EP1428599A1 - Verfahren, Vorrichtungen und System zum Vergiessen von Metallschmelze und anderen fluiden Stoffen - Google Patents

Verfahren, Vorrichtungen und System zum Vergiessen von Metallschmelze und anderen fluiden Stoffen Download PDF

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EP1428599A1
EP1428599A1 EP03028431A EP03028431A EP1428599A1 EP 1428599 A1 EP1428599 A1 EP 1428599A1 EP 03028431 A EP03028431 A EP 03028431A EP 03028431 A EP03028431 A EP 03028431A EP 1428599 A1 EP1428599 A1 EP 1428599A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
pressure
melt
mold
molten metal
casting
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP03028431A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Friedhelm Prof. Dr.-Ing. Kahn
Herbert Smetan
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hydro Aluminium Deutschland GmbH
Original Assignee
Hydro Aluminium Deutschland GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
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Publication of EP1428599A1 publication Critical patent/EP1428599A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D17/00—Pressure die casting or injection die casting, i.e. casting in which the metal is forced into a mould under high pressure
    • B22D17/20—Accessories: Details
    • B22D17/30—Accessories for supplying molten metal, e.g. in rations
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D39/00—Equipment for supplying molten metal in rations
    • B22D39/06—Equipment for supplying molten metal in rations having means for controlling the amount of molten metal by controlling the pressure above the molten metal

Definitions

  • the invention relates to a method, a Device and one of such a device and a mold existing system with which melts or other fluids without unwanted Property changes from a reservoir removed, measured, and also over longer distances can be fed to a casting machine or mold.
  • the mechanized traditional handwork of the foundry at in an open atmosphere that for a cast required melt quantity taken from the furnace and with free-falling pouring stream into the mold or casting machine is emptied.
  • Process disturbances are caused by the increased formation of oxides and hydrogen absorption due to the excessive melt temperature required as well as buildup and contamination of the flow paths for the Melt inevitable.
  • the contaminants become common dragged into the cast structure and affect the Product quality.
  • Die Giesserei magazine, 49th year (1962), number 14, Pp. 394 - 395 describes a method for automatic Metal loading with a hanging on a trolley Dosing and transport crucibles with bottom stopper closures, the one for dosing into the melt bath of a furnace is immersed. For filling and emptying the crucible the stopper valve is actuated. Here too must the dosing accuracy with the help of a float be improved.
  • the disadvantage of this system is that lack of process reliability of the plug valve and Fluctuations in temperature and dosing accuracy as a result of metal buildup and leakage and not Finally, a lot of effort and wear on mechanical Components.
  • the object of the present invention is to provide a simple reliable and flexible process create, which the described shortcomings more conventional Methods with the use of additional mechanical Components and seals for the melt overcomes and also opens up new opportunities Mold filling and solidification process in the mold optimize.
  • the above task is accomplished by a Device for pouring molten metal into a Casting mold solved with a pressure chamber attached to a Pressure supply is connected and an inflow opening for the molten metal, and with a pouring tube is equipped, the inflow opening in the pressure chamber is arranged.
  • the invention is based on the idea that in one gas-tight to the environment in the casting operation to regulate the pressure in the sealed-off pressure chamber in such a way that the melt volume entering the mold is exactly quantified. So you can by variation the pressure in the pressure chamber during the casting process regulate the fill level in the casting chamber precisely. Through the associated with a pressure increase and the due to pressure reduction in the pressure chamber occurring increase in the melt game gel can in volume flow entering the pouring tube can be influenced. The result is an optimal filling of the Casting mold and an equally optimal portioning of the Ensure the amount of melt applied in each case.
  • the invention enables filling the mold in such a way that when pouring Molten metal, in which the casting molds on a Melt supply can be connected ("Contact casting"), after the filling process in By closing the melt feed to the bottom Dreaded so-called “filling shock” comes.
  • Contact casting a Melt supply can be connected
  • the inflow opening of the pouring tube in one certain height above the bottom of the print room is arranged, the molten metal as a result of Pressure increase before opening the inflow opening of the Pouring tube below the level of the inflow opening is pressed.
  • the invention makes it possible during the Melt feed the flow rate independently to regulate the acceleration of gravity.
  • it according to the invention provided the pressure in the Pressure chamber while the molten metal flows in to regulate the pouring tube.
  • the pressure is controlled preferably depending on the actual flow velocity recorded the one flowing through the pouring tube Molten metal.
  • Another one to avoid the filling shock is a particularly advantageous embodiment of the invention characterized in that when a Minimum level in the mold is a gas cushion is built up in operative connection with that in the Casting mold filled melt volume stands.
  • This Gas cushion springs onto the one filled in the mold Melt pressure fluctuations, so that on the one hand ensures a uniform mold filling is and on the other hand with the filling of the form onset of solidification processes not caused by sudden Pressure surges are disrupted.
  • This configuration proves to be particularly favorable in connection with the also provided according to the invention Possibility of printing in the pressure room before closing to increase the inflow opening of the pouring tube in such a way that the level of the melt present in the pressure chamber is below the level of the inflow opening. Through this Possibility to ensure that the Inlet opening of the pouring tube free of molten metal is before the inlet opening is closed. Nice in this way there is a risk of developing a Pressure surge when closing the opening clearly reduced. By accompanying the pressure increase too another pressure pad in the mold is relieved of pressure, it is ensured that in the Entrance area of the pouring tube itself a gas cushion which forms each of the locking mechanisms cushioning outgoing pressure surge before it melts reached.
  • Adverse reactions of the melt with that in the pressure chamber existing atmosphere can be known in a known Solve way by being in the pressure room a gas to be introduced with regard to the molten metal intermittent gas is used. Suitable are, for example, nitrogen, argon alone or as a mixture.
  • a stratified filling without disturbance already filled Areas of the mold can be created that the position of the outflow opening of the pouring tube in the Casting mold while molten metal flows in is changed. This can be the height of the outflow opening above the bottom of the mold.
  • the pressure space of the surrounding atmosphere can also prevent the pressure chamber and the Casting mold before pouring the molten metal with a inert gas are flooded, which is the previous one existing atmosphere from the mold and the pressure chamber flushes.
  • the method according to the invention is particularly suitable for the casting of molten metal, especially of on aluminum or magnesium-based melts.
  • the pressure space preferably formed in a housing that in the area of its floor or that adjacent to the floor Wall areas has the inflow opening and that over the the end of the pouring tube having the inflow opening is put up.
  • This configuration makes it possible simple way to melt the pressure chamber below Maintaining its gas-tight foreclosure to the environment.
  • the inflow opening can be formed by the bottom of the housing is fully open so that melt over one large floor opening can flow into the pressure chamber.
  • a heater may be provided.
  • the invention can also be used if the Pressure chamber is assigned to a low pressure casting furnace. In this case, the invention can be used for exact, trouble-free dosing of molten metal and its Transport can be used.
  • the mold a Has level detection device.
  • This Level detection device is preferred with a control device that couples when reached a minimum level of pressurized gas in the Casting mold flows in there against the melt to produce acting gas pressure cushion, and that in the Mold formed gas pressure pads relieved of pressure, if the target level in the mold has been reached.
  • the advantages of the present invention extend first on maintaining the metallurgical quality of the Melt when dosing and transporting.
  • the advantages of the present invention extend first on maintaining the metallurgical quality of the Melt when dosing and transporting.
  • Through the Melt guidance in the closed inert gas system all harmful influences in the free fall of the Melt blasting in the atmosphere or when flowing in one open channel, in the first place oxide formation and Hydrogen uptake, switched off. Furthermore, the adverse temperature loss during melt transport prevented and those required in the prior art Overheating can be avoided.
  • the closed inert gas system enables through the Gas recovery also the use of more expensive gases such as B. Argon.
  • gases such as B. Argon.
  • magnesium alloys be used economically.
  • the improvement of the Metering accuracy eliminates the scatter with the state of the art, increases process reliability and enables significant material savings.
  • a particular advantage is also when transporting the Melt from the dosing vessel into the pouring pool Casting mold, casting machine or the shot chamber of one Die casting machine to see.
  • the out of the spout the melt that emerges first closes the lower one Pipe mouth against the atmosphere, so now the Flow rate regardless of the Acceleration of fall is regulated solely by gas pressure can be.
  • the new one opens Procedures important ways by tracking the Outflow pipe mouth with the rising melt level one new layered filling of mold and casting machine achieve and improve the casting process overall. So the melt is the shortest route during the mold filling process promoted and the subsequent solidification process in Optimized in terms of a controlled solidification. So that can component quality increases, process reliability increased and the overall economy improved become.
  • FIG. 1 shows a vessel 1 with a tightly connected lid 2, from which an outer Pipe 3 down to the bottom of the vessel at a distance Annular gap 8 leads.
  • this outer tube 3 protrudes from below that with the bottom of the vessel is also height adjustable (not shown) connected inner tube 4, the upper Mouth 7 defines the dosing level and its lower mouth 9 for filling the vessel 1 in one Melt stock 10 immersed.
  • the height adjustability of the inner tube 4 creates the possibility that To change the dosage quantity.
  • In the upper part of the vessel 1 are rooms 11 and 12 during operation with gas filled, its pressure control via connections 5 and 6 the melt level required for dosing established.
  • the vessel 1 can also in the conventional manner of be heated outside. Furthermore, for further Protection (redundancy) of the gas pressure control level probes 13, 14 are attached.
  • the gas pressure in room 11 of the Vessel increases, causing the melt through the annular gap 8 and the upper mouth 7 of the tube 4 flows out. Since the first leaked melt in the casting mold or machine the pipe mouth 9 against air access closes, the emptying rate of the Vessel 1 regardless of the acceleration of gravity over the Pressure in room 11 can be regulated.
  • the end of the Melt dosing from vessel 1 through the annular gap 8 in the gas bubbles emerging from the room 12 produce a Discontinuity in the pressure curve and can be considered by the regulator Signal used to end the dosing process become.
  • FIG. 2 shows schematically a stationary dosing device in connection with a low pressure furnace works.
  • the lid of the Low-pressure furnace 1 guides the riser pipe in a height-adjustable manner 2, the upper end with a gas pressure connection 3 is closed.
  • a inclined metering tube 4 connected to the Flow openings 5 and 6 are located at the ends.
  • the lower flow opening 6 opens into the vessel 7 with the Gas pressure connection 8. This is in vessel 7 Outflow pipe 9, the lower mouth 10 in the illustrated Fall into the shot chamber 11 of a cold chamber die casting machine protrudes.
  • the metering tube 4 and the vessel 7 heaters installed his.
