EP2352608B1

EP2352608B1 - VERFAHREN ZUM GIEßEN EINES GUSSTEILS AUS EINER METALLSCHMELZE

Info

Publication number: EP2352608B1
Application number: EP09759721.5A
Authority: EP
Inventors: Herbert Smetan; Klaus Lellig
Original assignee: Nemak Dillingen GmbH
Current assignee: Nemak Dillingen GmbH
Priority date: 2008-11-24
Filing date: 2009-11-23
Publication date: 2013-09-11
Anticipated expiration: 2029-11-23
Also published as: CN102223969A; MX340704B; RU2480309C2; BRPI0921178A2; UA101526C2; CA2742889A1; US8302659B2; EP2352608A1; KR101247361B1; PL2352608T3; WO2010058003A1; JP5481488B2; MX2011005066A; ES2436315T3; RU2011125939A; KR20110099114A; CA2742889C; JP2012509767A; US20120012272A1; BRPI0921178B1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Gießen eines Gussteils aus einer Metallschmelze. Bei der erfindungsgemäß verarbeiteten Metallschmelze handelt es sich insbesondere um eine Leichtmetallschmelze, vorzugsweise eine auf Aluminium oder einer Aluminiumlegierung basierenden Schmelze.
Die Eigenschaften eines Gussstücks werden stark vom Verlauf der Erstarrung der Schmelze in der Gießform und der zur Kompensation der Volumenschwindung erforderlichen Nachspeisung beeinflusst. 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 anschließend gleichmäßig verteilt, an der dem Speiser gegenüberliegenden Seite der Gießform, einsetzt.
Qualitativ besonders hochwertige Gusserzeugnisse lassen sich durch das so genannte "Rotationsgießen" erzeugen. Eine in der Praxis für die Erzeugung von qualitativ hochwertigen Gussteilen bewährte Ausgestaltung dieses Gießverfahrens ist in der DE 100 19 309 A1 vorgeschlagen worden. Demnach wird ein Metallschmelze enthaltender Schmelzenbehälter mit seiner nach oben ausgerichteten Öffnung an eine nach unten weisende Einfüllöffnung einer Gießform angedockt. 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 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 das Gefüge des Gussteils in Folge der gerichteten Erstarrung optimiert, die durch die mit der Rotation einhergehenden Ausrichtung der Gießform bewirkt wird.
Probleme ergeben sich beim in der voranstehend erläuterten Weise durchgeführten Rotationsgießen allerdings dann, wenn bei zylindrischen Innengeometrien besonders homogene Erstarrungsmorphologien gefordert sind. Indem die Gießform zunächst entgegen der Schwerkraft gefüllt und anschließend zum Abkühlen gedreht wird, kann zwar eine ruhigere Formfüllung und damit einhergehend besseres Erstarrüngsergebnis erzielt werden. Allerdings kann es bereits vor dem Drehen zu Gussfehlern kommen, welche sich zumeist durch Blasen oder Kaltläufe im Gussteil zeigen. Diese Gussfehler werden darauf zurückgeführt, dass die Schmelze bereits vor der Drehung der Gießform in der Gießform so stark abkühlt, dass sich unkontrollierte Erstarrungsfronten bilden ("Kaltläufe") oder die Schmelze unter Einschluss von Gas in die Gießform zurücksackt.
Vor diesem Hintergrund bestand die Aufgabe der Erfindung darin, ein Verfahren zu schaffen, mit dem sich mit hoher Betriebssicherheit auf besonders wirtschaftliche Weise hochwertige, komplex geformte Gießteile erzeugen lassen.
In Bezug auf das Verfahren ist diese Aufgabe dadurch gelöst worden, dass ein solches Verfahren erfindungsgemäß die in Anspruch 1 genannten Maßnahmen umfasst. Vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind in den auf Anspruch 1 rückbezogenen Ansprüchen genannt.
Gemäß der Erfindung wird zum Gießen eines Gussteils aus einer Metallschmelze zunächst eine in einem Drehgestell gelagerte Gießform bereitgestellt (Arbeitsschritt a). Diese Gießform umfasst einen das Gussteil abbildendenden Formhohlraum, ein Speisersystem zum Speisen des Formhohlraums mit Metallschmelze sowie einen Angusskanal, über den das Speisersystem mit Metallschmelze befüllbar ist. Dabei ist das Speisersystem in Bezug auf den Formhohlraum der Gießform derart angeordnet, dass bei in eine Füllstellung gedrehter Gießform die Füllung des Formhohlraums mit der Metallschmelze über das Speisersystem entgegen der Wirkrichtung der Schwerkraft erfolgt. Gleichzeitig ist die zum Einfüllen der Metallschmelze vorgesehene Einfüllöffnung des Angusskanals an einer Seitenfläche der Gießform derart entfernt zu seiner Einmündung in das Speisersystem angeordnet, dass die Einfüllöffnung des Angusskanals in der jeweiligen Füllstellung der Gießform oberhalb der Einmündung in das Speisersystem angeordnet ist.
