EP1786576A1 - Verfahren und vorrichtung zum giessen von metallschmelze - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zum giessen von metallschmelze

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EP1786576A1
EP1786576A1 EP05778033A EP05778033A EP1786576A1 EP 1786576 A1 EP1786576 A1 EP 1786576A1 EP 05778033 A EP05778033 A EP 05778033A EP 05778033 A EP05778033 A EP 05778033A EP 1786576 A1 EP1786576 A1 EP 1786576A1
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EP
European Patent Office
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mold
casting
molten metal
melt
casting mold
Prior art date
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EP05778033A
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English (en)
French (fr)
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EP1786576B1 (de
Inventor
Herbert Smetan
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Nemak Dillingen GmbH
Original Assignee
Hydro Aluminium Alucast GmbH
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Publication date
Application filed by Hydro Aluminium Alucast GmbH filed Critical Hydro Aluminium Alucast GmbH
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Publication of EP1786576A1 publication Critical patent/EP1786576A1/de
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Publication of EP1786576B1 publication Critical patent/EP1786576B1/de
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D18/00—Pressure casting; Vacuum casting
    • B22D18/04—Low pressure casting, i.e. making use of pressures up to a few bars to fill the mould
    • 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
    • B22D17/26—Mechanisms or devices for locking or opening dies
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D18/00—Pressure casting; Vacuum casting
    • B22D18/08—Controlling, supervising, e.g. for safety reasons
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D21/00—Casting non-ferrous metals or metallic compounds so far as their metallurgical properties are of importance for the casting procedure; Selection of compositions therefor
    • B22D21/02—Casting exceedingly oxidisable non-ferrous metals, e.g. in inert atmosphere
    • B22D21/04—Casting aluminium or magnesium
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D27/00—Treating the metal in the mould while it is molten or ductile ; Pressure or vacuum casting
    • B22D27/02—Use of electric or magnetic effects

Definitions

  • the invention relates to a method and a device for casting molten metal, in particular light metal melts, such as aluminum-based melts.
  • a casting mold which has a mold cavity which images the casting to be produced.
  • the molten metal is then poured from a melt container into the mold cavity.
  • the melt container can be, for example, a casting furnace or another container filled with melt, in which the melt is kept at a temperature level required for casting. After the melt in the casting mold has solidified to the casting to be produced, casting mold and casting are separated from each other.
  • the properties of a casting are strongly influenced by the course of the solidification of the melt in the casting mold and the make-up required to compensate for the volume shrinkage.
  • a particularly uniform distribution of properties shows when the mold filling with melt is carried out in a continuous process while avoiding large melt flows in the mold and evenly distributed the solidification and used on the side opposite the feeder side of the mold.
  • methods are known in which the melt is conveyed against the effective direction of gravity in the mold.
  • the melt container is located under the mold. The melt is then forced by pressurizing the atmosphere above the melt in the melt container atmosphere via a riser into the mold cavity of the mold.
  • a negative pressure can be applied to the mold cavity of the casting mold for conveying the melt or the molten metal can be conveyed into the casting mold by means of electromagnetic forces.
  • This filling of the casting mold with melt against the direction of gravity has the advantage that a smooth and controlled casting run is achieved with minimized turbulence of the melt.
  • the risk of casting defects in the manufactured casting can be significantly reduced.
  • a disadvantage of such methods, however, is that the molds must each remain for a long time in the casting plant, which is required for the complete solidification of each casting produced in them.
  • a device for carrying out the rising casting is known, for example, from DE 100 33 904 A1.
  • a slide closure is arranged between the mold and the melt container, which is formed of two superposed and mutually displaceable plates, the each having a passage opening.
  • the passage openings are brought into coincidence so that melt can flow through the riser from the melt container into the casting mold.
  • one of the slide plates is moved relative to the other, so that the passage openings are closed. Subsequently, the mold can be removed and another casting cycle can be started.
  • the slide closure can be removed for use.
  • a cooling device can be provided at the filling opening, which causes a targeted cooling of the melt present in the filling area.
  • the rotation of the casting mold with the melt container achieves complete filling of the casting mold with molten metal.
  • the melt passes during rotation in that in the course of the mold rotation, the molten metal filled in the casting mold is uniformly exposed to gravity, safely in all areas of the mold cavity of the mold, which images the casting to be cast.
  • this casting technique also known as "rotational molding” optimizes the microstructure as a result of directional solidification, which is brought about by the orientation of the casting mold associated with the rotation. In this way, geometrically complex castings of high quality can be produced.
  • the mold filling is not optimal if, in the case of cylindrical internal geometries, particularly homogeneous solidification morphologies are required.
  • DE 196 49 014 Al furthermore discloses a method and a device for producing castings from aluminum alloys.
  • it is provided to increase the productivity that the aluminum melt is pressed at a relatively low pressure via a riser from bottom to top in a mold made of a gasifiable foam.
  • the casting mold is rotated together with the casting container about an approximately horizontal axis of rotation in the region of the inlet of the casting.
  • Object of the present invention was to produce castings with high productivity, which also meet further increased quality requirements safely.
  • shut-off device which is at least temporarily fixedly connected to the casting mold
  • a device for casting molten metal which has a casting mold having a filling opening, with a device for coupling the casting mold to a melt container, which in this operating position is arranged below the casting mold and contains the molten metal, with a device for conveying the molten metal from the melt container into the casting mold through the filling opening in the direction of gravity, with a device for uncoupling the casting mold from the melt container, comprising means for rotating the casting mold in the state uncoupled from the melt container about a horizontal axis associated with the casting mold, with a control device which emits a signal for rotating the casting mold about its axis of rotation when the casting mold is filled with melt, and with a at least during the rotation about its horizontal axis connected to the mold shut-off device for closing the filling opening of the mold.
  • the invention combines rising casting with rotational molding.
