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Mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens kann eine nahezu vollständige
Füllung der Gießform mit erstarrtem Material erreicht werden. ohne daß ein Speiser
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oder Anguß an der gegossenen Butze haftet. welcher nachträglich mit
entsprechendem Kostenaufwand entfernt werden muß.
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Die crfindungsgemäße Vorrichtung zum Gießen von Butzen aus Aluminium
zum Fließpressen zeichnet sich aus durch eine ortsfeste Gießpfanne. durch deren
Gießöffnung eine Vielzahl von auf einer antreibbaren endlosen Einrichtung angeordneten
Gießformen füllbar ist und durch eine Abstreifeinrichtung mit deren Hilfe der Inhalt
der gefüllten Gießform »köpfbar« ist.
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Bevorzugte Ausführungsformen des Verfahrens nach der Erfindung sind
in den Unteransprüchen 2 und 3 beschrieben und bevorzugte Ausführungsformen der
erfindungsgemäßen Vorrichtung sind in den Unteransprüchen 5 bis 15 beschrieben.
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Die Erfindung wird im folgenden anhand eines Ausführungsbeispieles
sowie unter Bezug auf die Zeichnung näher beschrieben. In dieser zeigt F i g. I
eine Ansicht einer Vorrichtung zum direkten Gießen von Aluminiumbutzen, F i g. 2
eine Draufsicht auf die in Fig. 1 dargestellte Vorrichtung (ohne Ofen und Gießrinne).
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F i g. 3 einen Teilabschnitt durch einen eine Vielzahl von Gießformen
aufweisenden Formträger, F i g. 4 eine schematische Darstellung in vergrößertem
Maßstab einer gefüllten Gießform sowie einer noch zu füllenden Gießform in Relation
zur Gießöffnung einer Gießpfanne und F i g. 5 einen schematischen Vertikalschnitt
durch eine zweite Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung.
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Wie in F i g. 1 dargestellt. wird aus einem Ofen 1 eine bereits desoxidierte
und ggfls. weitere Legierungselemente außer Aluminium enthaltende Schmelze in eine
Gießrinne 2 abgegossen. Aus dieser Gießrinne gelangt die Schmelze über eine Einrichtung
3 zum Aufrechterhalten eines konstanten Schmelzenspiegels in eine Gießpfanne 4.
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Ein mit Hilfe eines Elektromotors 6 antreibbarer Endloskettenförderer
5 ist mit einer Vielzahl von aneinander grenzenden Formträgern 12 versehen. Die
in den Formträgern 12 jeweils vorgesehenen Gießformen 14 (F i g. 2 und 3) gelangen
bei der durch den Pfeil in F i g. 1 dargestellten Bewegung des Endloskettenförderers
5 nacheinander in den Bereich einer in F i g. 4 dargestellten Gießöffnung 18 der
Gießpfanne 4. Kühlgebläse 7 sind vorgesehen. um die beiden einander gegenüberliegenden
Oberflächen der Formträger 12 mit Kühlluft zu beblasen. Außerdem zeigt F i g. 1
eine Sprühdose 8. mit deren Hilfe Formträger bzw. die darin ausgebildeten Gießformen
14 vor ihrem Eintritt in den Füllbereich A gereinigt werden, bzw. mit kolloidalem
Graphit beschichtet werden.
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Die Gießformen 14 bzw. die Formträger 12 können wassergekühlt sein.
Das Bezugszeichen B in F i g. 1 bezeichnet in etwa den Ort, an welchem die zwischenzeitlich
gänzlich erstarrten Formkörper. nämlich die herzustellenden Butzen als Folge der
Umlenkung des Kettenförderers 5 abgekippt werden.
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Bei Aluminium beträgt die Volumendifferenz zwischen schmelzflüssigem
Material und erstarrtem Material etwa 7%, und aus diesem Grunde ist das Volumen
eines erstarrten Aluminiumkörpers ca. um 7% kleiner als das Volumen der ursprünglichen
Aluminiumschmelie.
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Beim erfindungsgemäßen Verfahren erfolgt das Abgicßen der Schmelze
in die jeweilige Gießform derart.
