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Die
Erfindung betrifft eine Fertigungslinie zum im kontinuierlichen
Durchlauf erfolgenden Herstellen von Gussteilen aus einer metallischen Schmelze,
insbesondere einer Leichtmetallschmelze, mit mehreren Funktionseinheiten,
unter denen sich eine Kernschieß-
und Aushärteeinheit
zum Fertigen von Gießkernen,
eine Formmontageeinheit zur Montage von als Kernpakete ausgebildeten
Gießformen,
eine Gießeinheit
zum Abgießen
der Metallschmelze in die Gießformen,
eine Abkühleinheit
zum Erstarren der in der Gießform
enthaltenen Metallschmelze, eine Abkühleinheit zum Abschrecken im Sinne
einer Wärmebehandlung
und eine Entformungseinheit zum frühzeitigen zerstörenden Entfernen
der Gießform
von dem Gussteil befinden.
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Mit
einer solchen Fertigungslinie lassen sich im kontinuierlichen Durchlauf
Gussteile aus einer Metallschmelze herstellen, indem zunächst Gießkerne erzeugt
werden und dann aus den Gießkernen eine
als Kernpaket ausgebildete Gießform
gebaut wird. In diese Gießform
wird die Metallschmelze gegossen. Anschließend wird die in der Gießform enthaltene
Schmelze zumindest solange kontrolliert abgekühlt, bis das Gussteil zu einer
ausreichenden Formhaltigkeit erstarrt ist. Daraufhin kann die Entformung
des Gussteils beginnen, bei der die Gießform zerstört wird. Die Wärmebehandlung
des Gussteiles erfolgt direkt aus der Gießhitze durch Abschrecken.
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Fertigungslinien
und Verfahren der voranstehend angegebenen Art werden üblicherweise
bei der großtechnischen
Serienfertigung von Gussteilen eingesetzt. So betreibt die Anmelderin
beispielsweise eine Fertigungslinie, mit der in der beschriebenen Weise
in einem automatisierten Ablauf Motorblöcke in großen Stückzahlen gegossen werden. In
der bekannten Fertigungslinie ist dazu eine Anzahl von Kernschießmaschinen
miteinander linear verkettet. Die Anzahl der dazu notwendigen Kernschießmaschinen
entspricht dem jeweils zur Verfügung
stehenden Werkzeugsatz für
ein komplettes Kernpaket eines bestimmten Motorblocktyps.
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Die
geschossenen und fertig ausgehärteten Kerne
werden über
Entnahmepaletten entnommen und auf einem parallel zu den Kernschießmaschinen aufgestellten
Montageband nacheinander zu einem Kernpaket montiert. Um die Wirtschaftlichkeit
einer solchen Fertigungslinie zu gewährleisten, müssen Taktzeiten
kleiner 60 Sekunden mit einem entsprechen Automatisierungsaufwand
eingehalten werden.
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Als
Formstoff für
die Herstellung der Kerne wird in der bekannten Fertigungslinie
ein aus einem bekannten organischen Binder und einem ebenso konventionellen
Formsand gemischter Formstoff eingesetzt. Dieser Formstoff wird
im so genannten „Gold-Box-Verfahren" verfestigt, bei
dem durch Begasung mit einem Reaktionsgas die Aushärtung des organischen
Binders bewirkt wird. Die fertigen Gießkerne werden zu den Gießformen
montiert, in einem Speicher zum Ausgasen zwischengelagert und anschließend in
der Gießeinheit
mechanisch zusammengespannt und abgegossen.
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Nach
dem Vergießen
der Metallschmelze wird die jeweilige Gießform in eine Erstarrungsposition
gebracht von der ausgehend sie gussteilspezifisch in verspanntem
Zustand für
eine Zeit größer 15 Minuten
eine Kühlstrecke
durchlaufen. Nach der Erstarrung werden die Gießformen auf Paletten geladen
und in einen Wärmebehandlungsofen
gefahren. In diesem Ofen werden die Gussteile (Motorblöcke) in
einem mehrere Stunden dauernden Prozess thermisch entsandtet und
lösungsgeglüht.
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Bei
der thermischen Entsandung wird der organische Binder der Gießformen
bei Temperaturen im Gussteil knapp unter Solidustemperatur der eingesetzten
Legierung zersetzt, so dass die Sandform in grobe Bruchstücke zerfällt. Durch
weitere Beheizung, mechanische Fördereinrichtung
und Siebe und den Einsatz aufwendiger Sandkühler und Bunker wird der Kernmacherei
dann wieder feinkörniger
Recycling-Sand zugeführt. Aufgrund
des langwierigen, thermischen Prozesses sind große Mengen an Sand und lange
Förderwege
notwendig.