  • the invention provides a closure connected to the mold, which remains firmly attached to the mold during rotation and keeps it closed. In this way, it is no longer necessary to wait until the beginning of the rotational movement that a sufficient amount of solidified melt material has formed in the filling opening of the casting mold, but the rotational movement can begin immediately after the filling of the casting mold has ended.
  • significantly shorter cycle times are achieved than they are possible in the usual rising casting.
  • the mold By the casting mold immediately after the filling with melt through at least during the turning process is firmly closed with the mold shut-off device is closed, the mold can be decoupled from the melt container immediately after closing with still liquid molten metal.
  • the shut-off device can be separated from the mold according to an advantageous embodiment of the invention. In this position, in which the effect of gravity prevents leakage of melt from the mold, unlike in the filling position and during the turning process itself, there is no longer any risk of melt leakage.
  • the separate from the mold shut-off can then be used again for closing subsequently to be filled molds.
  • the melt container is ready for pouring the molten metal directly into the casting mold for the next casting and, if necessary, for refilling with molten metal , This also means that the productivity, the economy and the availability of a device according to the invention over the prior art is increased.
  • the inventive arrangement of at least for the period of rotation connected to the mold shut-off device to perform the rotation of the mold without a docked to the mold melt container.
  • casting of cast parts can not only take place within short cycle times, but also proceeds in a mode of operation which can be implemented simply in terms of apparatus.
  • the inventive method and the device according to the invention are operationally safe to carry out.
  • the shut-off device can be sufficiently firmly connected to the casting mold in order to securely hold the casting mold tightly closed during rotation despite the resulting loads and to reliably prevent leakage of the still molten metal melt from the mold. This was all the more surprising with the use of such shut-off devices which are released from the casting mold after being turned to be used again.
  • high-quality castings are thus obtained by a complete mold filling with optimized solidification of the molten metal, wherein at the same time the productivity is significantly increased compared to the prior art.
  • the melt container may be, for example, a casting furnace known per se for low-pressure casting.
  • a device according to the invention may comprise a device for pressurizing the melt surface in the melt container.
  • the device for pressurizing may in particular be one with the interior of the melt container via a valve Connected compressed gas supply act, can be passed through the gas under pressure in the interior, which acts on the surface of the melt contained in the interior of the melt container.
  • the gas can be air. If the risk of oxidation in the melt container is to be reduced, however, it is also possible to use a gas which is inert with respect to the molten metal, for example nitrogen or a noble gas.
  • a particularly robust embodiment of a device according to the invention results when the shut-off device is designed as a slide closure.
  • a slide closure is usually characterized in that a first element of the closure can be displaced such that in a first position of the element a shut-off opening is opened and in a second position of the element, the opening is closed.
  • a slide closure can be easily manufactured and takes only a small amount of space.
  • the slide closure according to the model of the prior art in particular at least two plates each having a passage opening, wherein for closing the mold at least one of the plates from an open position in which the passages are in overlap, is moved to a closed position, in which the passage openings are completely offset from each other.
  • Such a design of the slide closure is on the one hand robust and easy in the production technology application.
  • this embodiment ensures particularly safe Way that during a rotation of the mold no molten metal escapes from the mold.
  • the casting mold may be a permanent casting mold.
  • molded parts such as molded sand parts.
  • Such a mold also referred to as a core package, is destroyed after the casting process and the solidification of the molten metal to the casting, so that then the finished casting is obtained.
  • the casting mold has both permanent casting moldings and molding cores if, for example, complex internal shapes of the casting are to be produced.
  • Figures 1 to 5 each show schematically a device for casting of light metal melt in four different operating positions in a partially broken side view.
  • the device V for casting an aluminum-based melt A comprises a casting mold 1, in whose wall 1a a filling opening 2 is formed.
  • the filling opening 2 opens into a formed in the mold 1 feeder section 3, which feeds the mold cavity 4, through which the casting to be produced is imaged.
  • cooling iron 5 are used.
  • the cooling irons 5 effect a targeted solidification profile in order to form a specific microstructure in the regions of the cast part assigned to the cooling iron 5.
  • shut-off device 6 designed as a slide closure is detachably fastened.
  • the shut-off device 6 has a first of the wall Ia directly associated slide plate 7, in which a through hole 8 is formed at a central location, and a second slide plate 9, which lies on the first slide plate 7 and in which also a through hole 10 is formed. Diameter and shape of the passage openings 8, 10 are adapted to the diameter and the shape of the filling opening 2.
  • the slide plates can be moved 7.9 against each other to bring their passage opening 8.10 in a passage position with each other and with the filling opening 2 and in a closed position in which the lying outside the passage opening 8 closed portion of the slide plate 7, the filling opening 2 closes and in which a closed, lying outside the passage opening 10 portion of the second slide plate 9 is disposed below the filling opening 2 and the filling opening 2 directly closing portion of the first slide plate 7 is supported.
  • the mold 1 is rotatably mounted in a rotary bearing, not shown, about a horizontally oriented axis of rotation X. About the axis of rotation X, the mold 1 can be rotated by means also not shown become. In addition, the mold 1 can be lifted by means of a likewise not shown adjusting device in the vertical direction Y.
  • the device 1 comprises a melting tank 12 ⁇ in which is stored to be cast molten aluminum A.
  • the melt container 12 has a lid 13, with which the melt container 12 can be sealed tightly against the environment U. Through the lid 13, a vertically aligned riser 14 is guided, the inlet opening 15 is arranged just above the bottom 16 of the melt container 12. In the operating position, however, the outlet opening 17 of the riser 14 is positioned just above the lid 13.
  • the melt container 12 is mounted on rollers 18 which are guided on rails 19.
  • the orientation and rotation of the mold 1 and the working positions of the shut-off devices 6 are controlled by a control device 20.
  • the interior space enclosed by the melt container 12 with the cover 13 attached can be subjected to a compressed gas, for example air or nitrogen.
  • a supply line 21 is guided through the cover 13 into the interior 12a of the melt container 12.