Vor dem Befüllen wird die so bereitgestellte Gießform in eine Füllstellung ausgerichtet, in der in den Angusskanal gefüllte Metallschmelze in Folge der Wirkung der Schwerkraft durch den Angusskanal fließt, wobei die Hauptfließrichtung der Metallschmelze mit der Wirkrichtung der Schwerkraft einen Winkel einschließt (Arbeitsschritt b). "Hauptfließrichtung" der Metallschmelze meint in diesem Zusammenhang die Fließrichtung, in der die Schmelze unabhängig vom jeweiligen tatsächlichen Verlauf des Angusskanals fließen müsste, um auf direktem Wege von der Einfüllöffnung zur Einmündung des Angusskanals in das Speisersystem zu gelangen. Dabei ist es selbstverständlich, dass die Ausrichtung der Gießform in der erfindungsgemäß vorgegebenen Füllstellung jeweils in einem gesonderten Arbeitsgang vorgenommen werden kann, dass es aber genauso möglich ist, die Gießform im Zuge ihrer Bereitstellung bereits so auszurichten, dass sie den Anforderungen der erfindungsgemäßen Vorgehensweise genügt.
Die in Füllstellung ausgerichtete Gießform wird dann mit der Metallschmelze befüllt, bis die Gießform einschließlich des Angusskanals vollständig mit Metallschmelze gefüllt ist (Arbeitsschritt c).
Sobald die Gießform ausreichend gefüllt ist, wird sie durch einen in die Einfüllöffnung des Angusskanals gesetzten Stopfen dicht verschlossen (Arbeitsschritt d). Dann wird die Gießform in eine Erstarrungsstellung gedreht, in der in Folge der Wirkung der Schwerkraft die in dem Speisersystem vorhandene Schmelze auf die im Formhohlraum vorhandene Schmelze drückt (Arbeitsschritt e). In dieser Stellung wird die Gießform gehalten, bis die in der Gießform vorhandene Metallschmelze einen bestimmten Erstarrungszustand erreicht hat (Arbeitsschritt f). Anschließend wird das Gussteil entformt (Arbeitsschritt g).
Durch die erfindungsgemäße Art und Weise der Füllung, das anschließende Verschließen und Verschlossenhalten der Gießform sowie die Drehung der Gießform derart, dass die im Speisersystem der Gießform enthaltene Metallschmelze auf die das Gussteil bildende Schmelze drückt, werden Gussfehler vermieden. Hierzu trägt neben dem besonders beruhigt ablaufenden Befüllvorgang insbesondere bei, dass die in der Gießform enthaltene Metallschmelze ab dem Ende des Befüllens und während des gesamten Erstarrungsvorgangs unter metallostatischem Druck verbleibt. So wird durch die nach dem Verschließen im Angusskanal stehende Schmelzensäule dem Absacken der Schmelze im das Gussteil abbildenden Formhohlraum entgegengewirkt. Gleichzeitig erlaubt es der dichte Verschluss der Gießform, die Drehung der Gießform unmittelbar nach Beendigung des Füllvorgangs zu beginnen, ohne dass dazu die Füllvorrichtung selbst oder andere aufwändige Baugruppen mit der Gießform mitbewegt werden müssten.
Aufgrund der erfindungsgemäßen Ausrichtung der Gießform (Arbeitsschritt a) - c)) und der damit einhergehenden, bezogen auf die Wirkrichtung der Schwerkraft schrägen Ausrichtung ihrer Hauptfließrichtung, strömt die Metallschmelze in Folge der sich entsprechend geringer auf die Fließgeschwindigkeit auswirkenden Erdanziehungskraft deutlich langsamer durch den Angusskanal, als dies der Fall wäre, wenn die Hauptfließrichtung der Schmelze und die Wirkrichtung der Schwerkraft übereinstimmen würde. Dementsprechend ruhig läuft bei erfindungsgemäßer Vorgehensweise die Gießform von Beginn des Füllvorgangs an mit Metallschmelze voll.
Die insbesondere bei den bekannten Rotationsgießverfahren gerade am Anfang des Befüllens problematischen Verwirbelungen und Strömungsungleichförmigkeiten der Schmelze sind bei erfindungsgemäßer Vorgehensweise deutlich minimiert. Schon diese einfache Maßnahme trägt zu einer signifikanten Erhöhung der Gussqualität bei.