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Aus
der
DE 40 16 112 C2 ist
ferner eine automatisierte Gießereinanlage
bekannt, wobei mehrere Funktionseinheiten vorgesehen sind, die durch Zwischenförderer zu
einer Produktionslinie verbunden sind.
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Bekannte
Fertigungslinien der voranstehend beschriebenen Art ermöglichen
es zwar, Motorblöcke in
hohen Stückzahlen
kosteneffektiv herzustellen. Dem stehen jedoch betriebliche Nachteile
entgegen, die sich insbesondere bemerkbar machen, wenn kleinere
Stückzahlen
hergestellt werden sollen oder die Modelle der zu gießenden Teile
häufig
wechseln. So ist ein hoher, durch eine Anzahl von Maschinen und Werkzeugen
verursachter technischer Aufwand für die Kernfertigung erforderlich.
Die große
Anzahl komplexer Maschineneinheiten mit dem Zwang Taktzeiten kleiner
60 Sekunden zu fahren bringt bei einem Werkzeugwechsel, der in Folge
eines Modellwechsels erforderlich wird, lange Rüstzeiten und aufwändige Montagearbeiten
mit sich, die wiederum Verfügbarkeitsverluste
verursachen. Diese Verluste bedingen eine geringe Flexibilität der bekannten
Fertigungslinie, da einer schnellen Anpassung an geänderte Betriebbedingungen
oder Modelltypen hohe Rüstkosten
und bei neuen Produkten zusätzliche
Investitionskosten entgegenstehen. Für jedes Produkt müssen alle
Einrichtungen auf die Realisierbarkeit einer kurzen Taktzeit ausgelegt
werden.
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Die
Verwendung von mit organischem Binder gebundenen Kernen bringt des
weiteren das Problem mit sich, dass die zur Erzeugung der Kerne
eingesetzten Werkzeuge in regelmäßigen Abständen außerhalb
der Kernmacherei gereinigt werden müssen. Auch sind aufwendige
Abluftanlagen erforderlich, um die beim Aushärten der Kerne im „Gold-Box-Verfahren" und bei der thermischen
Verbrennung auftretenden Gase aufzufangen und zu reinigen. Diese
Gase führen
zudem zu entsprechenden Belastungen des Personals. Beim Gießprozess
können
durch gasende Cold-Box Kerne Gussfehler entstehen.
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Ein
weiterer, hohe Betriebskosten mit sich bringender Nachteil der bekannten
Fertigungslinien besteht in der Notwendigkeit, zur Wärmebehandlung und
Entsandung einen Ofen mit langen Behandlungszeiten einzusetzen,
der so hohe Temperaturen liefert, dass der Binder der Gießformen
zersetzt wird und gleichzeitig eine Lösungsglühbehandlung durchgeführt wird.
Die Flexibilität
hinsichtlich einer Variation der Wärmebehandlungsparameter ist
durch die Kopplung an die thermische Entsandung stark eingeschränkt.
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Die
rein thermische Entsandung erweist sich bei Sandanhaftungen (Penetration,
organische Kondensate) insbesondere bei den inneren Kanälen eines
Motorblockes als problematisch.
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Hoher
Aufwand für
den Sandkreislauf aufgrund hoher Sandtemperaturen, großer Sandmengen,
der Notwendigkeit, den Sand auf eine definierte Temperatur herabzukühlen und
der sehr große Raumbedarf
für den
Ofen tragen zusätzlich
dazu bei, dass die bekannten Fertigungslinien sich nur dann wirtschaftlich
betreiben lassen, wenn über
einen langen Produktionszyklus gleiche Motorblöcke in hohen Stückzahlen
produziert werden. Dieser Wirtschaftlichkeitsbetrachtung steht gegenüber, dass
die Entwicklungszeiten bei der Neukonstruktion von Gussteilen, insbesondere
im Bereich der Motorenentwicklung, immer kürzer und dementsprechend die
Modelländerungen
immer häufiger
werden.
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Ausgehend
von dem voranstehend erläuterten
Stand der Technik bestand daher die Anforderung, einer Fertigungslinie
zum Herstellen von Gussteilen aus Leichtmetall, insbesondere Aluminium-
basierten Legierungen, zur Verfügung
zu stellen, die eine wirtschaftliche und flexible Produktion von
komplex geformten, hochbelastbaren Gussteilen, insbesondere Motorblöcken, ermöglichen.