  • the supply line 21 is connected to a compressed gas supply 22, which provides a required for the expulsion of each required amount of melt gas volume with sufficient pressure.
  • the shut-off device 6 is opened by the passage openings 8.10 of its slide plates 7.9 are brought to cover each other and with the filling opening 2.
  • the mold sits with the outer slide plate 9 on the lid 13 of the positioned below the mold 1 and sealed by the lid melt container 12, wherein the outlet opening 17 of the riser pipe 14 is aligned with the filling opening 2 of the mold 1. In this way, the mold cavity 4 of the mold 1 is connected to the interior 12a of the melt container 12 (FIG. D).
  • melt A rises through the riser 14 into the mold 1 and fills in a quiet flow the mold cavity 4 of the mold 1.
  • the atmosphere contained in the mold cavity 4 escapes not over illustrated vents.
  • the melt A contained in the mold cavity 4 of the mold 1 is introduced uniformly and largely avoiding turbulence in all voids formed in the mold cavity 4, so that even complex moldings, such as engine blocks for internal combustion engines or the like, are generated safely and with optimum work result can (Fig. 2).
  • the control device 20 gives a signal to close the shut-off device 6.
  • the slide plates 7, 9 of the shut-off devices 6 are displaced against each other while the pressure in the melt container 12 is maintained until their passage openings 8, 10 are closed by the closed section each other slide plate is closed 9.7.
  • the mold 1 is lifted in the vertical direction Y and so separated from the melt container 12.
  • the melt container 12 can now be moved on the rails 19 to a further, not shown here, filling station, where already another empty mold waiting for the filling (Fig. 3).
  • control device 20 Immediately after the separation of the casting mold 1 from the melt container 12, the control device 20 gives a signal for rotating the casting mold 1 (FIG. 4).
  • the turning device then rotates the casting mold 1 by 180 ° about the axis of rotation X, until its still closed by the shut-off device 6 filling opening 2 faces upwards. If this overhead position, which is directed counter to the direction of gravity, has been reached, the shut-off device 6 can be detached from the casting mold 1 and fed to use at a casting mold (not shown here) to be filled with molten metal A (FIG. 5).

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Casting Support Devices, Ladles, And Melt Control Thereby (AREA)
  • Molds, Cores, And Manufacturing Methods Thereof (AREA)
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Abstract

Die Erfindung ermöglicht die besonders produktive Herstellung von qualitativ hochwertigen Gussstücken dadurch, dass beim Vergießen von Metallschmelze (A), insbesondere Aluminiumschmelze, eine Gießform (1) mit einer in Schwerkraftrichtung (S) weisenden Einfüllöffnung (2) bereitgestellt wird, dass die Gießform (1) mit der Einfüllöffnung (2) an einen die Metallschmelze (A) enthaltenden Schmelzenbehälter (12) angekoppelt wird, dass die Metallschmelze (A) aus dem Schmelzenbehälter (12) in die Gießform (1) entgegen der Schwerkraftrichtung (S) gefördert wird, die Gießform (1) unmittelbar nach dem Befüllen mit Metallschmelze (A) mittels einer Absperreinrichtung (6) verschlossen wird, die zumindest vorübergehend fest mit der Gießform (1) verbunden ist, dass die Gießform (1) unmittelbar auf das Verschließen der Gießform (1) folgend von dem Schmelzenbehälter (12) abgekoppelt wird und dass die Gießform (1) um eine horizontale Drehachse (X), wobei die Gießform (1) von der während des Drehens mit ihr weiterhin fest verbundenen Absperreinrichtung (6) verschlossen gehalten bleibt. Darüber hinaus betrifft die Erfindung eine entsprechend ausgebildete Vorrichtung.

Description

VERFAHREN UND VORRICHTUNG ZUM GIEßEN VON METALLSCHMELZE
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Gießen von Metallschmelze, insbesondere von Leichtmetallschmelzen, wie Aluminium-basierten Schmelzen.
Üblicherweise wird für die Herstellung von Gussstücken eine Gießform bereitgestellt, die einen das herzustellende Gussstück abbildenden Formhohlraum aufweist. Die Metallschmelze wird dann aus einem Schmelzenbehälter in den Formhohlraum abgegossen. Der Schmelzenbehälter kann dabei beispielsweise ein Gießofen oder ein anderer mit Schmelze befüllter Behälter sein, in dem die Schmelze auf einem für das Gießen erforderlichen Temperaturniveau gehalten wird. Nachdem die Schmelze in der Gießform zu dem herzustellenden Gussstück erstarrt ist, werden Gießform und Gussstück voneinander getrennt.
Die Eigenschaften eines Gussstücks werden stark beeinflusst vom Verlauf der Erstarrung der Schmelze in der Gießform und der zur Kompensation der Volumenschwindung erforderlichen Nachspeisung. So zeigt sich eine besonders gleichförmige Eigenschaftsverteilung, wenn die Formfüllung mit Schmelze in einem kontinuierlichen Vorgang unter Vermeidung größerer Schmelzenströmungen in der Gießform durchgeführt wird und die Erstarrung gleichmäßig verteilt und an der dem Speiser gegenüberliegenden Seite der Gießform einsetzt. Zu diesem Zweck sind Verfahren bekannt, bei denen die Schmelze gegen die Wirkrichtung der Schwerkraft in die Gießform gefördert wird. Bei einigen dieser in der Fachsprache auch als "steigendes Gießen" bekannten Gießverfahren ist der Schmelzenbehälter unter der Gießform angeordnet. Die Schmelze wird dann durch Druckbeaufschlagung der über der Schmelze im Schmelzenbehälter lastenden Atmosphäre über ein Steigrohr in den Formhohlraum der Gießform gedrückt. Dies erfolgt in der Regel dadurch, dass ein Gas unter Druck in den von Schmelze frei bleibenden Raum des Schmelzenbehälters eingeleitet wird. Alternativ kann zum Fördern der Schmelze auch ein Unterdruck an den Formhohlraum der Gießform angelegt oder die Metallschmelze mittels elektromagnetischer Kräfte in die Gießform gefördert werden.
