabeeinrichtung 23 angeordnet, die ebenfalls durch einen in alle Raumrichtungen bewegbaren Roboterarm 24 gebildet ist. Der Roboterarm 24 trägt eine zangenartig ausgebildete Greifereinrichtung 25, die mit zwei beabstandet und parallel zueinander ausgerichteten Greiferarmen 26,27 versehen ist. Die Greiferarme 26,27 sind an einem Querbalken 28 der Greifeinrichtung 25 gehalten, entlang dessen sie mittels einer Stelleinrichtung 29 der Greifeinrichtung 25 aufeinander zu und voneinander weg bewegbar sind. Auf diese Weise ist die Greifereinrichtung 25 dazu eingerichtet, die Schmelzenwanne 10 an ihren äußeren Längsrändern zu greifen und gesichert zwischen ihrer Andockposition unterhalb der Gießform 3 und einer Übergabeposition P zu bewegen, an der die Übergabeeinrichtung 23 die leere Schmelzenwanne 10 an die Handhabungseinrichtung 18 übergibt oder an der die Übergabeeinrichtung 23 die mit einer neuen Metallschmelzenportion MP gefüllte Schmelzenwanne 10 von der Handhabungseinrichtung 18 übernimmt.
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1 zeigt die Anlage 1 am Ende eines Gießzyklus: Die Schmelzenwanne 10 ist leer und die in die Einfüllstartstellung ES geschwenkte Gießform 3 zum Gießen eines neuen Gussteils vorbereitet. Die Schmelzenwanne 10 befindet sich an der Unterseite der Gießform 3.
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Zum Befüllen der Schmelzenwanne 10 mit einer neuen Metallschmelzenportion MP wird die Übergabeeinrichtung 23 mit ihrer Greifeinrichtung 25 zur Andockposition der Schmelzenwanne 10 bewegt, an der die Greifereinrichtung 25 mit ihren Greiferarmen 26,27 die Schmelzenwanne 10 an ihren Längsseiten greift. Sobald dies geschehen ist, löst die Verriegelungseinrichtung 9 die Verriegelung der Schmelzenwanne 10 an der Gießform 3. Daraufhin bewegt die Übergabeeinrichtung die Schmelzenwanne 10 zur Übergabeposition P. Dort übernimmt die entsprechend positionierte kombinierte Transport- und Handhabungsvorrichtung 18 die Schmelzenwanne 10. Die Greifeinrichtung der kombinierten Greif-, Hub- und Schwenkeinrichtung 20 der Transport- und Handhabungsvorrichtung 18 umgreift dazu das Halteprofil 21 der Schmelzenwanne 10 und verriegelt sich mit dem Halteprofil 21 derart, dass eine drehfeste Verbindung zwischen der der Schmelzenwanne 10 und der Schwenkeinrichtung kombinierten Greif-, Hub- und Schwenkeinrichtung 20 hergestellt ist (2).
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Anschließend bewegt die kombinierte Greif-, Hub- und Schwenkeinrichtung 20 die Schmelzenwanne 10 auf ein oberhalb der Öffnung 2a des Behälters 2 liegendes Niveau (3).
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Daraufhin bewegt der Roboterarm 19 die kombinierte Greif-, Hub- und Schwenkeinrichtung 20 und die an ihr hängende Schmelzenwanne 10 über die Öffnung 2a des Behälters 2 (4).
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Ist diese Position erreicht, so senkt die Hubeinrichtung der kombinierten Greif-, Hub- und Schwenkeinrichtung 20 die Schmelzenwanne 10 in den Behälter 2 ab. Gleichzeitig verschwenkt die Schwenkeinrichtung der kombinierten Greif-, Hub- und Schwenkeinrichtung 20 die Schmelzenwanne 10 aus der Normalstellung, in der ihr Boden 11 parallel zur Horizontalen H angeordnet ist, um den Winkel ß2 um die Schwenkachse S in die Schwenkstellung, so dass der Schmelzenbehälter 10 mit seiner in Folge der Verschwenkung untenliegenden Randkante 22 zuerst in die im Behälter 2 bereit- und warmgehaltene Metallschmelze M taucht (5). Die in die Schmelzenwanne 10 einströmende Metallschmelze M fließt auf diese Weise vergleichbar ruhig entlang der Innenfläche 14 des der Randkante 22 zugeordneten Seitenwandabschnitts in den Innenraum 13 der Schmelzenwanne 10.