  • the gas pressure in the low-pressure furnace becomes the functional sequence 1 increased.
  • the melt rises in the riser pipe 2 a level that is in the range of half the height of the Flow opening 5 is.
  • the melt fills it Metering tube 4 and passes through the flow opening 6 in Vessel 7 to a level that corresponds to that in the Flow opening 5 communicates.
  • the gas from the metering tube 4 on the open gas pressure connection 3 in the not shown Pressure control system escape.
  • the gas pressure in the Low pressure furnace 1 slightly reduced, the melt in Riser pipe 2 falls below the lower edge of the Flow opening 5, which is the desired dosing quantity reached.
  • the metered melt is replaced by a Gas pressure increase via connection 3 through the vessel 7 and the outlet pipe 9 in the shot chamber 11 of the Die casting machine transported.
  • a Gas pressure increase via connection 3 through the vessel 7 and the outlet pipe 9 in the shot chamber 11 of the Die casting machine transported.
  • the vessel 7 and the Outflow pipe 9 and the shot chamber 11 with protective gas be flooded, with a seal 13 between the outflow pipe 9 and the shot chamber 11, for example is possible with a bellows.
  • the latter appears especially with a forced ventilation of the mold, e.g. B. Vacural method, advantageous.
  • the low-pressure furnace 1 is filled up conventional way after removing its lid. at the device according to the invention is also the Possibility to use the furnace after immersing the pipe mouth 10 into an external melt stock using the Refill gas pressure control.
  • FIG 3 shows the principle of an as an example Gas pressure control for the method according to the invention Protective gas recovery.
  • Fig. 4 the new dosing method is shown in Connection with a mold for the rational Multiple cast shown as an example.
  • the dosing vessel 1 1 is with a defined Melting quantum for the simultaneous casting of for example 16 carrier plates in the mold 2 with the Mold cavities 5 filled.
  • the melt flows into the bottom region of the casting mold 2 from vessel 1 into the central feeder 3 and from there via the vertical slot gates 4 at the same time into the 16 cavities 5 of the casting mold 2 follows the rising with its pipe mouth 9 Melt level in mold 2 upwards, however the pipe mouth 9 always a short distance below the Melt surface is held.
  • a layered mold filling can be achieved in addition to a further flow through the turbulence-free inflow avoids deeper already filled areas and so ideal conditions for the subsequent controlled solidification process creates.
  • After finished It is mold filling and removal of the metering vessel 1 possible to cover the central dining spout 3 and in the sealed room above the gas pressure with the goal an improvement in food efficiency.
  • the compact mold package in a simple manner from the circumference towards the feeder 3 as a thermal center in a known manner (cf. DE PS 2646060 C3) Install cooling elements, one largely controlled solidification with reduced cycle times cause.
  • lost foam casting for example Outflow opening 9 in Fig. 1 in the bottom region of the brought central feeder 3 of FIG. 4 and the increasing melting level, whereby here lost model a recess corresponding to tube 4 having.
  • the layered mold filling also avoids here all turbulence and achieved an even Model gasification from bottom to top.
  • the feed gate 3 can also be used with others known methods, for example using the low-pressure casting process, be filled from below.
  • FIG. 5 is the basic structure of a further variant a device 100 according to the invention.
  • a trough-shaped Intermediate vessel 101 is provided, which does not have a shown riser pipe with one also not shown conventional low-pressure melting furnace connected is. It also has an opening in the bottom of the intermediate vessel 101, the end section of a pouring tube 102 led that with its other end one here also not shown mold is assigned.
  • the Inlet opening 103 of the pouring tube 102 is in one Distance A above the bottom of the intermediate vessel 101 positioned.
  • Pouring tube 102 is a cuboid housing 104 with an open bottom.
  • the Side walls of the housing 104 are spaced from Pouring tube 102 positioned.
  • the bottom of the Sidewalls at a distance from the bottom of the intermediate vessel 101 arranged. This way is between the bottom of the Intermediate vessel 101 and the lower edge of the housing 104 a circumferential, slot-shaped inflow opening 104a formed over the inflowing into the intermediate vessel 101
  • Metal melt M flows into the housing 104.
  • the distance A, with which the inlet opening 103 of the pouring tube 102 is arranged above the bottom of the intermediate vessel 101, is greater than the height a of the inflow opening 104a.
  • Gas pressure line 106 led, the mouth just below the ceiling 105 is arranged.
  • the gas pressure line 106 is connected to a gas supply, not shown.
  • control device 107 pressurized gas in the from the housing 104 enclosed pressure chamber 108 passed or from this be sucked off.
  • Argon is used as the gas, which is inert towards the molten metal.
  • the from the melting furnace, not shown, in the Intermediate vessel 101 conducted molten metal, in which it in the described embodiment is a Aluminum-based light metal melt via the inflow opening 104a into the housing 104 pressure space 108 enclosed on the side and from above.
  • molten metal in which it in the described embodiment is a Aluminum-based light metal melt via the inflow opening 104a into the housing 104 pressure space 108 enclosed on the side and from above.
  • the height of the inflow opening 104a is that of the housing 104 enclosed space gas-tight to the environment foreclosed.
  • the filling of the intermediate vessel 101 is however, only completed when a melting target is reached is reached, which is above the level of the entrance opening 103 of the pouring tube 102.
  • FIG. 6a to 6p in different System 200 shown for operating conditions for potting from aluminum-based melt to engine blocks an intermediate vessel 201, one with the intermediate vessel 201 connected pouring tube 202, a pressure chamber 203, one with the gas supply 204 connected to the pressure chamber, a Mold 205, a second connected to the mold 205 Gas supply 206, a first level meter 207 and a second level meter 208.
  • the intermediate vessel 201 is connected via a riser pipe, not shown, to a low-pressure melting furnace, also not shown. It is trough-shaped and is sealed off essentially gas-tight from the surroundings by a cover 201a. During the casting operation, an N 2 atmosphere which is inert with respect to the cast aluminum alloy is maintained in the intermediate vessel 201 during the casting operation above the metal melt M passed into the intermediate vessel.
  • the end section of the Pouring tube 202 is in the from the tundish 201 enclosed space so that the end of this End portion formed inlet opening of the pour tube 202 corresponding to that shown in FIG. 5 Embodiment at a distance from the bottom of the Intermediate vessel 201 is arranged.
  • the pressure chamber 203 is formed in a housing, the Bottom, as shown in Fig. 5 Embodiment, open and about in the End portion of the pouring tube 202 projecting between the intermediate vessel 201 is put up. Also corresponding to that in FIG. 5 illustrated embodiment is the bottom of the Pressure chamber 203 at a distance from the bottom of the tundish 201 arranged so that between the bottom of the Housing and the bottom a slot-like all-round Inflow opening for those directed into the tundish Metal melt M is formed.
  • Example may be that connected to the pressure chamber 203 Gas supply 204 into the pressure chamber 203 a compressed gas directed or sucked out of it to the in the Pressure chamber to vary prevailing pressure.
  • compressed gas argon is used here.
  • Plug rod 209 By means of the cover of the pressure chamber 203 and the Cover 201a of the intermediate vessel 201 guided Plug rod 209 can be the inlet opening of the pouring tube 202 released or closed.
  • the Plug rod 209 by means of a not shown Actuator in a manner known per se raised or with its end on the inlet opening the pouring tube 202 set.
  • the mold 205 is described in here Embodiment designed as a core package in which in the engine block to be cast in a rotary casting process is produced. It is by means of a not shown Transport device in a manner known per se to the Intermediate vessel 201 docked.
  • the pour tube is immersed 202 into a feed section 205a of the mold.
  • the Feeder section 205a is designed as a chamber which one formed in the area of the lid of the mold 205 Insertion opening for inserting the pouring tube 202 and a formed near the bottom of the mold 205 Outflow opening 205b through which the Feeder section 205a with the engine block to be cast imaging mold cavity 205c of the mold 205 connected is.
  • the mold cavity 205c is in the bottom the mold sump 206d associated with the mold 205 and divided an area above, in which the to pouring engine block is molded. After completing the Inserting the pour tube 202 into the feeder section 205a the insertion opening is essentially gas-tight sealed off from the environment.
  • About the second Gas supply 206 can also use argon as pressurized gas the dining room surrounded by the feeder section 205a be directed.
  • the space surrounded by the feed section 205a be relieved of pressure.
  • the first level meter 207 has two sensors 207a and 207b, which are in the region of half the height of the Feeder section 205a are positioned and the Detect the fill level of the melt in the feeder section. If the fill level is approximately half the level of the Feeder section 205a enclosed space, so there Level meter 207 from a corresponding signal.
  • the second level meter 208 directs a laser beam on one molded into the lid of the mold 205 Opening.
  • the level meter 208 has one Sensor on that of the in the mold cavity 205c incoming molten metal M reflected beam detected. In this way, the level meter delivers 208 ongoing information about the current fill level the mold 205 in the area of the mold cavity 205c. Becomes reached the maximum level at which the mold cavity 205c is completely filled with melt M, so there is second level meter a corresponding signal.
  • the mold 205 After undocking, the mold 205 becomes in itself rotates in a known manner, so that the solidification of the Melt takes place at the top of the melt sump 205d.
  • the overall favorable casting conditions according to the Invention provide an optimal basis for good ones Casting quality with minimal waste high productivity at the same time. Because front and back the mold segments form the shaping cavity the overall mold production is also clear rationalized.
  • the invention thus provides a method for filling Casting molds and casting machines with liquid material for Available, in which a gas-tight system with a its upper and lower interior Flow opening with the help of gas pressure control filled with melt outside a melting furnace, by lowering the melt level below the upper one Flow opening quantifies the melt volume and then the amount of melt through the lower and upper flow opening in a mold or Casting machine over a substantially vertical Discharge pipe is emptied.
  • the opening of the discharge pipe at the bottom can through a backlog of the first in the mold or Casting machine sealed gas-tight become.
  • cooling elements can be steered Solidification can be used.
  • the melt inflow is controlled by the gas pressure in the Mold or shot chamber regulated.
  • the dosing devices according to Fig. 1 and Fig. 2 and molds connected to them (FIG. 4) or Die casting machine shot chambers 11 (Fig. 2) can flood with inert gas to drive off atmospheric oxygen.
  • the low pressure casting furnace of Fig. 2 can by Dosing system 2, 4, 7 and 9 refilled with melt become.
  • the gas pressure supply system according to FIG. 3 receives its original gas filling via numerous dosing and Casting cycles. Only those that occur in dosing Leakages must be added.