Indem die Gießform nach Erreichen eines bestimmten Füllstandes der Metallschmelze während ihrer weiteren Befüllung so gedreht wird, dass die Hauptfließrichtung der durch den Angusskanal fließenden Metallschmelze sich zunehmend an die Wirkrichtung der Schwerkraft annähert, lässt sich die Schwerkraftwirkung im weiteren Verlauf des Befüllvorgangs voll ausnutzen. Die zu diesem Zeitpunkt bereits im Speisersystem bzw. im Angusskanal vorhandene Schmelzenmenge bremst dabei die neu in die Gießform einströmende Schmelze ab, so dass auch bei zunehmend in Richtung der Schwerkraftwirkung verschwenktem Angusskanal weiterhin eine weitestgehend beruhigte, gleichmäßige Formfüllung gewährleistet ist.
Zusätzlich wird durch die während der Befüllung durchgeführte Drehung der Gießform in Richtung der Schwerkraftwirkung eine optimale Wirksamkeit des metallostatischen Drucks zum Zeitpunkt des Verschließens der Gießform sichergestellt. Daher sieht eine praxisgerechte Ausgestaltung der Erfindung vor, dass die während des Füllvorgangs durchgeführte Drehung beendet wird, wenn die Hauptfließrichtung der durch den Angusskanal fließenden Metallschmelze mit der Wirkrichtung der Schwerkraft übereinstimmt.
Besonders effektiv lassen sich die Vorteile, die durch die bei Beginn der Befüllung schräg ausgerichtete Hauptfließrichtung einerseits und die anschließend während des Füllvorgangs durchgeführte Drehung andererseits erzielten Vorteile dann nutzen, wenn mit der Drehung der Gießform frühestens begonnen wird, wenn die Einmündung des Angusskanals in das Speisersystem unterhalb des Spiegels der in die Gießform eingefüllten Metallschmelze liegt. Auf diese Weise ist bei gleichzeitig optimaler Nutzung der Vorteile einer mit der Wirkrichtung der Schwerkraft weitestgehend übereinstimmenden Ausrichtung der Hauptfließrichtung die Gefahr einer übermäßigen Wirbelbildung und der Entstehung von Gasblasen in dem Gussteil auf ein Minimum reduziert.
Im Ergebnis lassen sich mit dem erfindungsgemäßen Verfahren auf besonders wirtschaftliche Weise bei gegenüber den bekannten Gießverfahren deutlich reduzierter Ausschussquote Gussteile erzeugen, die auch strengsten Qualitätsanforderungen gerecht werden.
Der voranstehend zu dem erfindungsgemäßen Verfahren erläuterten Arbeitsweise entsprechend weist eine zur Durchführung dieses Verfahrens geeignete Vorrichtung zum Gießen von Gussteilen aus einer Metallschmelze eine Halterung zum Halten einer Gießform, einen Drehantrieb zum Drehen der Gießform um eine Drehachse und eine Fülleinrichtung zum Einfüllen von Metallschmelze in eine Einfüllöffnung der Gießform auf, wobei bei einer solchen Vorrichtung erfindungsgemäß eine Nachführeinrichtung vorgesehen ist, die die Fülleinrichtung während des Einfüllens der Metallschmelze einer durch eine Drehbewegung der Gießform verursachten Lageänderung der Einfüllöffnung der Gießform nachführt.
Für die Befüllung der Gießform kann ein konventioneller Gießlöffel verwendet werden, der mittels einer geeigneten Nachführeinrichtung in einer der jeweiligen Füllstellung der Einfüllöffnung der Gießform entsprechende Position gebracht und erforderlichenfalls der mit einer Drehung der Gießform einhergehenden Lageänderung der Einfüllöffnung nachgeführt wird.
Besonders eignet sich das erfindungsgemäße Verfahren zum Herstellen von Motorblöcken für Verbrennungsmotoren. Bei diesen und vergleichbar komplex geformten Gussteilen kann es erforderlich sein, bestimmte Abschnitte der Gießform thermisch so vorzubehandeln, dass die in die Gießform gefüllten Schmelze bei Kontakt mit dem betreffenden Abschnitt das gewünschte Benetzungs- oder Erstarrungsverhalten zeigt. Ein typisches Beispiel für derartige Gießformabschnitte sind sogenannte "Zylinderliner" oder "Zylinderbuchsen", die in einen Leichtmetall-Motorblock eingegossen werden, um im Bereich der Zylinderöffnungen des Motorblocks eine ausreichende Verschleißbeständigkeit zu gewährleisten. Diese in der Regel aus einem Stahlwerkstoff bestehenden Liner bzw. Buchsen weisen ein deutlich höheres Wärmeleitvermögen auf, als der Sand, aus dem die Gießkerne oder Gießformteile der Gießform typischerweise bestehen. Indem die in das Gussteil einzugießenden Teile vorgewärmt werden, wird eine verbesserte Benetzung mit dem Gussmetall erzielt und der Gefahr der Entstehung von thermischen Spannungen und unerwünschten Gefügeausbildungen begegnet.