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Diese
Aufgabe ist durch eine Fertigungslinie der eingangs angegebenen
Art gelöst
worden, bei der erfindungsgemäß die jeweils
aufeinander folgend durchlaufenden Funktionseinheiten durch jeweils eine
Fördereinrichtung
direkt miteinander verbunden sind und bei der der Takt, mit der
die Fertigungslinie fertige Gussteile ausstößt, bestimmt ist durch den Takt,
mit dem die Kernfertigungseinheit die von ihr erzeugten Gießkerne liefert.
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Mit
einer erfindungsgemäßen Fertigungslinie lassen
sich Gießformteile
aus einer Metallschmelze, insbesondere einer Leichtmetallschmelze,
in einem kontinuierlichen Fertigungsablauf in folgenden Arbeitsschritte
herstellen:
- – Schießen von Gießkernen in einem Kernwerkzeug
aus einem Formgrundstoff und einem Binder gemischten Formstoff,
- – Aushärten der
Gießkerne
in einem Kernwerkzeug an Stationen der Kernfertigungseinheit,
- – Übergabe
der Gießkerne
an eine Formmontageeinheit,
- – Montieren
der Gießkerne
zu einer als Kernpaket ausgebildeten Gießform,
- – Übergabe
der Gießform
an eine Gießeinheit,
- – Gesteuerte
Formfüllung
(Gießen)
von Metallschmelze in die Gießform,
- – Drehen
der Gießform
in Erstarrungsposition,
- – Übergabe
der mit Metallschmelze gefüllten Gießform an
eine Abkühleinheit,
- – Erstarren
der in der Gießform
enthaltenen Metallschmelze,
- – Übergabe
der Gießform
mit dem erstarrten Gussteil an eine Entformungseinheit,
- – Entformen
des Gussteils unter Zerstörung
der Gießform
in der Entformungseinheit,
- – Abschrecken
des Gussteiles aus der Gießhitze,
- – Ausgeben
der fertigen Gussteils,
– wobei
der Takt, mit dem die fertigen Gussteile ausgegeben werden, bestimmt
ist durch den Takt, mit dem die Gießkerne geschossen werden,
- – Aufbereitung
und Rückführung des
Formstoffes in die Kernanlage.
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Es
steht somit eine modulare Prozesskette zur Verfügung, bei der die Bearbeitungsstationen Kernmacherei,
Kernpaketmontage, Gießerei,
Erstarrung, Entkernung und Abschreckung für das jeweilige Gussteil in
einem kontinuierlichen Ablauf durchlaufen werden. Die einzelnen
Arbeitsstationen werden dabei direkt aufeinander folgend absolviert.
Unter dem Begriff „direkt" wird in diesem Zusammenhang
nicht die kürzeste
räumliche
Entfernung verstanden. Vielmehr ist es gemäß der Erfindung wesentlich,
dass die einzelnen Funktionseinheiten unterbrechungsfrei nacheinander
durchlaufen werden. Es findet ein Produktionsablauf statt, bei dem
die einzelnen Arbeitsschritte unmittelbar miteinander verkettet
sind. Gießformen
und Gießstücke werden
in einem durchgehenden Fluss durch die Fertigungslinie gefördert.
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Zwischenlager
oder sonstige Speicher, wie sie beim Stand der Technik noch unvermeidbar
sind, sind bei einer erfindungsgemäßen Fertigungslinie nicht vorhanden.
Um dies zu erreichen, kann bei einer erfindungsgemäßen Fertigungslinie
der Förderweg, über den
zunächst
die Gießkerne
und dann die Gießformen
gefördert
werden, selbstverständlich
so geführt
werden, dass ein optimaler Arbeitsablauf unabhängig davon gewährleistet
wird, ob die jeweiligen Teile auf kürzestem Wege zur jeweils nächsten Arbeitsstation
transportiert werden.
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Mit
der erfindungsgemäßen unmittelbaren Aufeinanderfolge
der einzelnen Funktionseinheiten ist es möglich, den Prozess der Gussteilherstellung von
der Kernmacherei bis zum Entformen des Gussstücks „just in time" als "one piece flow" durchzuführen. D.h.,
es werden jeweils nur die Gießkerne
und Gießformen
erzeugt, die aktuell in der Fertigungslinie benötigt werden. Die beim Stand
der Technik unvermeidbare Bevorratung von Gießkernen oder Gießformen
entfällt.
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Um
diese „just
in time"- Produktion
zu gewährleisten,
wird der Takt des erfindungsgemäßen Produktionsprozesses
durch die zeitkritischste Einheit der Fertigung, nämlich das
Kernschießen,
bestimmt. Die Aushärtezeiten
werden auf mehrere Stationen in der Kernfertigungsanlage verteilt.