Dieses Befüllen der Gießform mit Schmelze entgegen der Schwerkraftrichtung hat den Vorteil, dass ein ruhiger und kontrollierter Gießverlauf bei minimierten Verwirbelungen der Schmelze erreicht wird. Die Gefahr von Gussfehlern in dem hergestellten Gussstück kann so deutlich vermindert werden. Nachteilig bei solchen Verfahren ist allerdings, dass die Gießformen jeweils über eine lange Dauer in der Gießanlage verweilen müssen, die für die vollständige Erstarrung des jeweils in ihnen erzeugten Gussteils benötigt wird.
Eine Vorrichtung zur Durchführung des steigenden Gießens ist beispielsweise aus der DE 100 33 904 Al bekannt. Bei dieser bekannten Vorrichtung ist zwischen der Gießform und dem Schmelzenbehälter ein Schieberverschluss angeordnet, der aus zwei aufeinander liegenden und gegeneinander verschiebbaren Platten gebildet ist, die jeweils eine Durchgangsöffnung aufweisen. Zum Befüllen der Gießform werden die Durchgangsöffnungen in Deckung gebracht, so dass Schmelze durch ein Steigrohr vom Schmelzenbehälter in die Gießform strömen kann. Sobald die Gießform gefüllt ist, wird die eine der Schieberplatten gegenüber der anderen verschoben, so dass die Durchgangsöffnungen verschlossen sind. Anschließend kann die Gießform abtransportiert und ein weiterer Gießzyklus gestartet werden.
Sobald sich in der Einfüllöffnung der Gießform ein Stopfen aus erstarrter Schmelze gebildet hat, kann der Schieberverschluss für eine Verwendung entfernt werden. Um die bis dahin vergehende Wartezeit zu verkürzen, kann an der Einfüllöffnung eine Kühleinrichtung vorgesehen sein, die eine gezielte Kühlung der im Einfüllbereich vorhandenen Schmelze bewirkt.
Zur weiteren Verbesserung der Qualität von Gusserzeugnissen ist vorgeschlagen worden, die Gießform zum Füllen mit Schmelze zu drehen. Zu diesem Zweck ist in der DE 100 19 309 Al vorgeschlagen worden, einen Metallschmelze enthaltenden Schmelzenbehälter mit seiner nach oben ausgerichteten Öffnung an eine nach unten weisende Einfüllöffnung einer Gießform anzudocken. Anschließend wird die Gießform gemeinsam mit dem fest mit ihr verbundenen Schmelzenbehälter um ca. 180° gedreht. Im Zuge der Drehung gelangt die Schmelze von dem Schmelzenbehälter in die Gießform. Wenn die Endstellung der Drehung erreicht ist, wird der Schmelzenbehälter von der Gießform entfernt. Die heiße, nun oben befindliche Restschmelze im Speiserbereich kann dann unter Wirkung der Schwerkraft weiterhin wirksam bleiben und den mit der Erstarrung der Schmelze einhergehenden Volumenverlust besonders wirkungsvoll ausgleichen.
Durch die Rotation der Gießform mit dem Schmelzenbehälter wird eine vollständige Füllung der Gießform mit Metallschmelze erreicht. Die Schmelze gelangt bei der Rotation dadurch , dass im Zuge der Formdrehung die in die Gießform eingefüllte Metallschmelze gleichmäßig der Schwerkraft ausgesetzt ist, sicher in alle Bereiche des Formhohlraums der Gießform, der das zu gießende Gussteil abbildet. Zudem wird durch dieses in der Fachsprache auch "Rotationsgießen" genannte Gießverfahren die Gefügestruktur in Folge einer gerichteten Erstarrung optimiert, die durch die mit der Rotation einhergehenden Ausrichtung der Gießform bewirkt wird. Auf diese Weise können geometrisch komplex gestaltete Gussteile von hoher Qualität hergestellt werden.
Allerdings ist die Formfüllung bei dem bekannten Verfahren beispielsweise dann nicht optimal, wenn bei zylindrischen Innengeometrien besonders homogene Erstarrungsmorphologien gefordert sind.
Neben dem voranstehend erläuterten Stand der Technik sind aus der DE 196 49 014 Al darüber hinaus ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung von Gussstücken aus Aluminiumlegierungen bekannt. Dabei ist zur Erhöhung der Produktivität vorgesehen, dass die Aluminiumschmelze mit einem verhältnismäßig niedrigen Druck über ein Steigrohr von unten nach oben in eine aus einem vergasbaren Schaumstoff hergestellte Gießform gedrückt wird. Nach dem Abguss wird die Gießform zusammen mit dem Gießbehälter um eine etwa horizontal verlaufende Drehachse im Bereich des Zulaufs des Gussstücks gedreht. Aufgabe der vorliegenden Erfindung war es, bei hoher Produktivität Gussstücke zu erzeugen, die auch weiter erhöhte Qualitätsanforderungen sicher erfüllen.
Diese Aufgabe ist zum einen durch ein Verfahren zum Gießen von Metallschmelze gelöst worden, das folgende Schritte umfasst:
- Bereitstellen einer Gießform mit einer in Schwerkraftrichtung weisenden Einfüllöffnung,
- Ankoppeln der Gießform mit der Einfüllöffnung an einen die Metallschmelze enthaltenden Schmelzenbehälter,
- Fördern der Metallschmelze aus dem Schmelzenbehälter in die Gießform entgegen der Schwerkraftrichtung,
- Verschließen der Gießform unmittelbar nach dem Befüllen mit Metallschmelze mittels einer Absperreinrichtung, die zumindest vorübergehend fest mit der Gießform verbunden ist,
- unmittelbar auf das Verschließen der Gießform folgendes Abkoppeln der Gießform von dem Schmelzenbehälter und
- Drehen der Gießform um eine horizontale Drehachse, wobei die Gießform von der während des Drehens mit ihr weiterhin fest verbundenen Absperreinrichtung verschlossen gehalten bleibt.