  • the inventive device for performing the The process is characterized in that in the two-part sealed melt vessel of FIG. 1 that outer tube 3 is connected to the cover 2 and one Room 12 forms, which is connected to a gas pressure regulator is that the second gas pressure chamber 11 also has a Has gas pressure regulator connection and that in the floor area of the melting vessel 1, the inner tube 4 is attached.
  • the outer tube 3 in the area of his upper end a level sensor 14 and the inner tube 4th a level sensor 13 in the area of its lower end have and in the bottom region of the melt vessel 1 be height-adjustable fixed.
  • 1 is the wall of the melting vessel 1 or Interior with means for melting heating equipped.
  • a mold used according to the invention for Carrying out the method is characterized in that in an annular molding box 2 according to FIG. 4 numerous shape segments with their front and back sides form the mold cavities 5 that over the Slot gates 4 from the central feed gate 3 be filled in layers at the same time, with the Melt flows from the metering vessel 1 without turbulence.
  • the shape can with a seal for gas pressurization be provided.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Casting Support Devices, Ladles, And Melt Control Thereby (AREA)

Abstract

Die Erfindung stellt ein einfaches, prozesssicheres und dabei flexibles Verfahren zur Verfügung, welches die Mängel herkömmlicher Methoden mit dem Einsatz zusätzlicher mechanischer Komponenten und Abdichtungen für die Schmelze überwindet und darüber hinaus neue Möglichkeiten eröffnet, den Formfüll- und Erstarrungsvorgang in der Gießform zu optimieren. Zu diesem Zweck schlägt die Erfindung ein Verfahren zum Vergießen einer Metallschmelze in eine Gießform vor, dass die Schritte Zuleiten der Metallschmelze zu einem Druckraum, in dem die in diesem Betriebszustand geschlossene Einströmöffnung eines zu der jeweiligen Gießform führenden Gießrohrs positioniert ist, Erhöhen des Drucks in dem Druckraum derart, dass die Einströmöffnung des Gießrohrs frei von Metallschmelze gehalten wird, Öffnen der Einströmöffnung, Absenken des Drucks in dem Druckraum derart, dass Metallschmelze in das Gießrohr einströmt und die Gießform füllt, Verschließen der Einströmöffnung nach einer für die Befüllung der Gießform mit Metallschmelze ausreichenden Dauer, umfasst. <IMAGE>

Description

Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren, eine Vorrichtung und ein aus einer solchen Vorrichtung und einer Gießform bestehendes System, mit denen Schmelzen oder andere fluide Stoffe ohne unerwünschte Eigenschaftsänderungen aus einem Vorratsbehälter entnommen, abgemessen, und auch über größere Wegstrecken einer Gießmaschine oder Gießform zugeführt werden können.
Aus der Praxis des Metallgießens sind eine Vielzahl unterschiedlicher Beschickungseinrichtungen bekannt (vergl. E. Brunhuber und S. Hasse, Gießereilexikon, Verl. Schiele und Schön, Berlin 2001, S. 137 - 139).
Hierzu zählen einerseits Schöpflöffel und Tauchtiegel mit Bodenverschluss. Bei diesen Vorrichtungen ist die traditionelle Handarbeit des Gießers mechanisiert, bei der an offener Atmosphäre das für einen Guss erforderliche Schmelzequantum dem Ofen entnommen und mit frei fallendem Gießstrahl in die Form oder Gießmaschine entleert wird. Dabei sind Prozessstörungen durch die verstärkte Bildung von Oxiden und Wasserstoffaufnahme infolge der erforderlichen überhöhten Schmelzetemperatur sowie Anhaftungen und Verschmutzung der Fließwege für die Schmelze unvermeidbar. Die Verunreinigungen werden häufig in das Gussgefüge eingeschleppt und beeinträchtigen die Produktqualität.
Zusätzlicher Aufwand muss zur Verbesserung der Dosiergenauigkeit mit dem Einsatz von Schwimmern oder Niveaufühlern zur Kontrolle des sich verändernden Badspiegels im Warmhalteofen getrieben werden.
Die Zeitschrift Giesserei, 49. Jahrgang (1962), Heft 14, S. 394 - 395 beschreibt ein Verfahren zur automatischen Metallbeschickung mit einem an einer Laufkatze hängenden Dosier- und Transporttiegel mit Boden-Stopfenverschluss, der zum Dosieren in das Schmelzebad eines Ofens eingetaucht wird. Zum Füllen und Entleeren des Tiegels erfolgt die Betätigung des Stopfenventils. Auch hier muss die Dosiergenauigkeit mit Hilfe eines Schwimmers verbessert werden. Nachteilig bei diesem System ist die mangelnde Prozesssicherheit des Stopfenventils sowie Schwankungen bei der Temperatur und der Dosiergenauigkeit infolge von Metallanhaftungen und Leckagen und nicht zuletzt ein hoher Aufwand und Verschleiss an mechanischen Komponenten.
Bei den Dosieröfen andererseits wird für den Schmelzetransport über Steigrohr und angeschlossene offene Rinne im großen Ofenvolumen der Gasdruck im Dosiertakt variiert. Dies führt zunächst zu einem erheblichen Gasverbrauch und Aufwand bei der Gasdrucksteuerung. Das fließende Schmelzequantum wird hier über die Zeit gesteuert, was erfahrungsgemäß erhebliche Schwankungen verursacht.
Bei den Dosiergefäßen im Schmelzebad des Ofens ist die Qualitätsbeeinträchtigung der Schmelze durch hohe Temperaturen und Fließen an offener Atmosphäre ebenfalls unvermeidlich.
Das Verfahren nach DE 19821946 A1 versucht, diese Nachteile zu beheben, muss jedoch auf aufwändige Zusatz-Komponenten wie Schieberventil, kippbare Quantifizierbehälter oder Steigrohre zurückgreifen und kann einen frei fallenden Gießstrahl der Schmelze an Luft vor Eintritt in die Form oder Gießmaschine nicht vollständig vermeiden.
Im Hinblick auf die Formfüll- und Erstarrungsvorgänge in der Gießform wird bei den bekannten Dosiermethoden auf die herkömmlichen Abläufe des Druck- oder Schwerkraftgießens zurückgegriffen.
Bei allen derzeit im Einsatz befindlichen Verfahren und Vorrichtungen zum automatischen Dosieren und Transportieren von Schmelzen im rauhen Gießereibetrieb an offener Atmosphäre ist die Qualität des Produktionswerkstoffs unbefriedigend, der Aufwand bei den Anlagen erheblich, was insgesamt zu eingeschränkter Prozesssicherheit, Anlagenverfügbarkeit und Wirtschaftlichkeit führt.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein einfaches, prozesssicheres und dabei flexibles Verfahren zu schaffen, welches die geschilderten Mängel herkömmlicher Methoden mit dem Einsatz zusätzlicher mechanischer Komponenten und Abdichtungen für die Schmelze überwindet und darüber hinaus neue Möglichkeiten eröffnet, den Formfüll- und Erstarrungsvorgang in der Gießform zu optimieren.
Verfahrensmäßig wird diese Aufgabe durch ein Verfahren zum Vergießen einer Metallschmelze in eine Gießform gelöst, dass folgende Schritte umfasst:
  • Zuleiten der Metallschmelze zu einem Druckraum, in dem die in diesem Betriebszustand geschlossene Einströmöffnung eines zu der jeweiligen Gießform führenden Gießrohrs positioniert ist,
  • Erhöhen des Drucks in dem Druckraum derart, dass die Einströmöffnung des Gießrohrs frei von Metallschmelze gehalten wird,
  • Öffnen der Einströmöffnung,
  • Absenken des Drucks in dem Druckraum derart, dass Metallschmelze in das Gießrohr einströmt und die Gießform füllt,
  • Verschließen der Einströmöffnung nach einer für die Befüllung der Gießform mit Metallschmelze ausreichenden Dauer.
Gemäß einer alternativen Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die oben genannte Aufgabe auch durch ein Verfahren zum Vergießen einer Metallschmelze in eine Gießform gelöst, das folgende Schritte umfasst:
  • Zuleiten der Metallschmelze zu einem Druckraum, in dem die Einströmöffnung eines zu der jeweiligen Gießform führenden Gießrohrs positioniert ist,
  • Ändern des in das Gießrohr einströmenden Metallschmelzenstroms durch Variieren des in der Druckkammer herrschenden Drucks.
Selbstverständlich lassen sich die beiden Varianten des erfindungsgemäßen Verfahrens auch miteinander kombinieren.
Ebenso wird die voranstehend genannte Aufgabe durch eine Vorrichtung zum Vergießen von Metallschmelze in eine Gießform gelöst, die mit einem Druckraum, der an eine Druckversorgung angeschlossen ist und eine Zuströmöffnung für die Metallschmelze aufweist, und mit einem Gießrohr ausgestattet ist, dessen Einströmöffnung in dem Druckraum angeordnet ist.
Des Weiteren besteht eine Lösung der voranstehend genannten Aufgabe in einem System zum Vergießen von Metallschmelze umfassend eine erfindungsgemäß ausgebildete Vorrichtung zum Vergießen der Metallschmelze und eine Gießform, die mit einer Gasversorgung verbunden ist.
Der Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, den in einem gegenüber der Umgebung im Gießbetrieb gasdicht abgeschotteten Druckraum herrschenden Druck so zu regeln, dass das in die Gießform gelangende Schmelzenvolumen exakt quantifiziert ist. So lässt sich durch Variation des Drucks in der Druckkammer während des Gießvorgangs der Füllstand in der Gießkammer genau regeln. Durch die mit einer Druckerhöhung einhergehende Absenkung und die durch bei Druckverminderung in der Druckkammer eintretende Erhöhung des Schmelzenspielgels kann der in das Gießrohr eintretende Volumenstrom beeinflusst werden. Im Ergebnis lässt sich so eine optimale Füllung der Gießform und eine ebenso optimale Portionierung der jeweils ausgebrachten Schmelzenmenge gewährleisten.
Gleichzeitig ermöglicht es die Erfindung, die Befüllung der Gießform so durchzuführen, dass es beim Vergießen von Metallschmelze, bei dem die Gießformen an eine Schmelzenzuführung angeschlossen werden ("Kontaktgießen"), nach Beendigung des Füllvorgangs im Zuge des Schließens der Schmelzenzuführung zu dem unter Gießern gefürchteten, so genannten "Füllschock" kommt. Bei herkömmlichen Kontakt-Gießvorrichtungen löst das Verschließen der Schmelzenzuführung einen kurzen Druckstoß aus, der die Qualität des Gießergebnisses entscheidend negativ beeinflussen kann.