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Auf
diese Weise ist sichergestellt, dass stets eine ausreichende Zahl
von Kernen zur Verfügung steht,
aus denen dann unterbrechungsfrei Kernpakete als Gießformen
montiert werden. Gleichzeitig ist gewährleistet, dass für die Befüllung der
Gießformen wiederum
jeweils ausreichende Mengen an Metallschmelze vorhanden sind und
dass die Kapazität
der Abkühleinheit
zur Erstarrung, der Entformungseinheit und der Abschreckeinheit
ausreicht, um einerseits jeweils ein hinsichtlich seines Gefüges einwandfreies Gussteil
zu erhalten und andererseits den als Abfall jeweils anfallenden
Formstoff der Gießform
aufzubereiten und der Wiederverwendung zuzuführen.
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Die
von der Kernfertigungseinheit ausgegebenen Kerne werden von der
Formmontageeinrichtung übernommen
und zu einem Kernpaket zusammengesetzt. Die an der Übergabe
jeweils vorhandenen Kerne bilden dabei einen Gießkernsatz, aus dem jeweils
ein die Gießform
bildendes Kernpaket ohne besonderen Sortieraufwand zusammengestellt
werden kann. Auf diese Weise lassen sich vollautomatisch Gießformen
montieren, ohne dass es zu aufwändiger
Steuerungseinrichtungen bedarf.
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Gleichzeitig
sind dadurch, dass die einzelnen Einheiten der Fertigungslinie direkt
miteinander verkoppelt sind, optimierte Transportwege gesichert, die
im Ergebnis zu einer Verkürzung
der Gesamtfertigungszeit beitragen.
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Mit
der Erfindung lassen sich so komplex geformte, hochbelastbare Gussteile,
insbesondre Motorblöcke,
wirtschaftlich herstellen, ohne dass es dazu aufwändiger Vorrichtungen
und hohem apparativem Aufwand bedarf. Gleichzeitig kann dadurch, dass
die Giesformen als Kernpakete ausgebildet sind, schnell und flexibel
auf Modelländerungen
der herzustellenden Gussteile reagiert werden, da die Herstellung
der Kerne in einer auf einfache Weise umgestaltbaren Kernfertigungsanlage
erfolgt.
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Eine
besonders bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass
als Binder ein anorganischer, insbesondere ein wasserglasbasierter
Binder verwendet wird. Binder dieser Art stellen bei Wärmeexposition
eine hohe Formstabilität
der Kerne nach dem Härten
sicher. Durch Verwendung eines anorganischen Binders ist es so möglich, auch
die Gießkerne,
die im die Gießform
bildenden Kernpaket größeren spezifischen
Belastungen ausgesetzt sind dünnwandig
auszubilden. Zudem haben praktische Versuche gezeigt, dass anorganische
gebundene Formstoffe leicht in Wasser aufgelöst werden können und gute Zerfallseigenschaften
aufweisen.
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Kernpaket-
Gießformen,
die aus unter Verwendung von anorganischen Bindern erzeugten Kernen
gebaut sind, erweisen sich somit nicht nur als robust, sondern weisen
zusätzliche
für die
Durchführung
des erfindungsgemäßen Verfahrens
günstige Eigenschaften
auf.
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Insgesamt
ist das in einer erfindungsgemäßen Fertigungslinie
anfallende Kernsandvolumen vermindert, da auf kurzem Weg nach dem
Gießen
in Wasser entkernt wird und die Gießform als dünnwandiges Kernpaket mit den
genannten Vorteilen ausgebildet sein kann.
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Die
zum Halten und Transportieren des Kernpaketes benötigten Teile
(Spannvorrichtungen, Kühleisen,
Kokillensegmente, Stützelemente, Spannvorrichtungen
etc.) können
leicht gereinigt und im Umlauf wieder verwendet werden.
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Besonders
geeignet erweist sich die Erfindung bei der Herstellung von komplex
geformten Motorblöcken
aus Aluminium- basierten Legierungen.
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Eine
vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet,
dass die Kernfertigungsanlage eine Kernschiessstation, mehrere Aushärtestationen
und eine Fördereinrichtung
aufweist, die die Kernwerkzeuge im Umlauf von der Schießstation,
den Aushärtestationen
zu den Übergabestationen
an die Formmontageeinrichtung und dann zurück zur Schießstation
fördert.