Zum anderen ist die oben genannte Aufgabe auch durch eine Vorrichtung zum Gießen von Metallschmelze gelöst worden, die mit einer eine Einfüllöffnung aufweisenden Gießform, mit einer Einrichtung zum Ankoppeln der Gießform an einen Schmelzenbehälter, der in dieser Betriebsstellung unterhalb der Gießform angeordnet ist und die Metallschmelze enthält, mit einer Einrichtung zum Fördern der Metallschmelze aus dem Schmelzenbehälter in die Gießform durch die Einfüllöffnung entgegen der Schwerkraftrichtung, mit einer Einrichtung zum Abkoppeln der Gießform von dem Schmelzenbehälter, mit einer Einrichtung zum Drehen der Gießform im vom Schmelzenbehälter abgekoppelten Zustand um eine der Gießform zugeordnete horizontale Achse, mit einer Steuereinrichtung, die ein Signal zum Drehen der Gießform um deren Drehachse abgibt, wenn die Gießform mit Schmelze gefüllt ist, und mit einer zumindest während der Drehung um deren horizontale Achse fest mit der Gießform verbundenen Absperreinrichtung zum Verschließen der Einfüllöffnung der Gießform.
Die Erfindung kombiniert das steigende Gießen mit dem Rotationsgießen. Um dabei kurze Taktzeiten zu erreichen, sieht die Erfindung einen mit der Gießform verbundenen Verschluss vor, der während des Drehens fest an der Gießform verbleibt und sie verschlossen hält. Auf diese Weise muss bis zum Beginn der Drehbewegung nicht mehr gewartet werden, dass sich in der Einfüllöffnung der Gießform eine ausreichende Menge erstarrten Schmelzenmaterials gebildet hat, sondern die Drehbewegung kann unmittelbar nach Beendigung der Füllung der Gießform einsetzen. Schon auf diese Weise werden erheblich kürzere Taktzeiten erreicht, als sie beim üblichen steigenden Gießen möglich sind.
Indem die Gießform unmittelbar nach der Befüllung mit Schmelze durch eine zumindest während des Drehvorgangs fest mit der Gießform verbundene Absperreinrichtung verschlossen wird, kann die Gießform unmittelbar nach dem Verschließen bei noch flüssiger Metallschmelze von dem Schmelzenbehälter abgekoppelt werden.
Wenn dann eine oben liegende Position der Gießform erreicht ist, kann gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung die Absperreinrichtung von der Gießform getrennt werden. In dieser Position, in der die Wirkung der Schwerkraft ein Auslaufen von Schmelze aus der Gießform verhindert, besteht anders als in der Befüllstellung und während des Drehvorgangs selbst keine Gefahr des Austretens von Schmelze mehr. Die von der Gießform getrennte Absperreinrichtung kann daraufhin wieder zum Verschließen von nachfolgend zu befüllenden Gießformen verwendet werden.
Indem die Gießform unmittelbar nach dem Befüllen gedreht werden kann, indem sie erfindungsgemäß auch während des Drehvorgangs mit einer Absperreinrichtung verschlossen gehalten wird, steht der Schmelzenbehälter direkt nach dem Abgießen der Metallschmelze in die Gießform für den nächsten Gießvorgang und erforderlichenfalls für eine erneute Befüllung mit Metallschmelze bereit. Auch dies führt dazu, dass die Produktivität, die Wirtschaftlichkeit und die Verfügbarkeit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung gegenüber dem Stand der Technik erhöht ist.
Darüber hinaus wird es durch die erfindungsgemäße Anordnung einer mindestens für den Zeitraum der Drehung fest mit der Gießform verbundenen Absperreinrichtung problemlos möglich, das Drehen der Gießform ohne einen an die Gießform angedockten Schmelzenbehälter durchzuführen. Bei erfindungsgemäßer Vorgehensweise kann daher das Abgießen von Gussteilen nicht nur innerhalb kurzer Taktzeiten erfolgen, sondern läuft auch in einer Funktionsweise ab, die apparativ einfach verwirklicht werden kann. Dabei sind das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Vorrichtung betriebssicher durchführbar. Überraschend hat sich nämlich gezeigt, dass die Absperreinrichtung sich ausreichend fest mit der Gießform verbinden lässt, um die Gießform beim Drehen trotz der dabei auftretenden Belastungen sicher dicht geschlossen zu halten und ein Austreten der noch flüssigen Metallschmelze aus der Form sicher zu verhindern. Dies war umso überraschender bei Einsatz solcher Absperreinrichtungen, die nach dem Drehen von der Gießform gelöst werden, um erneut verwendet zu werden.
Erfindungsgemäß werden so qualitativ hochwertige Gussstücke durch eine vollständige Formfüllung bei optimierter Erstarrung der Metallschmelze erhalten, wobei gleichzeitig die Produktivität deutlich gegenüber dem Stand der Technik erhöht ist.
Bei dem Schmelzenbehälter kann es sich beispielsweise um einen an sich bekannten Gießofen zum Niederdruckgießen handeln.
Die Metallschmelze kann durch eine Druckbeaufschlagung der Schmelzenoberfläche aus dem Schmelzenbehälter in die Gießform gefördert werden. Dazu kann eine erfindungsgemäße Vorrichtung eine Einrichtung zur Druckbeaufschlagung der Schmelzenoberfläche in dem Schmelzenbehälter umfassen. Bei der Einrichtung zur Druckbeaufschlagung kann es sich insbesondere um eine mit dem Innenraum des Schmelzenbehälters über ein Ventil verbundene Druckgasversorgung handeln, über die Gas unter Druck in den Innenraum geleitet werden kann, das die Oberfläche der im Innenraum des Schmelzenbehälters enthaltenen Schmelze beaufschlagt. Bei dem Gas kann es sich um Luft handeln. Soll die Gefahr einer Oxidation im Schmelzenbehälter vermindert werden, kann jedoch auch ein in Bezug auf die Metallschmelze inertes Gas, beispielsweise Stickstoff oder ein Edelgas, eingesetzt werden.