Gemäß einer besonders praxisgerechten Ausgestaltung der Erfindung ist die Einströmöffnung des Gießrohres in einer bestimmten Höhe über dem unteren Rand des Druckraums angeordnet ist, wobei die Metallschmelze in Folge der Druckerhöhung vor dem Öffnen der Einströmöffnung des Gießrohrs unterhalb des Niveaus der Einströmöffnung gedrückt wird.
Dabei ermöglicht es die Erfindung, während der Schmelzenzuführung die Fließgeschwindigkeit unabhängig von der Fallbeschleunigung zu regeln. Zu diesem Zweck ist es erfindungsgemäß vorgesehen, den Druck in der Druckkammer während des Einströmens der Metallschmelze in das Gießrohr zu regeln. Die Druckregelung erfolgt dabei bevorzugt in Abhängigkeit von der jeweils erfassten Ist-Fließgeschwindigkeit der durch das Gießrohr strömenden Metallschmelze.
Alternativ oder ergänzend zu einer Regelung der Füllgeschwindigkeit über den im Druckraum herrschenden Druck kann die Flißegeschwindigkeit durch das Gießrohr auch dadurch geregelt werden, dass der im Formhohlraum der Gießform herrschende Druck entsprechend den jeweiligen Anforderungen variiert wird.
Eine weitere hinsichtlich der Vermeidung des Füllschocks besonders vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass bei Erreichen eines Mindestfüllstandes in der Gießform ein Gaspolster aufgebaut wird, das in Wirkverbindung mit dem in die Gießform eingefüllten Schmelzenvolumen steht. Dieses Gaspolster federt auf die in die Gießform eingefüllte Schmelze wirkende Druckschwankungen ab, so dass einerseits eine gleichmäßige Formfüllung gewährleistet ist und andererseits die mit der Befüllung der Form einsetzenden Erstarrungsprozesse nicht durch plötzliche Druckstöße gestört werden.
Die Gefahr des Auftretens eines Füllschocks kann dadurch weiter minimiert werden, dass bei Erreichen eines Sollfüllstandes der Gießform das Druckpolster entlastet wird. Besonders günstig erweist sich diese Ausgestaltung in Verbindung mit der erfindungsgemäß ebenso vorgesehenen Möglichkeit, den Druck im Druckraum vor dem Verschließen der Einströmöffnung des Gießrohrs derart zu erhöhen, dass das Niveau der in dem Druckraum vorhandenen Schmelze unter dem Niveau der Einströmöffnung liegt. Durch diese Möglichkeit lässt sich sicherstellen, dass die Eintrittsöffnung des Gießrohres frei von Metallschmelze ist, bevor die Eintrittsöffnung verschlossen wird. Schon auf diese Weise ist die Gefahr der Entstehung eines Druckstoßes beim Schließen der Öffnung deutlich vermindert. Indem einhergehend mit der Druckerhöhung auch noch ein in der Gießform vorhandenes Druckpolster druckentlastet wird, ist sichergestellt, dass sich im Eingangsbereich des Gießrohrs selbst ein Gaspolster bildet, welches jeden von dem Schließmechanismus ausgehenden Druckstoß abfedert, bevor er die Schmelze erreicht.
Unerwünschte Reaktionen der Schmelze mit der im Druckraum vorhandenen Atmosphäre lassen sich in an sich bekannter Weise dadurch lösen, dass als in den Druckraum einzuleitendes Gas ein hinsichtlich der Metallschmelze sich intert verhaltendes Gas verwendet wird. Geeignet sind dazu beispielsweise Stickstoff, Argon alleine oder als Gemisch.
In praxisgerechter Ausführung der Erfindung wird die Metallschmelze in ein Zwischengefäß geleitet, mit dem der Druckraum verbunden ist. Die der Gießform zugeordnete Abströmöffnung des Gießrohrs in der Gießform wird dabei bevorzugt so positioniert, dass die Abströmöffnung durch einen Rückstau der zuerst in die Gießform austretenden Schmelze gasdicht verschlossen wird. Die Gasdichtheit des Druckraums ist so auf besonders einfache Weise gewährleistet.
Eine schichtende Befüllung ohne Störung bereits gefüllter Bereiche der Gießform lässt sich dadurch bewerkstelligen, dass die Position der Abströmöffnung des Gießrohrs in der Gießform während des Einströmens von Metallschmelze verändert wird. Dazu kann die Höhe der Abströmöffnung über dem Boden der Gießform verändert werden.
Um einen Kontakt der Schmelze mit in der Gießform oder dem Druckraum vorhandener Umgebungsatmosphäre zu verhindern, kann des Weiteren der Druckraum und die Gießform vor dem Abgießen der Metallschmelze mit einem inerten Gas geflutet werden, das die jeweils zuvor vorhandene Atmosphäre aus der Gießform und dem Druckraum spült.
Besonders geeignet ist das erfindungsgemäße Verfahren für das Vergießen von Leichtmetallschmelze, insbesondere von auf Aluminium- oder Magnesium-basierenden Schmelzen.
Bei einer erfindungsgemäßen Vorrichtung ist der Druckraum bevorzugt in einem Gehäuse gebildet, das im Bereich seines Bodens oder der an den Boden angrenzenden Wandbereiche die Zuströmöffnung aufweist und das über das die Einströmöffnung aufweisende Ende des Gießrohres gestülpt ist. Diese Ausgestaltung ermöglicht es auf einfache Weise, die Schmelze dem Druckraum unter Aufrechterhaltung seiner gasdichten Abschottung gegenüber der Umgebung zuzuführen. Die Zuströmöffnung kann dabei dadurch gebildet sein, dass der Boden des Gehäuses vollständig geöffnet ist, so dass Schmelze über eine große Bodenöffnung in den Druckraum strömen kann.
Zweckmäßiger Weise sollte die Mündung der Zuleitung der Gasversorgung in einem höher als die Zuströmöffnung liegenden Bereich des Gehäuses angeordnet sein, um eine unerwünschte Mischung von Gas und Schmelze sowie die Entstehung von ebenso unerwünschten Strömungen im Druckraum zu vermeiden.
Um ein Einfrieren der Schmelze und ähnliche störende Einflüsse während des Gießens zu vermeiden, kann bei einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Beheizen ihrer mit der Metallschmelze in Berührung kommenden Bauelemente eine Heizung vorgesehen sein.
Die Erfindung lässt sich auch dann nutzen, wenn der Druckraum einem Niederdruckgießofen zugeordnet ist. In diesem Fall kann die Erfindung zum exakten, störungsfreien Dosieren von Metallschmelze und deren Transport genutzt werden.
In der Praxis lässt sich die Ausbildung eines Gießpolsters in der Gießform auf einfache Weise dadurch bewerkstelligen, dass die Gießform einen Speiserabschnitt besitzt und dass die Gasversorgung an den Speiserabschnitt angeschlossen ist. Über den Speiserabschnitt erfolgt die Befüllung der Gießform in der Regel in einer Weise, dass der Speiserbereich selbst nur über einen Abfluss mit dem Hohlraum verbunden ist, in dem das eigentliche Gussstück abgebildet wird. Mit dem Speiser steht somit ein definierter Raum zur Verfügung, in dem bei geeigneter Abdichtung das Gaspolster problemlos gebildet werden kann. Das Gaspolster kann dabei dazu genutzt werden, die im Speiser enthaltene Schmelze in die Gießform zu drücken. Im Ergebnis wird so zusätzlich die Ausnutzung des in die Gießform gegebenen Schmelzenvolumens verbessert.
Um auch die Befüllung und Entleerung der Gießform mit bzw. von Druckgas automatisiert durchführen zu können, ist es gemäß einer weiteren Variante der Erfindung vorgesehen, dass die Gießform eine Füllstandserfassungsvorrichtung aufweist. Diese Füllstandserfassungsvorrichtung ist dabei bevorzugt mit einer Steuereinrichtung verkoppelt, die bei Erreichen eines Mindestfüllstands druckbeaufschlagtes Gas in die Gießform einströmen lässt, um dort ein gegen die Schmelze wirkendes Gasdruckpolster zu erzeugen, und die das in der Gießform gebildete Gasdruckpolster druckentlastet, wenn der Sollfüllstand in der Gießform erreicht ist.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung werden zur Lösung der oben genannten Aufgabe ein in einem abgedichteten unter Schutzgas stehenden und zwischen Ofen und Gießform oder Gießmaschine mobil oder stationär angeordneten System mit zwei auf unterschiedlicher Höhe liegenden Durchflussöffnungen zum quantifizierenden Füllen mit einer Schmelze und anschließenden Entleeren ohne Atmosphärenzutritt in mehreren Druckräumen Gasdruckdifferenzen eingestellt.
Zum Verfahrensablauf wird im Fall der mobilen Variante die Einrichtung mit zwei ineinander stehenden Rohren über das Schmelzebad eines Ofens gebracht und mit der unteren Mündung ihres nach unten herausragenden inneren Rohres eingetaucht. Durch Gasdruckerniedrigung im Gefäß steigt die Schmelze im inneren Rohr hoch, fließt über seine obere Mündung nach unten durch den Hohlraum zwischen den Rohren und füllt durch den Ringspalt des äußeren Rohrs am Gefäßboden steigend das Dosiergefäß auf, bis ein Pegelstand über der oberen Mündung des inneren Rohrs erreicht ist. Durch Druckausgleich auf Atmosphärendruck im Gefäß fließt Schmelze dann über das innere Rohr in den Ofen zurück, bis das Schmelzequantum durch die obere Mündung des inneren Rohrs begrenzt ist. Nun kann das Dosiergefäß mit der Schmelze zur Gießmaschine oder Gießform gebracht und durch Gasdruckerhöhung im Gefäß entleert werden. Dabei verschließt die zuerst ausgetretene Schmelze die untere Mündung des Innenrohrs gegen Lufteintritt, so dass die Ausfließgeschwindigkeit allein über den Druck geregelt werden kann.
Im Beispiel der stationären Einrichtung wird die Schmelze mit Gasdruck über das Steigrohr eines abgedichteten Ofens zur Füllung durch die obere Durchflussöffnung in ein angeschlossenes horizontales oder schrägliegendes Rohr gedrückt. Nach Druckreduzierung sinkt der Schmelzepegel im Steigrohr unter die obere Durchflussöffnung, das Schmelzevolumen im Rohr ist quantifiziert. Danach wird der Gasdruck über der oberen Durchflussöffnung erhöht und die Schmelze aus dem Rohr durch die untere Durchflussöffnung mit angeschlossener doppelter Umlenkung in die Gießmaschine oder Gießform befördert.