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Bei
einer solchen Kernfertigungsanlage werden die benötigten Werkzeuge
(Anzahl ist abhängig vom
Produkt) von der Fördereinheit
im Arbeitstakt weitergefördert.
Das Ein- und Abfördern
beim Werkzeugwechsel kann im Takt erfolgen, da nur geringe Wege
zurückgelegt
werden müssen.
Da entlang der Förderstrecke
mehrere Aushärtestationen
angeordnet sind, ist die Taktzeit von Kerngröße und Aushärteverhalten des Binders weitgehend
unabhängig.
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Gemäß einer
weiteren besonders praxisgerechten, den automatischen Produktionsablauf
unterstützenden
Ausgestaltung der Erfindung weist die Kernfertigungseinheit eine
Einrichtung zum automatisierten Wechseln der für das Schießen der Kerne benötigten den
einzelnen Werkzeugen zugeordneten Schusshauben in der Schießstation
auf.
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Außerdem ist
eine automatische Werkzeugreinigung integriert. Kernbruch kann automatisch
an einer Position an der Förderanlage
entnommen werden.
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Die
automatische Formmontage in der Formmontageeinheit kann dadurch
erleichtert werden, dass die fertigen Kerne direkt an Übernahmestationen
an der Förderanlage
der Kernfertigungsanlage übernommen
werden.
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Typischerweise
umfasst die erfindungsgemäß eingesetzte
Formmontageeinheit dabei mehr als eine Montagestation und eine Fördereinrichtung fördert die
jeweils zu fertigende Gießform
nacheinander folgend zu den Montagestationen. Jede der Montagestationen
kann eine spezielle Aufgabe ausführen und
verfügt
ggf. über
Zwischenlager, Kernklebestationen, Linerzuführung, Verschraubungsvorrichtungen etc.
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Dies
ermöglicht
es, relativ einfache, an einen bestimmten Montageablauf angepasste
Automaten für
den Zusammenbau der Gießformen
einzusetzen.
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Sollen
zusätzliche
Bauelemente in die Metallschmelze eingegossen werden, wie beispielsweise
Zylinderverstärkungen
(Liner) oder Lagerstuhlverstärkungen,
so ist es günstig,
wenn die Fertigungslinie eine Erwärmungseinrichtung zum Erwärmen dieser
in das Gussteil einzugießenden
Bauelemente umfasst. Dabei ist es für die angestrebte Kontinuität des Produktionsablaufes
günstig,
wenn die Erwärmungseinrichtung
in die Gießeinheit
integriert ist und die Erwärmung
im Anlagentakt stattfindet.
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In
dem die Erwärmung
unmittelbar vor dem gesteuerten Formfüllen (Gießen) erfolgt, ist die Gefahr
einer unkontrollierten Abkühlung
auf ein Minimum reduziert. Die Temperatur der einzugießenden Bauteile
kann bei geringem Energieaufwand gezielt eingestellt und mit dem
Formfüll- und Erstarrungsablauf
des gesamten Gussteiles abgestimmt werden.
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Bewerkstelligen
lässt sich
dies auf einfache Weise insbesondere dann, wenn die Erwärmungseinrichtung
induktiv arbeitet.
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Die
Einbindung der Gießeinheit
in den durch die Kernfertigungseinheit vorgegebenen Arbeitstakt kann
dadurch realisiert werden, dass die Gießeinheit einen Drehtisch umfasst,
der die jeweils von der Formmontageeinheit zur Gießeinheit
geförderte Gießform an
einer Übergabestation
von der die Formmontageeinheit mit der Gießeinheit verbindenden Fördereinrichtung übernimmt,
die Gießform
in einer Schwenkbewegung zu einer Gießstation fördert und die Gießform nach
dem in der Gießstation
erfolgten gesteuerten Formfüllvorgang
mit Schmelze weiter zu einer Übergabestation
fördert,
an der sie die jeweilige Gießform
an die zur Abkühleinheit
führende Fördereinrichtung übergibt.
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Die
gesteuerte Formfüllung
kann durch Ankoppeln der Gießformen
an einen bekannten Niederdruckgießofen, gasdruckgeregeltem Schmelzetransport
in den Formhohlraum, Verschließen
der Eingussöffnung
und anschließendem
180°- Drehung
in Erstarrungsposition (roll-over) erfolgen. Alternativ kann die
Drehbewegung zur Steuerung des Formfüllvorganges genutzt werden.
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Als
besonderer Vorteil entstehen bei Kernpaketen aus anorganischen Bindern
kaum Gase beim Kontakt mit Schmelze, da der Binder nicht verbrennt.