Eine besonders robuste Ausführung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung ergibt sich, wenn die Absperreinrichtung als Schieberverschluss ausgebildet ist. Ein solcher Schieberverschluss ist üblicherweise dadurch gekennzeichnet, dass ein erstes Element des Verschlusses derart verschoben werden kann, dass in einer ersten Position des Elements eine abzusperrende Öffnung geöffnet ist und in einer zweiten Position des Elements die Öffnung verschlossen ist. Ein derartiger Schieberverschluss lässt sich einfach herstellen und nimmt nur einen geringen Bauraum ein. Dabei kann der Schieberverschluss nach dem Vorbild des Standes der Technik insbesondere mindestens zwei Platten mit jeweils einer Durchtrittsöffnung aufweisen, wobei zum Verschließen der Gießform mindestens eine der Platten von einer geöffneten Position, in der die Durchtrittsöffnungen in Überdeckung liegen, in eine verschlossene Position verschoben wird, in der die Durchtrittsöffnungen vollständig zueinander versetzt sind. Eine solche Ausgestaltung des Schieberverschlusses ist einerseits robust und einfach in der produktionstechnischen Anwendung. Andererseits gewährleistet diese Ausgestaltung in besonders sicherer Weise, dass bei einer Drehung der Gießform keine Metallschmelze aus der Gießform austritt.
Wenn die Erfindung in der Großserienproduktion eingesetzt werden soll, kann es sich bei der Gießform um eine Dauergießform handeln. Um die Vorteile von verlorenen Formen, wie beispielsweise die hohe Flexibilität auszunutzen, ist es jedoch auch möglich, die Gießform aus Formstoffteilen, wie beispielsweise Formsandteilen, herzustellen. Eine solche Gießform, auch als Kernpaket bezeichnet, wird nach dem Gießvorgang und der Erstarrung der Metallschmelze zu dem Gussstück zerstört, so dass anschließend das fertige Gussstück erhalten wird. Es ist jedoch auch denkbar, dass die Gießform sowohl Dauergießformteile als auch Formstoffkerne aufweist, wenn beispielsweise komplexe Innenformen des Gussteils erzeugt werden sollen.
Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben und werden nachfolgend anhand einer ein Ausführungsbeispiel der Erfindung darstellenden Zeichnung näher erläutert.
Die Figuren 1 bis 5 zeigen jeweils schematisch eine Vorrichtung zum Vergießen von Leichtmetallschmelze in vier verschiedenen Betriebsstellungen in einer teilweise aufgebrochenen seitlichen Ansicht.
Die Vorrichtung V zum Vergießen einer Aluminium-basierten Schmelze A umfasst eine Gießform 1, in deren eine Wand Ia eine Einfüllöffnung 2 eingeformt ist. Die Einfüllöffnung 2 mündet in einen in der Gießform 1 ausgebildeten Speiserabschnitt 3, der den Formhohlraum 4 speist, durch den das herzustellende Gussstück abgebildet wird. Im Formhohlraum 4 sind Kühleisen 5 eingesetzt. Wenn die Schmelze A in den Formhohlraum 4 gefüllt ist, bewirken die Kühleisen 5 einen gezielten Erstarrungsverlauf, um in dem den Kühleisen 5 zugeordneten Bereichen des Gussteils eine bestimmte Gefügestruktur auszubilden.
An derjenigen Wand Ia der Gießform 1, in die die Einfüllöffnung 2 eingeformt ist, ist eine als Schieberverschluss ausgebildete Absperreinrichtung 6 lösbar befestigt. Die Absperreinrichtung 6 weist eine erste der Wand Ia direkt zugeordnete Schieberplatte 7, in die an zentraler Stelle eine Durchgangsöffnung 8 eingeformt ist, und eine zweite Schieberplatte 9 auf, die auf der ersten Schieberplatte 7 liegt und in die ebenfalls eine Durchgangsöffnung 10 eingeformt ist. Durchmesser und Form der Durchgangsöffnungen 8,10 sind an den Durchmesser und die Form der Einfüllöffnung 2 angepasst. Mittels einer Stelleinrichtung 11 können die Schieberplatten 7,9 gegeneinander verschoben werden, um in einer Durchgangsstellung ihre Durchgangsöffnung 8,10 in Deckung miteinander und mit der Einfüllöffnung 2 und in eine Schließstellung zu bringen, in der der außerhalb der Durchgangsöffnung 8 liegende geschlossene Abschnitt der Schieberplatte 7 die Einfüllöffnung 2 verschließt und in der auch ein geschlossener, außerhalb der Durchgangsöffnung 10 liegender Abschnitt der zweiten Schieberplatte 9 unter der Einfüllöffnung 2 angeordnet ist und den die Einfüllöffnung 2 direkt verschließenden Abschnitt der ersten Schieberplatte 7 stützt.
Die Gießform 1 ist in nicht dargestellten Drehlagerungen drehbar um eine horizontal ausgerichtete Drehachse X gelagert. Um die Drehachse X kann die Gießform 1 mittels einer ebenfalls nicht dargestellten Einrichtung gedreht werden. Zusätzlich kann die Gießform 1 mit Hilfe einer ebenfalls nicht dargestellten Stelleinrichtung in vertikaler Richtung Y angehoben werden.
Des Weiteren umfasst die Vorrichtung 1 einen ■Schmelzenbehälter 12, in dem die zu vergießende Aluminiumschmelze A bevorratet wird. Der Schmelzenbehälter 12 weist einen Deckel 13 auf, mit dem der Schmelzenbehälter 12 dicht gegenüber der Umgebung U verschlossen werden kann. Durch den Deckel 13 ist ein senkrecht ausgerichtetes Steigrohr 14 geführt, dessen Eintrittsöffnung 15 kurz über dem Boden 16 des Schmelzenbehälters 12 angeordnet ist. In Betriebsstellung ist die Austrittsöffnung 17 des Steigrohrs 14 dagegen kurz oberhalb des Deckels 13 positioniert. Der Schmelzenbehälter 12 ist auf Rollen 18 gelagert, die auf Schienen 19 geführt sind.