Für beide Varianten kommt ein geschlossenes Schutzgassystem zum Einsatz, bei dem das Gasvolumen über zahlreiche Dosierzyklen erhalten bleibt und lediglich geringfügige Leckverluste ergänzt werden müssen. Die für das Schmelzedosieren erforderlichen Gasdruckdifferenzen werden mit Hilfe eines elektrischen, pneumatischen oder hydraulischen Antriebs erzeugt und durch geeignete Ventile geregelt.
Die Vorteile der vorliegenden Erfindung erstrecken sich zunächst auf den Erhalt der metallurgischen Qualität der Schmelze beim Dosieren und Transportieren. Durch die Schmelzeführung im geschlossenen Schutzgassystem werden alle schädlichen Einflüsse beim freien Fall des Schmelzestrahls an Atmosphäre oder beim Fließen in einer offenen Rinne, an erster Stelle Oxidbildung und Wasserstoffaufnahme, ausgeschaltet. Weiterhin kann der nachteilige Temperaturverlust beim Schmelzetransport unterbunden und die beim Stand der Technik erforderlichen Überhitzungen vermieden werden.
Das geschlossene Schutzgassystem ermöglicht durch die Gasrückgewinnung auch den Einsatz teurerer Gase wie z. B. Argon. Dieses kann bei besonders reaktiven Schmelzen, beispielsweise Magnesiumlegierungen, auf nunmehr wirtschaftliche Weise verwendet werden.
Hervorzuheben ist weiterhin die Verbesserung der Dosiergenauigkeit. Der Verzicht auf die Zeitsteuerung bei der Schmelzequantifizierung eliminiert die Streuungen beim Stand der Technik, erhöht die Prozesssicherheit und ermöglicht deutliche Materialeinsparungen.
Ein besonderer Vorteil ist auch bei der Beförderung der Schmelze aus dem Dosiergefäß in den Gießtümpel einer Gießform, Gießmaschine oder die Schusskammer einer Druckgießmaschine zu sehen. Die aus dem Ausflussrohr zuerst austretende Schmelze verschließt die untere Rohrmündung gegen die Atmosphäre, so dass jetzt die Fließgeschwindigkeit unabhängig von der Fallbeschleunigung allein über den Gasdruck geregelt werden kann. In Verbindung damit eröffnet das neue Verfahren wichtige Möglichkeiten, durch Nachführen der Ausflussrohrmündung mit dem steigenden Schmelzepegel eine neue schichtende Füllung von Form und Gießmaschine zu erreichen und den Gießprozess insgesamt zu verbessern. So wird beim Formfüllvorgang die Schmelze auf kürzestem Weg befördert und der anschließende Erstarrungsablauf im Sinne einer gelenkten Erstarrung optimiert. Damit kann die Bauteilqualität erhöht, die Prozesssicherheit gesteigert und die Gesamtwirtschaftlichkeit verbessert werden.
Schließlich ist die universelle Anwendbarkeit der Erfindung bei allen bekannten Gießverfahren wie Sand - Kokillen - und Druckguss - einschließlich Vacural - Verfahren- sowie Feinguss, Strangguss und Lost Foam - Guss oder auch Gradientenguss mit mehreren Schmelzen hervorzuheben. So können die bei herkömmlicher Praxis häufig nacheinander verlaufenden Verfahrensschritte weitgehend kombiniert und dadurch verkürzt werden, was ihre Wirksamkeit deutlich verbessert.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit einer Zeichnung beschrieben. Es zeigen schematisch:
Fig. 1
einen Vertikalschnitt eines mobilen Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Vorrichtung,
Fig. 2
einen Vertikalschnitt eines stationären Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Vorrichtung in Verbindung mit der Schusskammer einer Druckgießmaschine,
Fig. 3
ein Beispiel für ein Druckregelungsprinzip der erfindungsgemäßen Vorrichtung,
Fig. 4
skizziert ein Anwendungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung in Verbindung mit einer Gießform,
Fig. 5
eine Vorrichtung zum Vergießen von Leichtmetall in einem Querschnitt;
Figuren 6a - 6p
ein System zum Vergießen von Aluminiumbasierter Schmelze zu Motorblöcken in verschiedenen Betriebszuständen.
Das Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 zeigt ein Gefäß 1 mit einem dicht verbundenen Deckel 2, aus dem ein äußeres Rohr 3 nach unten zum Gefäßboden auf Abstand mit Ringspalt 8 führt. In dieses äußere Rohr 3 ragt von unten das mit dem Gefäßboden auch höhenverstellbar (nicht dargestellt) verbundene innere Rohr 4, dessen obere Mündung 7 den Dosierpegelstand definiert und dessen untere Mündung 9 zur Füllung des Gefäßes 1 in einen Schmelzevorrat 10 eintaucht. Die Höhenverstellbarkeit des inneren Rohres 4 schafft die Möglichkeit, das Dosierquantum zu verändern. Im oberen Teil des Gefäßes 1 sind die Räume 11 und 12 während des Betriebs mit Gas gefüllt, dessen Druckregelung über die Anschlüsse 5 und 6 die für die Dosierung erforderlichen Schmelzepegelstände einstellt.
Sowohl in das äußere 3 als auch innere Rohr 4 kann zum Halten der Schmelzetemperatur eine Heizung eingebaut sein, das Gefäß 1 kann aber auch auf herkömmliche Art von außen beheizt werden. Ferner können zur weiteren Absicherung (Redundanz) der Gasdruckregelung Niveausonden 13, 14 angebracht werden.
Zum Funktionsablauf wird der Druck in den Räumen 11 und 12 unter Atmosphärendruck erniedrigt, so dass die Schmelze im inneren Rohr 4 hochsteigt, aus der Mündung 7 nach unten fließt und durch den Ringspalt 8 steigend das Gefäß 1 füllt. Nach Erreichen eines Pegelstandes von einigen Millimetern über der Rohrmündung 7 erfolgt der Druckausgleich mit dem Atmosphärendruck. Dies bewirkt ein Absinken des Schmelzepegels auf die Höhe der Rohrmündung 7, womit das gewünschte Dosierquantum erreicht ist. Durch Gaszufuhr über Leitung 5 in den Raum 12 fällt der Pegel in Rohr 4 auf das Niveau des Schmelzevorrats 10. Jetzt kann die Rohrmündung 19 aus dem Schmelzevorrat 10 gezogen und das Gefäß 1 mit dem dosierten Schmelzequantum zur bereitstehenden Gießform oder Gießmaschine gebracht werden. Hier senkt sich die Rohrmündung 9 auf wenige Millimeter über dem Boden des Auffanggefäßes von Gießform oder Gießmaschine. Jetzt wird der Gasdruck in Raum 11 des Gefäßes erhöht, wodurch die Schmelze über den Ringspalt 8 und die obere Mündung 7 des Rohres 4 ausfließt. Da die zuerst ausgetretene Schmelze im Auffanggefäß von Gießform oder -Maschine die Rohrmündung 9 gegen Luftzutritt verschließt, kann die Entleerungsgeschwindigkeit des Gefäßes 1 unabhängig von der Fallbeschleunigung über den Druck in Raum 11 geregelt werden. Die am Ende der Schmelzedosierung aus Gefäß 1 durch den Ringspalt 8 in den Raum 12 austretenden Gasblasen erzeugen eine Unstetigkeit im Druckverlauf und können vom Regler als Signal für die Beendigung des Dosiervorgangs genutzt werden.
Das Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 zeigt schematisch eine stationäre Dosiervorrichtung, die in Verbindung mit einem Niederdruckofen arbeitet. Durch den Deckel des Niederdruckofens 1 führt höhenverstellbar das Steigrohr 2, dessen oberes Ende mit einem Gasdruckanschluss 3 verschlossen ist. An das Steigrohr 2 ist ein schrägliegendes Dosierrohr 4 angeschlossen, an dessen Enden sich die Durchflussöffnungen 5 und 6 befinden. Die untere Durchflussöffnung 6 mündet in das Gefäß 7 mit dem Gasdruckanschluss 8. Im Gefäß 7 befindet sich das Ausflussrohr 9, dessen untere Mündung 10 im dargestellten Fall in die Schusskammer 11 einer Kaltkammer-Druckgießmaschine ragt. Zur Vermeidung von Temperaturverlusten der Schmelze können in das Steigrohr 2, das Dosierrohr 4 sowie das Gefäß 7 Heizungen eingebaut sein.
Zum Funktionsablauf wird der Gasdruck im Niederdruckofen 1 erhöht. Damit steigt die Schmelze im Steigrohr 2 auf ein Niveau, das im Bereich der halben Höhe der Durchflussöffnung 5 liegt. Nun füllt die Schmelze das Dosierrohr 4 und gelangt durch die Durchflussöffnung 6 im Gefäß 7 auf einen Pegelstand, der mit dem in der Durchflussöffnung 5 kommuniziert. Während dieses Füllvorgangs kann das Gas aus dem Dosierrohr 4 über den geöffneten Gasdruckanschluss 3 in das nicht dargestellte Druckregelsystem entweichen. Jetzt wird der Gasdruck im Niederdruckofen 1 leicht reduziert, die Schmelze im Steigrohr 2 fällt unter die Unterkante der Durchflussöffnung 5, das gewünschte Dosierquantum ist erreicht. Danach wird die dosierte Schmelze durch eine Gasdruckerhöhung über Anschluss 3 durch das Gefäß 7 und das Ausflussrohr 9 in die Schusskammer 11 der Druckgießmaschine befördert. Auch hier verschließt die zuerst ausgetretene Schmelze die untere Mündung des Ausflussrohres 9, so dass die Füllgeschwindigkeit in der Schusskammer 11 unabhängig von der Fallbeschleunigung über die Gasdruckanschlüsse 3 und 8 geregelt werden kann. Über den Gasdruckanschluss 8 kann das Gefäß 7 und das Ausflussrohr 9 sowie die Schusskammer 11 mit Schutzgas geflutet werden, wobei auch eine Abdichtung 13 zwischen dem Ausflussrohr 9 und der Schusskammer 11 beispielsweise mit einem Faltenbalg möglich ist. Letzteres erscheint insbesondere bei einer Zwangsentlüftung der Gießform, z. B. Vacural-Verfahren, von Vorteil. Die am Ende des Dosiervorgangs durch die untere Durchflussöffnung in das Gefäß 7 austretenden Gasblasen erzeugen eine Unstetigkeit im Druckverlauf und können wiederum als Signal, beispielsweise für das Herausfahren des Rohres 9 aus der Schusskammer 11 und Auslösen des Schusses, genutzt werden.