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daß aus der ortsfesten Gießpfanne 4 direkt in die im
wesentlichen die
Gestalt der herzustellenden Butzen aufweisenden Gießformen abgegossen wird. wobei
das Abgießen in die Gießformen so gesteuert wird. daß das zuerst abgegossene Material
im Bereich der Gießformenwandungen bereits halb erstarrt ist. ehe die Gießform mit
Schmelze gefüllt ist. Mit anderen Worten wird das Eingießen des flüssigen Aluminiums
in die Gießform so gesteuert. daß das zuerst in die betreffenden Gießformen eingetretene
Aluminiummaterial bereits erstarrt ist, bevor das Füllen der Gießform mit flüssigem
Aluminium abgeschlossen ist. Wegen der genannten sehr großen Volumendifferenz (7%)
von Aluminium kann nach dem Erstarren eines ersten, rasch an den Gießformwandungen
erstarrenden Aluminiumquantums eine beträchtliche Menge weiteren schmelzflüssigen
Aluminiums nachgegossen werden.
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Mithin wird die Volumenabnahme des zunächst gegossenen und bereits
erstarrten Aluminiums durch das Abgießen weiterer Aluminiummengen in die Schwindungsraume
und darüber hinaus kompensiert. Auf diese Weise wird weitgehend erreicht. daß das
Volumen der fertigen Aluminiumbutzen nahezu gleich ist dem Volumen der Gießform.
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Wie bereits erwähnt, besteht an sich beim Vergießen von Aluminium
eine 7%ige Volumendifferenz zwischen dem Volumen der flüssigen Formfüllung und dem
Volumen des erstarrten Forminhalts. Mit Hilfe der Erfindung wird jedoch eine weitgehende
Annäherung an den idealen Fall VolumennO,$ig - Volumen¢s,erreicht.
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Der Sinn der im vorstehenden beschriebenen Prozedur besteht darin.
eine gegossene Butze zu erzielen, die weitgehend zueinander parallele Ober- und
Unterflächen aufweist. Eine gewisse Schwindung und eine gewisse sich daraus ergebende
Tiefung im Bereich der oberen Butzenoberfläche ist jedoch unvermeidlich.
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Die in den Formträgern 12 ausgebildeten Gießformen 14 besitzen im
wesentlichen die Gestalt der herzustellenden Butzen mit einem"' schwindungsbedingten
Übermaß von 1.5%. Die Gießformen bzw. die Formträger bestehen aus Kupfer oder einem
anderen Werkstoff mit hoher Wärmeleitfähigkeit.
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Wie am besten aus F i g. 2 erkennbar, sind im dargestellten Ausführungsbeispiel
in jedem Formträger 12 drei Gießformen 14 in einer zur Fortbewegungsrichtung des
Kettenförderers 5 senkrechten Richtung nebeneinander angeordnet. Wie am besten aus
den F i g. 2 und 3 zu erkennen. enthält der Endloskettenförderer 5 zwei einander
gegenüberliegend angeordnete Rollenketten 10. an welchen die Formträger 12 befestigt
sind.
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Die gefüllten Gießformen 14 bewegen sich nach Verlassen des Füllbereiches
A (F i g. 1) in Richtung auf den Kipport B, wo sie auf einen in F i g. 2 dargestellten
Förderer 16 abgekippt werden.
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Wie F i g. 2 zu entnehmen, besitzt die Gießpfanne 4 eine der Anzahl
von in jedem Formträger 12 nebeneinander angeordneten Gießformen 14 entsprechende
Anzahl von Gießöffnungen 18. Diese Gießöffnungen 18 sind nach den Gießformen 14
ausgerichtet. Mithin können alle in einem Formträger 12 ausgebildeten Gießformen
14 gleichzeitig aus der Gießpfanne gefüllt werden.
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Wie in F i g. 4 dargestellt, sind die Gießöffnungen 18 der Gießpfanne
4 von einem heizbaren Element (26) umgeben. dessen Temperatur auf 140 bis 200"C
oberhalb der Schmelztemperatur der vergossenen Legierung einstellbar ist.