Die Ausrichtung und Drehung der Gießform 1 sowie die Arbeitsstellungen der Absperreinrichtungen 6 werden von einer Steuereinrichtung 20 gesteuert.
Zum Ausfördern von Schmelze A aus dem Schmelzenbehälter 12 kann der vom Schmelzenbehälter 12 bei aufgesetztem Deckel 13 umschlossene Innenraum mit einem Druckgas, beispielsweise Luft oder Stickstoff, beaufschlagt werden. Dazu ist durch den Deckel 13 eine Versorgungsleitung 21 in den Innenraum 12a des Schmelzenbehälters 12 geführt. Die Versorgungsleitung 21 ist an eine Druckgasversorgung 22 angeschlossen, die ein für das Austreiben der jeweils benötigten Schmelzenmenge erforderliches Gasvolumen mit ausreichendem Druck zur Verfügung stellt. In der Ausgangsstellung für das Befüllen ist die leere Gießform 1 derart ausgerichtet, dass ihre Einfüllöffnung 2 nach unten in Richtung S der Schwerkraft gerichtet ist. Die Absperreinrichtung 6 ist geöffnet, indem die Durchgangsöffnungen 8,10 seiner Schieberplatten 7,9 zur Deckung miteinander und mit der Einfüllöffnung 2 gebracht sind.
Die Gießform sitzt dabei mit der außen liegenden Schieberplatte 9 auf dem Deckel 13 des unterhalb der Gießform 1 positionierten und durch den Deckel dicht verschlossenen Schmelzenbehälters 12, wobei die Austrittsöffnung 17 des Steigrohrs 14 fluchtend zur Einfüllöffnung 2 der Gießform 1 ausgerichtet ist. Auf diese Weise ist der Formhohlraum 4 der Gießform 1 mit dem Innenraum 12a des Schmelzenbehälters 12 verbunden (Fig. D •
Anschließend presst die Druckgasversorgung 22 Druckgas in den Innenraum 12a des Schmelzenbehälters 12. Infolge dessen steigt Schmelze A durch das Steigrohr 14 in die Gießform 1 und füllt in einem ruhigen Fluss den Formhohlraum 4 der Gießform 1. Die im Formhohlraum 4 enthaltene Atmosphäre entweicht dabei über nicht dargestellte Entlüftungsöffnungen. Durch die Druckbeaufschlagung wird die im Formhohlraum 4 der Gießform 1 enthaltene Schmelze A gleichmäßig und unter weitgehender Vermeidung von Turbulenzen in sämtliche im Formhohlraum 4 ausgebildete Hohlräume eingebracht, so dass auch komplexe Formstücke, wie Motorblöcke für Verbrennungsmotoren oder desgleichen, sicher und mit optimalem Arbeitsergebnis erzeugt werden können (Fig. 2) . Sobald der Füllvorgang abgeschlossen ist, gibt die Steuereinrichtung 20 ein Signal zum Schließen der Absperreinrichtung 6. Dazu werden bei weiterhin aufrecht erhaltenem Druck im Schmelzenbehälter 12 die Schieberplatten 7,9 der Absperreinrichtungen 6 gegeneinander verschoben, bis ihre Durchgangsöffnungen 8,10 durch den geschlossenen Abschnitt der jeweils anderen Schieberplatte 9,7 geschlossen ist. Sobald dieser Vorgang abgeschlossen ist, wird die Gießform 1 in vertikaler Richtung Y angehoben und so vom Schmelzenbehälter 12 getrennt. Der Schmelzenbehälter 12 kann nun auf den Schienen 19 zu einer weiteren, hier nicht gezeigten Befüllstation bewegt werden, wo bereits eine weitere leere Gießform auf die Befüllung wartet (Fig. 3) .
Unmittelbar nach der Trennung der Gießform 1 vom Schmelzenbehälter 12 gibt die Steuereinrichtung 20 ein Signal zum Drehen der Gießform 1 (Fig. 4) .
Die nicht gezeigte Dreheinrichtung dreht die Gießform 1 daraufhin um 180° um die Drehachse X, bis ihre nach wie vor von der Absperreinrichtung 6 verschlossene Einfüllöffnung 2 nach oben zeigt. Ist diese oben liegende, entgegen der Schwerkraftrichtung gerichtete Stellung erreicht, kann die Absperreinrichtung 6 von der Gießform 1 gelöst und einer Verwendung an einer nachfolgend mit Metallschmelze A zu befüllenden, hier nicht gezeigten Gießform zugeführt werden (Fig. 5) .
Erfindungsgemäß wird somit sichergestellt, dass die erhaltenen Gussstücke auch höchsten Ansprüchen genügen und es zu keinem nennenswerten Ausschuss im Zuge der Gussstückherstellung kommt. Gleichzeitig erfolgt die Herstellung von Gussstücken erfindungsgemäß in vereinfachter Weise und mit erhöhter Produktivität.