Die Befüllung des Niederdruckofens 1 erfolgt auf herkömmliche Weise nach Entfernung seines Deckels. Bei der erfindungsgemäßen Einrichtung besteht auch die Möglichkeit, den Ofen nach dem Eintauchen der Rohrmündung 10 in einen externen Schmelzevorrat mit Hilfe der Gasdruckregelung nachzufüllen.
Fig. 3 zeigt als Beispiel das Prinzip einer Gasdruckregelung für das erfindungsgemäße Verfahren mit Schutzgasrückgewinnung.
Aus der Hochdruckflasche 1 wird das System mit den Niederdruckbehältern 2 und 3 über ein Reduzierventil mit Gas gefüllt und eventuell auftretende Leckagen im Dauerbetrieb ergänzt. Die Pumpe 4 hält zwischen den Behältern 2 und 3 ein Druckgefälle aufrecht, das über die Reglergruppen 5 und 6 die angeschlossenen Dosiereinrichtungen nach Fig. 1 und 2 versorgt.
Anstelle dieses Beispiels können auch andere geeignete Einrichtungen für den Erhalt einer Schutzgasfüllung wie Pneumatik-Zylinder mit Kolben oder mit Gummibalg oder Metall-Faltenbalg ausgerüstete Behälter zum Einsatz kommen.
In Fig. 4 schließlich wird das neue Dosierverfahren in Verbindung mit einer Gießform für den rationellen Mehrfachguss beispielhaft dargestellt. Das Dosiergefäß 1 entsprechend Fig. 1 ist mit einem definierten Schmelzequantum für den gleichzeitigen Guss von beispielsweise 16 Trägerplatten in der Gießform 2 mit den Formhohlräumen 5 gefüllt. Nach Absenken der Rohrmündung 8 in den Bodenbereich der Gießform 2 fließt die Schmelze aus Gefäß 1 in den zentralen Speisereinguss 3 und von dort über die vertikalen Schlitzanschnitte 4 gleichzeitig in die 16 Hohlräume 5 der Gießform 2. Das Dosiergefäß 1 folgt mit seiner Rohrmündung 9 dem steigenden Schmelzepegel in der Gießform 2 nach oben, wobei jedoch die Rohrmündung 9 in geringem Abstand stets unter der Schmelzeoberfläche gehalten wird. Auf diese Weise kann eine schichtende Formfüllung erzielt werden, die neben dem turbulenzfreien Zufluss ein weiteres Durchfließen tieferliegender bereits gefüllter Formbereiche vermeidet und so ideale Voraussetzungen für den anschließenden gelenkten Erstarrungsablauf schafft. Nach beendeter Formfüllung und Entfernung des Dosiergefäßes 1 ist es möglich, den zentralen Speiesereinguss 3 abzudeckeln und im abgedichteten Raum darüber den Gasdruck mit dem Ziel einer Verbesserung der Speiserwirksamkeit zu erhöhen. Darüber hinaus lassen sich in dem kompakten Formenpaket in einfacher Weise vom Umfang in Richtung Speisereinguss 3 als thermisches Zentrum in bekannter Weise (vergl. DE PS 2646060 C3) Kühlelemente einbauen, die eine weitgehend gelenkte Erstarrung mit Taktzeitverkürzung bewirken. Beim Lost Foam Guss wird beispielsweise die Ausflussöffnung 9 in Fig. 1 in den Bodenbereich des zentralen Speisereingusses 3 der Fig. 4 gebracht und dem steigenden Schmelzepegel nachgeführt, wobei hier das verlorene Modell eine dem Rohr 4 entsprechende Aussparung aufweist. Die schichtende Formfüllung vermeidet auch hier alle Turbulenzen und erzielt eine gleichmäßige Modellvergasung von unten nach oben.
Der Speisereinguss 3 kann grundsätzlich auch mit anderen bekannten Methoden, beispielsweise nach dem Niederdruck-Gießverfahren, von unten befüllt werden.
Weiterhin ist es möglich, den Speisereinguss 3 der abgedichteten Gießform 2 in der Weise zu füllen, dass der Schmelzezufluss aus der unteren Rohrmündung 9 eines Dosiergefäßes über den Gasdruck in der Gießform geregelt wird. Hierbei kann die Nachführung der Rohrmündung 9 mit dem steigenden Schmelzepegel beispielsweise durch den Einsatz einer gasdichten Gleitführung im Deckel der Gießform 2 erfolgen.
In Fig. 5 ist der Grundaufbau einer weiteren Variante einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 100 dargestellt. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist ein rinnenförmiges Zwischengefäß 101 vorgesehen, das über ein nicht dargestelltes Steigrohr mit einem ebenso nicht dargestellten konventionellen Niederdruck-Schmelzofen verbunden ist. Zusätzlich ist durch eine Öffnung im Boden des Zwischengefäßes 101 der Endabschnitt eines Gießrohrs 102 geführt, das mit seinem anderen Ende einer hier ebenfalls nicht gezeigten Gießform zugeordnet ist. Die Eintrittsöffnung 103 des Gießrohrs 102 ist dabei in einem Abstand A oberhalb des Bodens des Zwischengefäßes 101 positioniert.
Über das im Zwischengefäß 101 angeordnete Ende des Gießrohrs 102 ist ein quaderförmiges Gehäuse 104 gestülpt, das einen offenen Boden aufweist. Die Seitenwände des Gehäuses 104 sind dabei mit Abstand zum Gießrohr 102 positioniert. Ebenso ist der untere Rand der Seitenwände mit Abstand zum Boden des Zwischengefäßes 101 angeordnet. Auf diese Weise ist zwischen dem Boden des Zwischengefäßes 101 und dem unteren Rand des Gehäuses 104 eine umlaufende, schlitzförmige Einströmöffnung 104a gebildet, über die in das Zwischengefäß 101 einströmende Metallschmelze M in das Gehäuse 104 strömt. Der Abstand A, mit dem die Eintrittsöffnung 103 des Gießrohrs 102 über dem Boden des Zwischengefäßes 101 angeordnet ist, ist größer als die Höhe a der Einströmöffnung 104a.
Durch die Decke 105 des Gehäuses 104 ist das Ende einer Gasdruckleitung 106 geführt, deren Mündung kurz unterhalb der Decke 105 angeordnet ist. Die Gasdruckleitung 106 ist an eine nicht dargestellte Gasversorgung angeschlossen.
Gesteuert mittels einer Regeleinrichtung 107 kann druckbeaufschlagtes Gas in den von dem Gehäuse 104 umschlossenen Druckraum 108 geleitet oder aus diesem abgesogen werden. Als Gas wird dabei Argon eingesetzt, welches sich inert gegenüber der Metallschmelze verhält.
Die aus dem nicht gezeigten Schmelzenofen in das Zwischengefäß 101 geleitete Metallschmelze, bei der es sich im beschriebenen Ausführungsbeispiel um eine Aluminium-basierte Leichtmetallschmelze handelt, gelangt über die Einströmöffnung 104a in den vom Gehäuse 104 seitlich und von oben umschlossenen Druckraum 108. Sobald die Füllhöhe des Zwischengefäßes 101 höher ist als die Höhe der Einströmöffnung 104a, ist der vom Gehäuse 104 umschlossene Raum gasdicht gegenüber der Umgebung abgeschottet. Die Befüllung des Zwischengefäßes 101 wird jedoch erst abgeschlossen, wenn ein Schmelzensollstand erreicht ist, der über dem Niveau der Eintrittsöffnung 103 des Gießrohrs 102 liegt.
Durch Erhöhen oder Absenken des in der Druckkammer 108 herrschenden Gasdrucks kann die Höhe ΔH des Schmelzenspiegels über der Eintrittsöffnung 103 variiert werden. Dementsprechend kann durch Änderung des Drucks in der Druckkammer 108 ein optimales Einströmen der Schmelze in das Gießrohr 102 gewährleistet und die in die nicht dargestellte Gießform eintretende Schmelzenmenge ebenso exakt dosiert werden.
Das in den Figuren 6a bis 6p in verschiedenen Betriebszuständen dargestellte System 200 zum Vergießen von Aluminium-basierter Schmelze zu Motorblöcken umfasst ein Zwischengefäß 201, ein mit dem Zwischengefäß 201 verbundenes Gießrohr 202, eine Druckkammer 203, eine mit der Druckkammer verbundene Gasversorgung 204, eine Gießform 205, eine mit der Gießform 205 verbundene zweite Gasversorgung 206, einen ersten Füllstandsmesser 207 und einen zweiten Füllstandsmesser 208.
Das Zwischengefäß 201 ist über ein nicht dargestelltes Steigrohr an einen ebenso nicht dargestellten Niederdruck-Schmelzenofen angeschlossen. Es ist wannenförmig ausgebildet und durch einen Deckel 201a gegenüber der Umgebung im Wesentlichen gasdicht abgeschlossen. In dem Zwischengefäß 201 wird während des Gießbetriebs über der in das Zwischengefäß geleiteten Metallschmelze M eine hinsichtlich der vergossenen Aluminium-Legierung inerte N2-Atmosphäre aufrechterhalten.
Der dem Zwischengefäß 201 zugeordnete Endabschnitt des Gießrohrs 202 ist in den vom Zwischengefäß 201 umschlossenen Raum geführt, so dass die am Ende dieses Endabschnitts ausgebildete Eintrittsöffnung des Gießrohrs 202 entsprechend dem in Fig. 5 dargestellten Ausführungsbeispiel mit Abstand zum Boden des Zwischengefäßes 201 angeordnet ist.
Die Druckkammer 203 ist in einem Gehäuse gebildet, dessen Boden, wie beim in Fig. 5 dargestellten Ausführungsbeispiel, offen und über den in das Zwischengefäß 201 ragenden Endabschnitt des Gießrohrs 202 gestülpt ist. Ebenfalls entsprechend dem in Fig. 5 dargestellten Ausführungsbeispiel ist der untere Rand der Druckkammer 203 mit Abstand zum Boden des Zwischengefäßes 201 angeordnet, so dass zwischen dem unteren Rand des Gehäuses und dem Boden eine schlitzförmig umlaufende Einströmöffnung für in das Zwischengefäß geleitete Metallschmelze M ausgebildet ist.
Wiederum entsprechend dem in Fig. 5 dargestellten Beispiel kann über die mit der Druckkammer 203 verbundene Gasversorgung 204 in die Druckkammer 203 ein Druckgas geleitet bzw. aus ihr abgesaugt werden, um den in der Druckkammer herrschenden Druck zu variieren. Als Druckgas wird hier Argon eingesetzt.