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Wie vorstehend dargelegt, kommt es beim Verfahren nach der Erfindung
darauf an. die Gießgeschwindigkeit so zu steuern, daß der zunächst in die Gießformen
eingebrachte
Anteil der Aluminiumschmelze bereits erstarrt ist,
wenn der Formfüllvorgang beendet wird. Zu diesem Zweck sind die folgenden Gesichtspunkte
in Betracht zu ziehen.
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1. Intensität der Gießformkühlung 2. Werkstoff der Gießform 3. Temperatur
des heizbaren Elementes in der Gießpfannen-Gießöffnung 4. Durchmesser der Gießpfannen-Gießöffnung
5. Volumen der jeweiligen Gießform 6. Statistische Höhe der Aluminiumschmelze in
der Gießpfanne 7. Geschwindigkeit des Kettenförderers 8. Anzustrebende, mögiichst
niedrige Gießtemperatur 9. Legierungszusammensetzung des Materials.
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Wie ferner in F i g. 4 dargestellt, weist die Gießpfanne 4 eine wärmeisolierende
Auskleidung 20 auf und ist in der den Gießformen 14 zugewandten Oberfläche der Gießpfanne
eine aus Aluminiumoxid bestehende Abstreifplatte 28 vorgesehen. deren Oberfläche
in Anlage ist mit der Oberfläche der Formträger. Diese Aluminiumoxidplatte 28 wird
selbst praktisch nicht verschlissen, übt jedoch eine säuberndschleifende Wirkung
auf die Oberflächen der Formträger bzw. auf die Oberfläche des Inhalts der Gießformen
auf.
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Mit Hilfe des heizbaren Elementes 26 wird die Aluminiumschmelze im
Bereich der Gießöffnungen 18 gut flüssig gehalten, um Materialansätze im Bereich
der Gießöffnungen zu verhindern. Wenn die gefüllten Gießformen 14 aus dem Bereich
der Gießöffnung 18 hinaus bewegt werden. so werden die in den Gießformen eingebrachten
Schmelzen sozusagen »geköpft«. Dieses »Köpfen« erfolgt durch die Aluminiumplatte
28 bzw. die im unteren Endabschnitt des geheizten Elementes 26.
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Wie in F i g. 4 dargestellt. kann dieses untere Ende des geheizten
Elementes schneidenartig angespitzt sein, indem es eine kegelstumpfförmig von innen
nach außen geneigt verlaufende untere Wandung aufweist.
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In F i g. 4 ist rechts eine den Bereich der Gießöffnung 18 bereits
verlassen habende Gießform 14' und links eine gerade in den Bereich der Gießöffnung
eintretende Gießform 14 zu erkennen. Die rechte. bereits gefüllte Gießform 14' zeigt
deutlich einen zumindest dreischichtigen Aufbau ihres Inhaltes. nämlich eine den
Wandungen benachbarte erstarrte Schicht. eine auf dieser erstarrten Schicht liegende
Zwischenschicht. die teilweise erstarrt ist. und eine dritte, flüssige Schicht.
deren Erstarrung noch nicht eingetreten ist. Es versteht sich, daß die unterste
erstarrte Schicht bereits ihr kleineres Erstarrungsvolumen eingenommen hat. Die
Zwischenschicht hat noch nicht ihr endgültiges Volumen eingenommen. ist jedoch schon
recht weit vom Flüssig-Volumen entfernt. Wenn auch die dritte. flüssige Schicht
gänzlich erstarrt ist. wird der Unterschied zwischen dem maximalen Volumen der Gießform
und dem Volumen der erstarrten Butze deutlich weniger als 7% betragen.
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so daß eine Butze mit weitgehend parallel zueinander veriaufenden
Ober- bzw. Unterflächen erreicht werden kann.
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Die aus den Gießformen abgekippten fertigen Butzen weisen die angestrebte
Endabmessung auf und bedürfen keiner nachgeschalteten Putzarbeiten.