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Zum Abschluss dieses Schöpfvorgangs wird, sobald eine ausreichende Metallschmelzenportion MP in die Schmelzenwanne 10 eingeströmt ist, die Schmelzenwanne 10 mittels der Schwenkeinrichtung der kombinierten Greif-, Hub- und Schwenkeinrichtung 20 wieder in ihre Normalstellung zurückgeschwenkt (6) und die Schmelzenwanne 10 mit der Metallschmelzenportion MP mittels der Hubeinrichtung der kombinierten Greif-, Hub- und Schwenkeinrichtung 20 entgegen der Schwerkraftrichtung G aus dem Behälter 2 gehoben (7). Anschließend bewegt der Roboterarm 19 die gefüllte Schmelzenwanne 10 zur Übergabeposition P (8,9).
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Dort wird die Schmelzenwanne 10 wieder von der Übergabeeinrichtung 23 übernommen, die hierzu wieder ihre Greiferarme 26,27 mit der jeweils zugeordneten Längsseite der Schmelzenwanne verriegelt.
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Die Übergabeeinrichtung 23 bringt die Schmelzenwanne 10 dann in ihre Andockposition unter der sich in Einfüllstartstellung ES mit ihrer Einfüllöffnung 5 nach unten geschwenkten Gießform 3, an die sie entgegen der Schwerkraftrichtung G von unten her angesetzt wird. Die Verriegelungseinrichtung 9 drückt daraufhin die Schmelzenwanne 10 derart gegen die zugeordnete Seitenfläche 8 der Gießform 3, dass über die Fügefuge zwischen dem Schmelzenbehälter 10 und der Gießform 3 keine Metallschmelze M aus dem Schmelzenbehälter 10 in die Umgebung U gelangen kann (10).
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Die Verriegelungseinrichtung
9 hält die Schmelzenwanne
10 in dieser dichten Andockstellung an der Gießform
3, während die Gießform
3 um etwa 180° um ihre Schwenkachse
X verschwenkt wird. Während des Schwenkvorgangs strömt die in der Schmelzenwanne
10 vorhandene Metallschmelzenportion
MP in den Formhohlraum
4, wie vom Rotationsgießen an sich bekannt (s.
EP 1 155 763 B1 ). Der Füllvorgang ist abgeschlossen, wenn die Einfüllendstellung
EE erreicht ist (
11).
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Nach dem die in den Formhohlraum 4 gefüllte Schmelze M soweit erstarrt ist, dass das durch den Formhohlraum 4 abgebildete Gussteile eine feste Form hat, wird die Gießform 3 geöffnet, um das Gussteil zu entnehmen und der Weiterverarbeitung zuzuführen. Anschließend wird die Gießform 3 für einen neuen Gießvorgang 3 vorbereitet und mit der Schmelzenwanne 10 in die in 1 dargestellte Einfüllstartstellung ES verschwenkt.
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Daraufhin kann einer weiterer, in der voranstehend beschriebenen Weise ablaufender Gießzyklus durchlaufen werden.
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Im voranstehend dargestellten Ausführungsbeispiel ist zur Vereinfachung des Verständnisses davon ausgegangen worden, dass die Übergabeeinrichtung 23 die leere Schmelzenwanne 10 an der Übergabeposition P unmittelbar an die Handhabungseinrichtung 18 übergibt und dort auch von der Handhabungseinrichtung 18 die neu gefüllte Schmelzenwanne 10 zurückerhält.
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Im Großserienbetrieb kann es jedoch zweckmäßig sein, wenn mehrere Schmelzenwannen 10 im Umlauf genutzt werden. In diesem Fall kann mit einer ersten Schmelzenwanne 10 eine neue Metallschmelzenportion P geschöpft werden, während die Gießform 3 mit einer an ihr verriegelten zweiten Schmelzenwanne 10 verschwenkt wird, um die in der betreffenden zweiten Schmelzenwanne 10 enthaltene Metallschmelzenportion MP in die Gießform 3 zu gießen. Währenddessen kann eine dritte Schmelzenwanne 10 eine Aufbereitung durchlaufen, an deren Ende sie an einer weiteren Übergabepostion bereitsteht, an der sie die Handhabungseinrichtung 18 übernimmt, um eine neue Metallschmelzenportion MP für einen neuen Gießzyklus der Gießform aus dem Behälter 2 zu schöpfen. Die jeweils am Ende der Rotation der Gießform 3 entleerte Schmelzenwanne 10 kann dabei in der Einfüllendstellung EE von der Gießform 3 getrennt werden und von einer hierzu eingerichteten Transporteinrichtung durch die Aufbereitung gefördert werden.