Mittels durch den Deckel der Druckkammer 203 und den Deckel 201a des Zwischengefäßes 201 geführten Stopfenstange 209 kann die Eintrittsöffnung des Gießrohrs 202 freigegeben bzw. verschlossen werden. Dazu wird die Stopfenstange 209 mittels einer nicht dargestellten Betätigungseinrichtung in an sich bekannter Weise angehoben bzw. mit ihrem Ende auf die Eintrittsöffnung des Gießrohrs 202 gesetzt.
Die Gießform 205 ist im hier beschriebenen Ausführungsbeispiel als Kernpaket ausgebildet, in dem in einem Rotationsgießverfahren der zu gießende Motorblock erzeugt wird. Sie wird mittels einer nicht dargestellten Transporteinrichtung in an sich bekannter Weise an das Zwischengefäß 201 angedockt. Dabei taucht das Gießrohr 202 in einen Speiserabschnitt 205a der Gießform ein. Der Speiserabschnitt 205a ist als Kammer ausgebildet, die eine im Bereich des Deckels der Gießform 205 ausgebildete Einführöffnung zum Einführen des Gießrohrs 202 und eine nahe dem Boden der Gießform 205 ausgebildete Abströmöffnung 205b aufweist, über die der Speiserabschnitt 205a mit dem den zu gießenden Motorblock abbildenden Formhohlraum 205c der Gießform 205 verbunden ist. Der Formhohlraum 205c ist dabei in einen dem Boden der Gießform 205 zugeordneten Schmelzensumpf 206d und einen darüber liegenden Bereich aufgeteilt, in dem der zu gießende Motorblock geformt wird. Nach Beendigung des Einführens des Gießrohrs 202 in den Speiserabschnitt 205a ist die Einführöffnung im Wesentlichen gasdicht gegenüber der Umgebung abgedichtet.
Zusätzlich mündet nahe dem Deckel der Gießform 205 die Versorgungsleitung, über die die zweite Gasversorgung 206 mit der Gießform verbunden ist. Über die zweite Gasversorgung 206 kann ebenfalls Argon als Druckgas in den vom Speiserabschnitt 205a umgebenen Speiserraum geleitet werden. Ebenso kann über die Gasversorgung 206 der vom Speiserabschnitt 205a umgebene Raum druckentlastet werden.
Der erste Füllstandsmesser 207 weist zwei Sensoren 207a und 207b auf, die im Bereich der halben Höhe des Speiserabschnitts 205a positioniert sind und den Füllstand der Schmelze in dem Speiserabschnitt erfassen. Reicht der Füllstand etwa bis zur Hälfte der Höhe des vom Speiserabschnitt 205a umschlossenen Raums, so gibt der Füllstandsmesser 207 ein entsprechendes Signal ab.
Der zweite Füllstandsmesser 208 richtet einen Laserstrahl auf eine in den Deckel der Gießform 205 eingeformte Öffnung. Zusätzlich weist der Füllstandsmesser 208 einen Sensor auf, der den von der in den Formhohlraum 205c einlaufenden Metallschmelze M reflektierten Strahl detektiert. Auf diese Weise liefert der Füllstandsmesser 208 laufend eine Information über den aktuellen Füllstand der Gießform 205 im Bereich des Formholraums 205c. Wird der maximale Füllstand erreicht, bei dem der Formhohlraum 205c vollständig mit Schmelze M gefüllt ist, so gibt der zweite Füllstandsmesser ein entsprechendes Signal.
Bei dem in den Figuren 6a - 6p dargestellten System gliedert sich die Befüllung der Gießform 205 mit Metallschmelze M in folgende Schritte:
Phase 1:
Die Gießform 205 wird an das Zwischengefäß 201 angedockt. Dabei taucht das Gießrohr 202 in den Speiserabschnitt 205a der Gießform 205 ein. Während dessen ist das Zwischengefäß 201 mit Metallschmelze gefüllt. In der Druckkammer 203 herrscht im Wesentlichen der gleiche Druck wie im Zwischengefäß 205. Dementsprechend ist der Füllstand im Zwischengefäß 201 und in der Druckkammer 203 gleich. Die in der Druckkammer 203 positionierte Eintrittsöffnung des Gießrohrs 202 ist durch die Stopfenstangen 209 verschlossen. (Fig. 6a)
Phase 2:
Noch während des Andockvorgangs wird durch Zugabe von Druckgas über die Gasversorgung 204 der Druck in der Druckkammer 203 erhöht. Infolgedessen sinkt der Schmelzen-Füllstand in der Druckkammer 203 unter das Niveau der Eintrittsöffnung des Gießrohrs 202. Der Bereich der Eintrittsöffnung liegt frei von Schmelze, bleibt jedoch von der Stopfenstange 209 verschlossen. (Fig. 6b)
Phase 3:
Bis zum Abschluss des Andockvorgangs wird der in Phase 2 erreichte Zustand in der Druckkammer 203 aufrechterhalten. (Fig. 6c)
Phase 4:
Nach Abschluss des Andockvorgangs wird die Stopfenstange 209 angehoben und die Eintrittsöffnung des Gießrohrs 202 freigegeben. (Fig. 6d)
Phase 5:
Durch den mit dem Öffnen des Gießrohres 202 einhergehenden Druckabfall steigt der Füllstand in der Druckkammer 203 so stark an, dass der Schmelzenspiegel im Wesentlichen exakt auf dem Niveau der Eintrittsöffnung des Gießrohrs 202 liegt. (Fig. 6d)
Phase 6:
Durch Absenkung des Drucks wird der Schmelzenspiegel in der Druckkammer 203 weiter erhöht, so dass Schmelze M in das Gießrohr 202 einläuft. (Fig. 6e)
Phase 7:
Die Schmelze M gelangt zunächst in den Speiserabschnitt 205a und von dort in den Formhohlraum 205c der Gießform 205. Stellt sich beim Befüllen der Gießform 205 heraus, dass die Strömungsgeschwindigkeit im Gießrohr 202 zu hoch oder zu niedrig ist, so dass die in die Gießform 205 geleitete Schmelze M nicht ausreichend gleichmäßig vom Speiserabschnitt 205a in den Formhohlraum 205c strömt, so wird durch Anheben oder Absenken des Drucks in der Druckkammer 203 die Fließgeschwindigkeit variiert, mit der die Schmelze M durch das Gießrohr 202 strömt. (Figuren 6g-61).
Phase 8:
Meldet der erste Füllstandsmesser 207, dass der Füllstand im Speiserabschnitt 205a die durch die Sensoren 207a,207b erfasste Mindesthöhe erreicht hat, so wird der freie Bereich des Speiserabschnitts 205a über die zweite Druckversorgung 206 mit Druckgas beaufschlagt. Auf diese Weise bildet sich im vom Speiserabschnitt 205a umschlossenen Raum ein auf der Schmelze M im Bereich des Speiserabschnitts 205a lastendes Gaspolster. Dieses Gaspolster wird aufrecht erhalten, bis die Befüllung des Formhohlraums 205c angeschlossen, d. h. die maximale, durch den Füllstandsmesser 208 detektierte Füllhöhe erreicht ist. (Figuren 6i-61)
Phase 9:
Meldet der Füllstandsmesser 208 das Erreichen der maximalen Füllhöhe, so wird das im Speiserabschnitt 205a bis dahin vorhandene Gasdruckpolster durch Entlüften des Speiserabschnitts 205a entspannt. Gleichzeitig wird im Druckraum 203 ein erhöhter Druck auf die Schmelze M ausgeübt. Dies führt dazu, dass nach der Entlüftung des Speiserabschnitts 205a die im Gießrohr 202 und in der Druckkammer 203 oberhalb der Eintrittsöffnung des Gießrohrs 202 bis dahin noch vorhandene Schmelze M in den Speiserabschnitt 205a gedrückt wird. Der Füllstand in der Druckkammer 205 sinkt dabei auf das Niveau der Eintrittsöffnung des Gießrohrs 202 ab, so dass die Eintrittsöffnung frei von Schmelze M ist. (Fig. 6m)
Phase 10:
Anschließend wird die Stopfenstange 209 abgesenkt, so dass sie mit ihrem Ende die freiliegende Eintrittsöffnung des Gießrohrs 202 verschließt. Zu einem Druckstoß in dem in die Gießform 205 eingefüllten Schmelzenvolumen kommt es dabei nicht, da durch das Aufsetzen der Stopfenstange 209 keine Schmelze mehr in das Gießrohr 202 gepresst wird. (Fig. 6n)
Phase 11:
Der bis dahin aufrechterhaltene Überdruck in der Druckkammer 203 wird abgebaut, so dass sich der Füllstand im Zwischengefäß 201 und in der Druckammer 203 wieder angleicht. (Fig. 6o)
Phase 12:
Die fertig gefüllte Gießform 205 wird vom Zwischengefäß 201 abgedockt. (Fig. 6p)
Nach dem Abdocken wird die Gießform 205 in an sich bekannter Weise rotiert, so dass die Erstarrung der Schmelze bei oben liegendem Schmelzensumpf 205d erfolgt.
Die insgesamt günstigen Gießbedingungen gemäß der Erfindung ergeben eine optimale Grundlage für gute Gussqualität mit minimalem Ausschussanteil bei gleichzeitig hoher Produktivität. Da Vor- und Rückseite der Formsegmente den formgebenden Hohlraum bilden, wird auch die Formherstellung insgesamt deutlich rationalisiert.
Die Erfindung stellt somit ein Verfahren zum Befüllen von Gießformen und Gießmaschinen mit flüssigem Material zur Verfügung, bei dem ein gasdichtes System mit einer in seinem Inneren befindlichen oberen und unteren Durchflussöffnung mit Hilfe einer Gasdruckregelung außerhalb eines Schmelzenofens mit Schmelze gefüllt, durch Absenken des Schmelzenpegels unter die obere Durchflussöffnung das Schmelzenvolumen quantifiziert und anschließend die Schmelzenmenge durch die untere und obere Durchflussöffnung in eine Gießform oder Gießmaschine über ein im Wesentlichen vertikales Ausflussrohr entleert wird.
Die unten liegende Öffnung des Ausflussrohres kann dabei durch einen Rückstau der zuerst in die Gießform oder Gießmaschine gelangenden Schmelze gasdicht verschlossen werden.
Ebenso ist es erfindungsgemäß möglich, bei der Schmelzenentleerung die Fließgeschwindigkeit über den Gasdruck unabhängig von der Fallbeschleunigung zu regeln.
Dabei bleiben in dem Gasdruck-Regelsystem die ursprüngliche Schutzgasfüllung über zahlreiche Dosierund Gießzyklen erhalten. Es werden lediglich Leckverluste ergänzt.