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Wie F i g. 3 zu entnehmen. ist zumindest im Füllbereich A eine Gleitführung
30 für die Formträger 12 vorgesehen. Mit Hilfe dieser Cleitführung werden die
Formträger
in der gewünschten Weise in Anlage an die untere Oberfläche der Aluminiumoxidplatte
28 gedrückt. Ferner zeigt Fig. 3 eine Zuleitung 22 für Kühlwasser in die Form träger
12. Diese Zuleitung steht mit Kühlwasserkanälen 36 im Bereich der jeweiligen Gießformen
14 in Strömungsverbindung. Diese Kühlung ist eine Zusatzmaßnahme. denn die Formträger
12 werden.
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nach dem Kippen der fertigen Butzen durch Kühlluft aus dem Gebläse
gekühlt (Fig. 1).
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Wie bereits erwähnt, gestattet der »Köpfungsvorgang« kein lediglich
teilweises Füllen der Form. wenn Butzen geringerer Dicke hergestellt werden sollen.
Mit anderen Worten muß. unabhängig davon. welche Butzendicke angestrebt ist, jede
Gießform bis zum oberen Rand gefüllt werden. Es versteht sich. daß die erfindungsgemäße
schichtweise Formfüllung ein lediglich teilweises Füllen der Form nicht zuläßt.
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Geringere Butzendicken können jedoch dadurch hergestellt werden.
daß entsprechend F i g. 3 Gießformen 14 mit veränderbarem Volumen verwendet werden.
Soll die Produktion von Butzen mit geringerer Dicke als zuvor aufgenommen werden.
so wird eine bewegliche Platte 24 beispielsweise auf das in Fig. 3 linksseitig in
bezug auf die Gießform 14" gezeigte Niveau gebracht.
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Mit Hilfe einer durch einen Gewindeschaft 37 und eine Mutter 38 bezeichneten
Stellschraubeneinrichtung kann die gewählte Füllungshöhe fixiert werden.
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Da trotz des erfindungsgemäßen schichtweisen Abgießens eine zumindest
geringe Tiefung in der Oberfläche der erstarrten Butzen nicht gänzlich verhindert
werden kann, hat es sich als vorteilhaft herausgestellt, diese unvermeidliche Tiefung
in Richtung auf den Fließpreßstempel, also in Richtung auf die Butzenmitte zu richten.
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Dieses läßt sich durch Bombieren der Gießform erzielen, wie in F i
g. 3 der Gießform 14" dargestellt. Die dort gezeigte bombierte Gießform erteilt
der erstarrten Butze einen tellerförmigen Querschnitt, also einen Querschnitt mit
größter Dicke im Mittelbereich und abnehmender Dicke zur Peripherie. Die bombierten
Butzen werden heute bevorzugt benutzt, wobei das Sortieren direkt an der Fließpresse
durch geeignete Vorrichtungen erfolgt.
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Das erfindungsgemäße Verfahren kann kontinuierlich ablaufen, da die
auf dem Kettenförderer 5 hintereinander angeordneten Formträger 12 zumindest im
Füllbereich und insbesondere im Bereich der Gießöffnungen 18 so dicht aneinander
stehen. daß keine Schmelze in den Spalt zwischen benachbarten Formträgern eindringen
kann. Da die Formträger in dichtender Anlage an das Austrittsende der Gießöffnungen
18 gedrückt sind. sind diese Gießöffnungen so lange verschlossen.
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wie sich keine Gießform in ihrem Bereich befindet.
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In Fig.5 ist eine zweite bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen
Vorrichtung zum Gießen von Butzen aus Aluminium dargestellt.
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Auch diese zweite Ausführungsform umfaßt eine Gießrinne 2 und eine
ortsfeste Gießpfanne 4. Am Auslaßende der Gießrinne 2 bzw. deren Auslaßkanal ist
gleichfalls eine Einrichtung 3' zum Gewährleisten eines konstanten Schmelzenspiegels
in der ortsfesten Gießpfanne vorgesehen. Mit Hilfe dieser Einrichtung 3 wird gewährleistet.
daß der Schmelzenspiegel, wic in der Zeichnung dargestellt. im Betrieb stets höher
liegt als die im folgenden noch zu beschreibenden Gießform men 14.