Bezugszeichen
A Aluminiumschmelze
U Umgebung der Vorrichtung V
S Richtung der Schwerkraft
V Vorrichtung zum Vergießen einer Aluminium¬ basierten Schmelze A
X Drehachse der Gießform 1
Y vertikal ausgerichtete Stellachse der Gießform 1
1 Gießform
Ia Wand der Gießform 1
2 Einfüllöffnung
3 Speiserabschnitt
4 Formhohlraum
5 Kühleisen
6 Absperreinrichtung
7 Schieberplatte
8 Durchgangsöffnung der Schieberplatte 7
9 Schieberplatte
10 Durchgangsöffnung
11 Stelleinrichtung
12 Schmelzenbehälter
12a Innenraum des Schmelzenbehälters 12
13 Deckel des Schmelzenbehälters 12
14 Steigrohr
15 Eintrittsöffnung des Steigrohrs 14
16 Boden des Schmelzenbehälters
17 Austrittsöffnung des Steigrohrs 14
18 Rollen
19 Schienen
20 Steuereinrichtung
21 Versorgungsleitung
22 Druckgasversorgung

Claims

P A T E N T A N S P R Ü C H E
1. Verfahren zum Gießen von Metallschmelze (A), insbesondere Aluminiumschmelze, umfassend die Schritte:
- Bereitstellen einer Gießform (1) mit einer in Schwerkraftrichtung (S) weisenden Einfüllöffnung (2)
- Ankoppeln der Gießform (1) mit der Einfüllöffnung
(2) an einen die Metallschmelze (A) enthaltenden Schmelzenbehälter (12),
- Fördern der Metallschmelze (A) aus dem Schmelzenbehälter (12) in die Gießform (1) entgegen der Schwerkraftrichtung (S) ,
- Verschließen der Gießform (1) unmittelbar nach dem Befüllen mit Metallschmelze (A) mittels einer Absperreinrichtung (6), die zumindest vorübergehend fest mit der Gießform (1) verbunden ist,
- unmittelbar auf das Verschließen der Gießform (1) folgendes Abkoppeln der Gießform (1) von dem Schmelzenbehälter (12) und
- Drehen der Gießform (1) um eine horizontale Drehachse (X), wobei die Gießform (1) von der während des Drehens mit ihr weiterhin fest verbundenen Absperreinrichtung (6) verschlossen gehalten bleibt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s die Absperreinrichtung (6) nach dem Drehen der Gießform
(1) von der Gießform (1) getrennt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s die Absperreinrichtung (6) von der Gießform gelöst wird, wenn sie eine oben liegende Stellung erreicht hat.
4. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s die Metallschmelze (A) über ein Steigrohr (14) aus dem Schmelzenbehälter (12) in die Gießform (1) gefördert wird.
5. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s die Metallschmelze (A) durch eine Druckbeaufschlagung der Schmelzenoberfläche aus dem Schmelzenbehälter (12) in die Gießform (1) gefördert wird.
6. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s die Absperreinrichtung (6) als Schieberverschluss ausgebildet ist.
7. Verfahren nach Anspruch 6, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s die Absperreinrichtung (6) mindestens zwei Platten (7,9) mit jeweils einer Durchtrittsöffnung (8,10) aufweist, wobei zum Verschließen der Gießform (1) mindestens eine der Platten (7,9) von einer geöffneten Position, in der die Durchtrittsöffnungen (8,10) in Überdeckung liegen, in eine verschlossene Position verschoben wird, in der die Durchtrittsöffnungen (8,10) vollständig zueinander versetzt liegen.
8. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s die Gießform (1) um ca. 180° gedreht wird.
9. Vorrichtung zum Gießen von Metallschmelze (A),
- mit einer eine Einfüllöffnung (2) aufweisenden Gießform (1) ,
- mit einer Einrichtung zum Ankoppeln der Gießform
(A) an einen Schmelzenbehälter (12) , der in dieser Betriebsstellung unterhalb der Gießform (1) angeordnet ist und die Metallschmelze (A) enthält,
- mit einer Einrichtung zum Fördern der Metallschmelze (A) aus dem Schmelzenbehälter (12) in die Gießform (1) durch die Einfüllöffnung (2) entgegen der Schwerkraftrichtung (S) ,
- mit einer Einrichtung zum Abkoppeln der Gießform
(1) von dem Schmelzenbehälter (12) ,
- mit einer Einrichtung zum Drehen der Gießform (1) im vom Schmelzenbehälter (12) abgekoppelten Zustand um eine der Gießform (1) zugeordnete horizontale Achse (X) , - mit einer Steuereinrichtung (20) , die ein Signal zum Drehen der Gießform (1) um die Drehachse (X) abgibt, wenn die Gießform (1) mit Schmelze (A) gefüllt ist, und
- mit einer zumindest während der Drehung um deren horizontale Achse (X) fest mit der Gießform (1) verbundenen Absperreinrichtung (6) zum Verschließen der Einfüllöffnung (2) der Gießform (1) .
10. Vorrichtung nach Anspruch 9, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s die Absperreinrichtung (8) derart mit der Gießform verbunden ist, dass sie von der Gießform (1) lösbar ist, wenn sie bei einer Drehung der Gießform (1) um die horizontale Achse (X) eine oben liegende Stellung erreicht hat.
11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 oder 10, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s der Schmelzenbehälter (12) ein Steigrohr (14) zum Fördern der Metallschmelze (A) aus dem Schmelzenbehälter (12) in die Gießform (1) aufweist.
12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 11, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s die Einrichtung zum Fördern der Metallschmelze (A) eine Einrichtung (22) zur Druckbeaufschlagung der Schmelzenoberfläche in dem Schmelzenbehälter (12) umfasst.
13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 12, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s die Absperreinrichtung (6) ein Schieberverschluss ist.
14. Vorrichtung nach Anspruch 13, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s die Absperreinrichtung (6) mindestens zwei Platten (7,9) mit jeweils einer Durchtrittsöffnung (8,10) aufweist und d a s s zum Verschließen der Gießform (1) mindestens eine der Platten (8,10) von einer geöffneten Position, in der die Durchtrittsöffnungen (8,10) in Überdeckung liegen, in eine verschlossene Position verschiebbar ist, in der die Durchtrittsöffnungen (8,10) vollständig zueinander versetzt liegen.
15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 14, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s die Gießform (1) eine Dauergießform ist.
16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 15, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s die Gießform (1) aus Formstoffkernen gebildet ist.
17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 16, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s die Gießform (1) Dauergießformteile und Formstoffkerne aufweist.
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