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Erforderlichenfalls
lassen sich lokale Kühlkokillen
einsetzten, um Wärme
aus dem Bereich von Bohrungen, Lagerstühlen, Materialanhäufungen
etc. gezielt abzuführen.
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Das
beim Stand der Technik nur aufwändig durchführbare Lösungsglühen kann
dadurch vermieden werden, dass die Gussstücke ausgehend von einer bestimmten
Temperatur abgeschreckt werden. Um dies zu ermöglichen, sieht eine weitere
Ausgestaltung der Erfindung vor, dass die Abkühleinheit eine Abschreckstation
zum Abschrecken des Gussteiles aus der Gießhitze heraus aufweist.
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Die
Entkernung des erstarrten Gussteiles kann in an sich bekannter Weise
durch Flüssigkeitsstrahlen
erfolgen. Dazu weist die Entformungseinheit bevorzugt eine Flüssigkeitsstrahleinrichtung
zum Zerstören
der Gießform
auf. Mit einer solchen Flüssigkeitsstrahleinrichtung
können
auch die im Gussteil sitzenden Gießkerne ausgespült werden.
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Auch
kann die Entformungseinheit ein mit Flüssigkeit befüllbares
Becken umfassen, in das die Gießform
einsetzbar ist. Indem die Gießform
mit dem Gussstück
in der Flüssigkeit
bewegt wird oder Wasserstrahldüsen
im Becken angeordnet sind lässt
sich der Zerfall der Gießform
beschleunigen. Zu diesem Zweck kann dem Flüssigkeitsbecken eine Bewegungseinrichtung
zum Bewegen der in das Becken getauchten Gießform zugeordnet sein. Die
in der Flüssigkeit
aufgefangenen Gießformteile
zerfallen weiter zu fein körnigem
Formstoff und lassen sich auf einfache Weise aus dem Flüssigkeitsbecken
austragen.
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Als
Flüssigkeit
zum Zerstören
der Gießform und
Ausspülen
des Formstoffes eignet sich insbesondere Wasser ggf. mit Additiven,
das auf eine bestimmte, den Zerfall des Formstoffs der Gießform zusätzlich unterstützende Temperatur
erwärmt
sein kann.
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Eine
besonders praxisgerechte Ausgestaltung der Erfindung ist dadurch
gekennzeichnet, dass die Abkühleinheit
und die Entformungseinheit zu einer kombinierten Abkühl- und
Entformungseinheit zusammengefasst sind.
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Die
beim Stand der Technik aufgrund der Verwendung organischer Binder
verursachten Probleme lassen sich dadurch beseitigen, dass als Binder
des Formstoffs ein anorganischer Binder eingesetzt wird. Derartige
aus dem Stand der Technik an sich bekannte Bindersystem lassen sich
durch Wärmezufuhr
härten,
ohne dass dabei die Umwelt oder das Maschinenpersonal belastende
Gase austreten.
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Nachfolgend
wird die Erfindung anhand einer ein Ausführungsbeispiel darstellenden
Zeichnung näher
erläutert.
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Die
einzige Figur zeigt schematisch eine Fertigungslinie 1 zum
vollautomatischen Herstellen von Motorblöcken aus einer Aluminiumlegierung
in einer Draufsicht. Die Fertigungslinie umfasst eine Kernfertigungseinheit 2 zum
Fertigen von Gießkernen,
eine Formmontageinheit 3 zur Montage von als Kernpakete
ausgebildeten Gießformen
G, eine Gießeinheit 4 zum
Abgießen
von Aluminiumschmelze in die Gießformen G, eine Abkühleinheit 5a zum
Erstarren der in der Gießform
G enthaltenen Metallschmelze und eine Entformungseinheit 5b zum
zerstörenden
Entfernen der jeweiligen Gießform
G sowie eine Abschreckeinheit 5c des Gussteiles M.
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Die
Kernfertigungseinheit 2 weist eine Kernschießstation 6 und
eine als Förderstrecke
ausgebildete Transporteinrichtung 7 auf. Die Transporteinrichtung 7 ist
in vier Teilstrecken 7a, 7b, 7c, 7d aufgeteilt,
die rechtwinklig zueinander derart angeordnet sind, dass sie in
Draufsicht die Seitenlinie eines Rechteckes bilden. Über eine
parallel zu den kürzeren
Teilstrecken 7a, 7c angeordnete Förderstrecke 7e können die
Kernwerkzeugoberteile WO zur Teilstrecke 7d gefördert werden.