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Bei der in Fig. 5 dargestellten zweiten Ausführungsform der erfindungsgemäßen
Vorrichtung sind die Gießformen 14 an der Unterseite einer antreibbaren
vorzugsweise
kreisförmigen Gießformplatte 38 ausgebildet. wobei die Gießformen 14 so in der Gießformenplatte
38 angeordnet sind, daß sie nach wenigstens einer Gießöffnung 18 ausgerichtet sind,
die in der Oberseite der Gießpfanne 4 ausgebildet ist. Es versteht sich, daß wie
bei der ersten Ausführungsform eine Vielzahl von Gießöffnungen 18 in Verbindung
mit einer Vielzahl von Gießformen 14 vorgesehen sein können. An der Gießpfanne 4
ist rings um deren Gießöffnung 18 gleichfalls eine Aluminiumoxid-Platte 28 vorgesehen.
an deren in der Zeichnung oberer Oberfläche die Unterseite der rotierenden Gießformplatte
38 reibend entlanggleitet.
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Wie in F i g. 5 dargestellt. ist ein Elektromotor 6 vorgesehen, der
über eine Kraftübertragungseinrichtung 39. wie eine Kette oder einen Keilriemen,
den Drehantrieb der Gießformplatte 38 hervorruft. Diese Gießformplatte besitzt eine
mitlaufende Deckplatte 40. Es versteht sich, daß lediglich zum Zwecke der einfacheren
Darstellung nur in der in F i g. 5 rechten Hälfte der Gießformplatte 38 eine Gießform
14 dargestellt ist. Tatsächlich sind die Gießformen 14 in wenigstens einer Reihe
ringförmig in der unteren Oberfläche der Gießformplatte 38 ausgebildet. Wie bei
der ersten Ausführungsform können auch die Gießformen 14 der in F i g. 5 dargestellten
Vorrichtung bombiert und einstellbar sein.
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d. h. über höhenverstellbare Bodenplatten verfügen.
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Zwischen der mitlaufenden Deckplatte 40 und der Gießformplatte 38
ist ein Kühlraum 41 vorgesehen. der.
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wie mit kleinen Pfeilen veranschaulicht. an einen Kühlwassereinlaß
und einen Kühlwasserauslaß angeschlossen ist.
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Wie ferner in F i g. 5 dargestellt. ist eine Antriebswelle 45 für
die drehbare Gießformplatte 38 mit Hilfe einer oberen Lagerschale 42 und einer unteren
Lagerschale 43 gelagert.
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Dcr mit Hilfe der in F i g. 5 dargestellten zweiten Ausführungsform
der Erfindung erzielbare Fortschritt ergibt sich in erster Linie aus der besseren
Entlüftung der Gießformen 14. da beim Eintreten der Schmelze von unten (steigender
Guß) die Luft mit Hilfe von nicht dargestellten kleinen Entlüftungsöffnungen leichter
nach oben aus der Gießform abführbar ist.
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Ferner ist bei der zweiten Ausführungsform keine Heizeinrichtung
für die Gießöffnung 18 erforderlich.
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weil die Aluminium-Schmelze in ihrem oberen Oberflächenbereich stets
heißer ist als in ihrem dem unteren Boden der Gießpfanne zugeordneten Bereich.
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Werden die Betriebskosten für die Produktion von 3000 t/lahr fertiger
Butzen unter Verwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens verglichen mit den Betricbskosten
für die Herstellung von Aluminiumbutzen durch Stanzen. so ergibt sich auf der Grundlage
des Prcisgefüges von 1983 eine Kostensenkung von ca. DM 500.- je Tonne. Ferner hat
sich herausgestellt. daß der Investitionsbedarf zur Realisierung einer Produktion
von 3000 t Butzen pro Jahr bei der Herstellung von gestanzten Butzen auf 4 300000.-
beläuft, wo hingegen die crfindungsgemäße Herstellung von gegossenen Butzen einen
Investitionsbedarf von 700000.- DM erfordert.
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