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Die Erfindung stellt somit eine Vorrichtung zum Gießen von Gussteilen aus einer Metallschmelze M zur Verfügung, bei der eine mit einer Metallschmelzenportion MP befüllte Schmelzenwanne 10 an eine Einfüllöffnung 5 einer Gießform 3 angedockt wird, an der sie mittels einer Verriegelungseinrichtung 9 gehalten wird, bei denen die Gießform 3 mit der Schmelzenwanne 10 um eine Schwenkachse X verschwenkt wird, so dass die Metallschmelzenportion MP aus der Schmelzenwanne 10 über die Einfüllöffnung 5 in den Formhohlraum 4 strömt, bei denen das Gussteil nach dem Erstarren der Metallschmelzenportion MP aus der Gießform 3 entnommen wird, bei denen die Schmelzenwanne 10 nach dem Befüllen des Formhohlraums 4 von der Gießform 3 abgekoppelt wird und bei denen die Schmelzenwanne 10 anschließend mit einer neuen Metallschmelzenportion MP gefüllt wird, die mittels der Schmelzenwanne 10 aus einem mit der Metallschmelze M befüllten Behälter 2 geschöpft wird. Zum Andocken der Schmelzenwanne 10 wird die Gießform 3 so verschwenkt, dass ihre Einfüllöffnung 5 in Schwerkraftrichtung G nach unten gerichtet ist. Um dabei das Andocken der Schmelzenwanne 10 von unten an die Gießform 3 zu ermöglichen, wird erfindungsgemäß die gefüllte Schmelzenwanne 10 an einer Übergabeposition P an eine Übergabeeinrichtung 23 übergeben, die sie entgegen der Schwerkraftrichtung G an die Einfüllöffnung 5 der Gießform 3 andockt, wo sie mittels der Verriegelungseinrichtung 9 verriegelt wird.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Anlage zum Gießen von Gussteilen
- 2
- Behälter (Wärmeofen, in dem Metallschmelze M bereitgehalten wird
- 2a
- Öffnung des Behälters 2
- 3
- Gießform
- 4
- Formhohlraum der Gießform 3
- 5
- Einfüllöffnung der Gießform 3
- 6
- Schwenkeinrichtung
- 7
- Schwenkantrieb der Schwenkeinrichtung 6
- 8
- Seitenfläche der Gießform 3
- 9
- Verriegelungseinrichtung
- 10
- Schmelzenwanne
- 11
- Boden der Schmelzenwanne 10
- 12
- Seitenwand der Schmelzenwanne 10
- 13
- Innenraum der Schmelzenwanne 10
- 14
- dem Innenraum 13 zugeordnete Innenfläche der Seitenwand 12
- 15
- dem Innenraum 13 zugeordnete Bodenfläche des Bodens 11
- 16
- oberer freier Randbereich der Seitenwand 12
- 17
- Öffnung der Schmelzenwanne 10
- 18
- kombinierte Transport- und Handhabungsvorrichtung
- 19
- Roboterarm
- 20
- kombinierte Greif-, Hub- und Schwenkeinrichtung
- 21
- Halteprofil
- 22
- Randkante
- 23
- Übergabeeinrichtung
- 24
- Roboterarm
- 25
- Greifereinrichtung
- 26,27
- Greiferarme der Greifeinrichtung 25
- 28
- Querbalken der Greifeinrichtung 25
- 29
- Stelleinrichtung der Greifeinrichtung 25
- ß
- Winkel zwischen der Bodenfläche 15 und der Innenfläche 14
- ß2
- Schwenkwinkel
- EE
- Einfüllendstellung
- ES
- Einfüllstartstellung
- G
- Schwerkraftrichtung
- H
- Horizontale
- M
- Metallschmelze
- MP
- Metallschmelzenportion
- P
- Übergabeposition
- S
- Schwenkachse der kombinierten Greif-, Hub- und Schwenkeinrichtung 20
- X
- horizontal ausgerichtete Schwenkachse der Gießform 3
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- EP 3089841 B1 [0002]
- DE 102009023881 A1 [0002]
- EP 1155763 B1 [0003, 0050]