Die Kernschießstation 6 ist
dabei in einem Eckbereich der Transporteinrichtung 7 positioniert,
an dem die Teilstücke 7a und 7d der
Transporteinrichtung aufeinander stoßen. In der Kernschießstation 6 werden
in an sich bekannter Weise aus einem anorganischen Binder und einem Quarzsand
oder synthetischen Sand gemischten Formstoff Gießkerne geschossen.
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Der
Kernschießstation 6 ist
eine Schusshaubenwechseleinrichtung 8 zugeordnet, die die
in der Kernschießstation 6 jeweils
eingesetzte Schusshaube werkzeugspezifisch bereitstellt.
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Zum
Aushärten
der Kerne durch Wärmeexposition
und Spülluft
werden die Werkzeuge W in die Aushärtestationen A positioniert.
In der Mitte des Teilstückes 7b werden
die Werkzeugoberteile WO abgehoben und der Förderstrecke 7e übergeben.
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Anschließend ist
ein erster Montageroboter 11 der Formmontageeinheit 3 zugeordnet,
der aus der Aushärtestation
A austretende und über
das Teilstück 7b transportierte
Kerne aus dem Werkzeugunterteil WU übernimmt.
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Weitere
dem Übernahmeroboter 11 entsprechende
Montageroboter 10 der Formmontageeinheit 3 sind
entlang des dem Teilstück 7a gegenüberliegend
angeordneten Teilstück 7c der
Transporteinrichtung 7 positioniert. Ein letzter Montageroboter 9 der
Montageeinheit 3 ist in Förderrichtung F am Anfang es
Teilstücks 7b gegenüberliegend
angeordneten Teilstück 7d positioniert.
An den Teilstücken 7b, 7c, 7d,
der Transporteinrichtung 7 sind auf diese Weise Übergabestationen
gebildet, an denen die fertigen Gießkerne an die Formmontageeinheit 3 übergeben
werden. Die jeweils eine Montagestation bildenden Montageroboter 9–11 der
Formmontageeinheit 3 setzten aus den von ihnen jeweils übernommenen
Gießkernen
als Kernpakete ausgebildete Gießformen
G zusammen.
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Die
Gießformen
G werden über
eine als Förderstrecke
ausgebildete Fördereinrichtung 12 transportiert
an den Montagerobotern 9–11 entlang gefördert. Die
Fördereinrichtung 12 weist
drei linear verlaufende Teilstücke 13,14,15 auf,
von denen in Draufsicht das erste Teilstück 13 im rechten Winkel
zum zweiten Teilstück 14 und
das dritte Teilstück 15 wiederum
im rechten Winkel zum zweiten Teilstück 15 angeordnet ist,
so dass die Teilstücke 13–15 in
Draufsicht U-förmig
angeordnet sind.
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Auf
dem ersten Teilstück 13 der
Transporteinrichtung 12 werden von dem ersten Montageroboter 11 die
ersten Gießkerne
der jeweiligen Gießform G
zusammengesetzt. Anschließend
gelangen die in diesem Zustand teilweise fertig gebauten Gießformen
G auf das Teilstück 14 der
Fördereinrichtung 12 und
werden auf diesem entlang der Montageroboter 10, 9 gefördert die
jeweils weitere Gießkerne
G zu der jeweiligen Gießform
hinzufügen,
bis beim Verlassen der Formmontageeinheit 3 die Gießform fertig zusammengestellt
ist.
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Vom
Teilstück 14 der
Transportvorrichtung 12 gelangen die Gießformen
G auf das Teilstück 15, das
sie zu einem Drehtisch 16 leitet. Der Drehtisch 16 übernimmt
die jeweilige Gießform
G und transportiert in einer 90° Drehung
zu einer Heizstation 17 in der in den zu fertigenden Motorblock
einzugießende
Inserts (z.B. Liner etc.) oder Kokillenteile (z.B. Messingpinolen
für Bohrungsbereich
etc.) induktiv erwärmt
werden.
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Durch
eine weitere 90°-
Drehung des Drehtisch 16 wird die Gießform G zur Gießstation 18 der Gießeinheit 4 gefördert. Dort
wird die Aluminiumschmelze in die jeweilige Gießform G befördert. Anschließend fördert der
Drehtisch 16 wieder die mit Schmelze gefüllte Gießform G
zu einer Übergabestation,
an der die Gießform
G an eine weitere als Förderstrecke
ausgebildete Fördereinrichtung 19 übergeben
wird.
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Während der
Abkühlung
wird die Gießform
G über
eine gradlinig ausgebildete Förderstrecke 20 der
Abkühleinheit 5a weitertransportiert.