Durch das Nachführen der Ausflussrohrmündung mit dem steigenden Schmelzepegel in Form oder Gießmaschine lässt sich eine schichtende Füllung ohne Störung bereits gefüllter Bereiche erzielen.
Es können mehrere Gussteile gleichzeitig gegossen werden.
In den Gießformen können Kühlelemente für eine gelenkte Erstarrung eingesetzt werden.
Über dem Speisereinguss kann nach seiner Füllung mit Schmelze zur Steigerung der Speiserwirkung der Gasdruck erhöht werden.
Beim Befüllen einer Gießform oder der Schusskammer einer Druckgießmaschine erfolgt eine Abdichtung zwischen dem Ausflussrohr 4 (Fig. 1) bzw. 9 (Fig. 2) und dem Gießformdeckel der Gießform 2 (Fig. 4) bzw. der Schusskammer 11 (Fig. 2).
Der Schmelzezufluss wird über den Gasdruck in der Gießform oder der Schusskammer geregelt.
Die am Ende eines Dosiervorgangs durch die untere Durchflussöffnung 8 (Fig. 1) und 6 (Fig. 2) austretenden Gasblasen lassen sich als Signal für weitere Funktionsschritte nutzen.
Die Dosiervorrichtungen gemäß Fig. 1 und Fig. 2 und die mit ihnen verbundenen Gießformen (Fig. 4) bzw. Druckgießmaschinen-Schusskammern 11 (Fig. 2) lassen sich mit Schutzgas fluten, um Luftsauerstoff auszutreiben.
Der Niederdruck-Gießofen der Fig. 2 kann durch das Dosiersystem 2, 4, 7 und 9 mit Schmelze nachgefüllt werden.
Das Gasdruck-Versorgungssystem nach Fig. 3 erhält seine ursprüngliche Gasfüllung über zahlreiche Dosier- und Gießzyklen. Lediglich die im Dosierbetrieb auftretenden Leckagen müssen ergänzt werden.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Ausführung des Verfahrens zeichnet sich dadurch aus, dass in dem zweiteiligen abgedichteten Schmelzegefäß nach Fig. 1 das äußere Rohr 3 mit dem Deckel 2 verbunden ist und einen Raum 12 bildet, der an einen Gasdruckregler angeschlossen ist, dass der zweite Gasdruckraum 11 ebenfalls einen Gasdruckregleranschluss aufweist und dass im Bodenbereich des Schmelzegefäßes 1 das innere Rohr 4 befestigt ist.
Zudem kann bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung entsprechend Fig. 1 das äußere Rohr 3 im Bereich seines oberen Endes einen Niveausensor 14 und das innere Rohr 4 im Bereich seines unteren Endes einen Niveausensor 13 aufweisen und im Bodenbereich des Schmelzegefäßes 1 höhenverstellbar fixiert sein.
Gemäß Fig. 1 ist die Wand des Schmelzegefäßes 1 oder sein Innenraum mit Mitteln für eine Schmelzebeheizung ausgerüstet.
Die Dosiervorrichtung nach Fig. 2 ist mit Hilfe eines Hubmechanismus (nicht dargestellt) im Deckel des Niederdruckgießofens 1 höhenverstellbar und durch einen Faltenbalg 12 abgedichtet.
Die Dosiervorrichtung nach Fig. 2 ist mit Flanschverbindungen des Dosierrohrs 4 versehen, in denen Lochscheiben eingespannt werden, die die obere und untere Durchflussöffnung 5 und 6 bilden.
Die Dosiervorrichtung nach Fig. 2 ist mit ihren Teilen Steigrohr 2, Dosierrohr 4 und Gefäß 7 beheizbar.
Die Dosiervorrichtungen nach Fig. 1 und 2 weisen im unteren Bereich ihres Rohres 4 bzw. 9 eine Abdichtung 13 zur Schusskammer 11 oder zur Gießform 2 der Fig. 4 auf.
Wahlweise finden zur Vorrichtung gemäß Fig. 3 auch andere geeignete Vorrichtungen wie angetriebene Zylinder mit Kolben oder mit Bälgen ausgerüstete Behälter Verwendung.
Eine erfindungsgemäß eingesetzte Gießform zur Durchführung des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass in einem ringförmigen Formkasten 2 gemäß Fig. 4 zahlreiche Formsegmente mit ihren Vorder- und Rückseiten die Formhohlräume 5 bilden, die über die Schlitzanschnitte 4 aus dem zentralen Speisereinguss 3 gleichzeitig schichtend gefüllt werden, wobei die Schmelze turbulenzfrei aus dem Dosiergefäß 1 zufließt.
Bei einer solchen Gießform lassen sich in die Formsegmente Kühleinsätze einbauen. Die Form kann dabei mit einer Abdichtung für eine Gasdruckbeaufschlagung versehen werden.

Claims (29)

  1. Verfahren zum Vergießen einer Metallschmelze in eine Gießform umfassend folgende Schritte:
    Zuleiten der Metallschmelze zu einem Druckraum, in dem die in diesem Betriebszustand geschlossene Einströmöffnung eines zu der jeweiligen Gießform führenden Gießrohrs positioniert ist,
    Erhöhen des Drucks in dem Druckraum derart, dass die Einströmöffnung des Gießrohrs frei von Metallschmelze gehalten wird,
    Öffnen der Einströmöffnung,
    Absenken des Drucks in dem Druckraum derart, dass Metallschmelze in das Gießrohr einströmt und die Gießform füllt,
    Verschließen der Einströmöffnung nach einer für die Befüllung der Gießform mit Metallschmelze ausreichenden Dauer.
  2. Verfahren zum Vergießen einer Metallschmelze in eine Gießform umfassend folgende Schritte:
    Zuleiten der Metallschmelze zu einem Druckraum, in dem die Einströmöffnung eines zu der jeweiligen Gießform führenden Gießrohrs positioniert ist,
    Ändern des in das Gießrohr einströmenden Metallschmelzenstroms durch Variieren des in der Druckkammer herrschenden Drucks.
  3. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Einströmöffnung des Gießrohres in einer bestimmten Höhe über dem unteren Rand des Druckraums angeordnet ist und dass die Metallschmelze in Folge der Druckerhöhung vor dem Öffnen der Einströmöffnung des Gießrohrs unterhalb des Niveaus der Einströmöffnung gedrückt wird.
  4. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Druck in der Druckkammer während des Einströmens der Metallschmelze in das Gießrohr geregelt wird.
  5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Druck in der Druckkammer in Abhängigkeit von der Fließgeschwindigkeit der durch das Gießrohr strömenden Metallschmelze geregelt wird.
  6. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei Erreichen eines Mindestfüllstandes in der Gießform ein Gaspolster aufgebaut wird, das in Wirkverbindung mit dem in die Gießform eingefüllten Schmelzenvolumen steht.
  7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass bei Erreichen eines Sollfüllstandes der Gießform das Druckpolster druckentlastet wird.
  8. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der in der Gießform herrschende Druck geregelt wird.
  9. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Druck in dem Druckraum vor dem Verschließen der Einströmöffnung des Gießrohrs derart erhöht wird, dass das Niveau der in dem Druckraum vorhandenen Schmelze unter dem Niveau der Einströmöffnung liegt.
  10. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das in den Druckraum geleitete Gas ein hinsichtlich der Metallschmelze sich intert verhaltendes Gas ist.
  11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Gas Stickstoff ist.
  12. Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Gas Argon ist.
  13. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Metallschmelze in ein Zwischengefäß geleitet wird, mit dem der Druckraum verbunden ist.
  14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die der Gießform zugeordnete Abströmöffnung des Gießrohrs in der Gießform positioniert wird, dass die Abströmöffnung durch einen Rückstau der zuerst in die Gießform austretenden Schmelze gasdicht verschlossen wird.
  15. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Position der Abströmöffnung des Gießrohrs in der Gießform während des Einströmens von Metallschmelze verändert wird.
  16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Höhe der Abströmöffnung über dem Boden der Gießform verändert wird.
  17. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckraum und die Gießform vor dem Abgießen der Metallschmelze mit einem inerten Gas geflutet werden.
  18. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Metallschmelze eine Leichtmetallschmelze, insbesondere eine auf Aluminium- oder Magnesiumbasierende Schmelze, ist.
  19. Vorrichtung zum Vergießen von Metallschmelze in eine Gießform, mit einem Druckraum, der an eine Druckversorgung angeschlossen ist und eine Zuströmöffnung für die Metallschmelze aufweist, und mit einem Gießrohr, dessen Einströmöffnung in dem Druckraum angeordnet ist.
  20. Vorrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckraum in einem Gehäuse gebildet ist, bei dem im Bereich seines Bodens oder der an den Boden angrenzenden Wandbereiche die Zuströmöffnung ausgebildet ist und das über das die Einströmöffnung aufweisende Ende des Gießrohres gestülpt ist.
  21. Vorrichtung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass der Boden des Gehäuses vollständig geöffnet ist.
  22. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 20 oder 21, dadurch gekennzeichnet, dass die Mündung der Zuleitung der Gasversorgung in einem höher als die Zuströmöffnung liegenden Bereich des Gehäuses angeordnet ist.
  23. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 19 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass das Gießrohr höhenverstellbar ist.
  24. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 19 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass zum Beheizen ihrer mit der Metallschmelze in Berührung kommenden Bauelemente eine Heizung vorgesehen ist.
  25. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 19 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckraum einem Niederdruckgießofen zugeordnet ist.
  26. System zum Vergießen von Metallschmelze umfassend eine gemäß einem der Ansprüche 19 bis 25 ausgebildete Vorrichtung zum Vergießen der Metallschmelze, und eine Gießform, die mit einer Gasversorgung verbunden ist.
  27. System nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, dass die Gießform einen Speiserabschnitt besitzt und dass die Gasversorgung an den Speiserabschnitt angeschlossen ist.
  28. System nach einem der Ansprüche 26 oder 27, dadurch gekennzeichnet, dass die Gießform eine Füllstandserfassungsvorrichtung aufweist.
  29. System nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, dass die Füllstandserfassungsvorrichtung mit einer Steuereinrichtung verkoppelt ist, die bei Erreichen eines Mindestfüllstands druckbeaufschlagtes Gas in die Gießform einströmen lässt, um dort ein gegen die Schmelze wirkendes Gasdruckpolster zu erzeugen, und die das in der Gießform gebildete Gasdruckpolster druckentlastet, wenn der Sollfüllstand in der Gießform erreicht ist.
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