Am Ende der Förderstrecke 20 ist
die Erstarrung der Aluminiumschmelze in der Gießform G soweit abgeschlossen,
dass das in ihr gebildete Gussteil M eine feste Form erhalten hat.
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Vom
Ausgang der Abkühleinheit 5a wird
die nach wie vor ihre ursprüngliche
Gestalt besitzende Gießform
G über
eine ebenfalls als Förderstrecke ausgebildete,
im rechten Winkel zur Förderstrecke 20 der
Abkühleinheit 5a angeordnete
Fördereinrichtung 21 zu
einer Übernahmestation
der Entformungseinheit 5b transportiert. Dort übernimmt
ein Gießformmanipulator
(Roboter) 22 die jeweilige Gießform G und taucht sie in ein
Wasserbecken 23.
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In
dem mit temperierten Wasser gefüllten Wasserbecken 23 wird
die Gießform
G bewegt, um ihren Zerfall beschleunigt einzuleiten. Zusätzlich kann
durch nicht dargestellte Wasserstrahleinrichtungen die Gießform G
beschleunigt zerstört
und im Inneren des erstarrten Gussteils M liegende Kerne ausgespült werden.
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Die
Bruchstücke
der Gießform
G werden in dem Wasserbecken 23 aufgefangen und zerfallen, da
sich der anorganische Binder in dem Wasserbecken 23 auflöst. Dabei
fällt feinkörniger Formgrundstoff
an. Der Formgrundstoff wird mit neuem anorganischen Binder wieder
zu neuem Formstoff gemischt und wieder der Kernfertigungseinheit 2 zugeführt.
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Der
anorganische Binder dagegen wird teilweise im Wasser des Wasserbeckens 23 gelöst. Das den
Binder enthaltene Wasser wird ebenfalls einer Aufbereitung zugeführt und
in den Produktionskreislauf zurückgeführt.
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Nach
dem Entformen wird das nun von Gießkernrückständen freie Gussteil (Motorblock)
M über eine
Förderstrecke 25 einer
Nachbearbeitungseinheit 26 zugeführt, in der es entgratet, gesägt und erforderlichenfalls
weiteren Nachbearbeitungsoperationen unterzogen wird.
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Der
Takt, mit dem die Gussteile M aus der Fertigungslinie 1 ausgestoßen werden,
ist durch den Takt bestimmt, mit dem die Kernfertigungseinheit 2 die
von ihr erzeugten Gießkerne
an die Formmontageeinheit 3 liefert. Für den Transport der Gussteile, ihre
Behandlung in den einzelnen Funktionseinheiten 2–6 der
Fertigungslinie 1 wird aufgrund der direkten Verkettung
dieser Einheiten 2–6,
der schnellen Abkühlung
und der mit der Abkühlung
direkt kombinierten Entsandung nur eine geringe Zahl von Gussteilmanipulatoren
(Robotern) benötigt.
Auch dies führt dazu,
dass die erfindungsgemäße Fertigungslinie
mit geringem Aufwand an Maschinen und Kosten in besonders wirtschaftlicher
Weise hochwertige Gussteile in relativ kleinen Stückzahlen
produzieren kann.
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- 1
- Fertigungslinie
- 2
- Kernfertigungseinheit
- 3
- Formmontageeinheit
- 4
- Gießeinheit
- 5a
- Abkühleinheit
- 5b
- Entformungseinheit
- 5c
- Abschreckeinheit
- 6
- Kernschießstation
- 7
- Transporteinrichtung
- 7a–7d
- Teilstrecken
der Transporteinrichtung
- 8
- Schusshaubenwechseleinrichtung
- 9–11
- Montageroboter
- 12
- Fördereinrichtung
- 13–15
- Teilstücke der
Fördereinrichtung 12
- 16
- Drehtisch
- 17
- Heizstation
(induktiv)
- 18
- Gießstation
der Gießeinheit 4
- 19
- Fördereinrichtung
- 20
- Förderstrecke
der Abkühleinheit 5a
- 21
- Fördereinrichtung
- 22
- Gießformmanipulator
der Entformungseinheit 5b
- 23
- Wasserbecken
der Entformungseinheit 5b
- 24
- Aufbereitungseinheit
- 25
- Förderstrecke
- 26
- Nachbearbeitungseinheit
- F
- Förderrichtung
der Transporteinrichtung 7
- G
- Gießformen
- M
- Gussteile
- W
- Kernwerkzeuge
- WO
- Kernwerkzeugoberteil
- WU
- Kernwerkzeugunterteil
- A
- Aushärtestation