Die Lage der Drehachse, um die die Gießform bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens gedreht wird, ist unerheblich, solange sichergestellt ist, dass sich durch die Drehung eine Positionierung der Gießform und ihres Angusskanals ergibt, bei der die Hauptfließrichtung der in die Gießform eingefüllten Metallschmelze in der erfindungsgemäßen Weise ausgerichtet ist. Eine besonders einfache und praxisgerechte Ausgestaltung einer zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens eingesetzte Vorrichtung ergibt sich allerdings dann, wenn die Drehachse der Gießform horizontal ausgerichtet ist. Ebenso lässt sich eine besonders einfache Gestaltung einer solchen Vorrichtung dann erzielen, wenn der Angusskanal der Gießform linear verläuft. Dabei trägt es zusätzlich zu einer einfachen und damit einhergehend kostengünstigen Gestaltung einer solchen Vorrichtung bei, wenn die Einfüllöffnung des Angusskanals an einer Unterseite der Gießform angeordnet ist, die im Erstarrungszustand gegenüberliegend zu einer das Speisersystem begrenzenden Oberseitseite der Gießform angeordnet ist. Um eine weitestgehend freie, vielseitige Verwendbarkeit einer Vorrichtung der hier in Rede stehenden Art zu erreichen, sollte ihr Drehantrieb die Gießform um einen Winkel von mehr als 180 ° drehen können.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand einer ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung näher erläutert.
Die Figuren 1 bis 10 zeigen jeweils schematisch zehn Betriebsstellungen einer in einer normal zu ihrer Längsachse geführten Schnittdarstellung gezeigten Vorrichtung 1 zum Gießen eines Gussteils G.
Bei dem Gussteil G handelt es sich hier um einen Motorblock für einen Vier-Zylinder-Verbrennungsmotor. Als Gießmetall wird beim vorliegend beschriebenen Ausführungsbeispiel eine Aluminiumgusschmelze verwendet.
Die Vorrichtung 1 umfasst eine im in den Figuren gezeigten Querschnitt kreisrunde, auf zwei Rollen 2,3 gelagerte und mittels eines nicht dargestellten Antriebs drehangetriebene zylindrische Gießzelle Z auf, in der ein ebener Montageboden 4 und eine sich parallel und beabstandet zu dem Montageboden 4 ausgerichtete Führungsplatte 5 befestigt sind.
Auf der der Führungsplatte 5 zugeordneten Oberseite des Montagebodens 4 steht eine Basisplatte 6. Diese ist Teil der aus mehreren Formteilen und Formkernen zusammengesetzten Gießform F. Die Basisplatte 6 weist seitlich Aufnahmen auf, in denen jeweils ein Frontschieber 7,8 mit einem entsprechend geformten Absatz sitzt, so dass die Frontschieber 7,8 formschlüssig auf der Basisplatte 6 sitzen. Von bei der Gießform G typischerweise vorhandenen Frontschiebern sind hier aus Gründen der Übersichtlichkeit nur die dem Umfang der Gießzelle Z zugeordneten, an den einander gegenüberliegenden Seiten der Basisplatte 6 angeordneten Schieber 7,8 gezeigt.
In der Führungsplatte 5 ist eine sich parallel zur dem Montageboden 4 zugewandten Unterseite der Führungsplatte 5 erstreckende Andrückplatte 9 so gelagert, dass sie in Richtung des Montagebodens 4 verstellt werden kann, um nach Abschluss der Montagearbeiten die Gießform F zu halten, und von dem Montageboden 4 wegbewegt werden kann, um nach Abschluss des Gießvorgangs die Gießform F zu demontieren und das fertige Gussteil G zu entformen.
Zwischen die Frontschieber 7,8 werden dann in an sich bekannter Weise die die Zylinderräume des zu gießenden Motorblock-Gussteils G in radialer Richtung umschließenden Zylinderbuchsen B sowie die Kerne K eingelegt, die innerhalb des Gussteils G diejenigen Kanäle und Hohlräume definieren, welche nicht von Gussmetall M gefüllt werden sollen.
Auf die der Andrückplatte 9 zugeordnete Oberseite der Gießform F wird daraufhin ein Sohlenkern O aufgelegt, der die Frontschieber 7,8 an ihrem oberen, der Führungsplatte 5 zugeordneten Abschnitt formschlüssig hält und mit der Basisplatte 6, den Frontschiebern 7,8, den Kernen K, den Zylinderbuchsen B und dem Sohlenkern O den Formhohlraum H der Gießform F umgrenzt.
Auf den Sohlenkern O wird schließlich noch ein Speiserkern S gelegt, der ein Speisersystem mit einem umlaufenden großvolumigen Speiserkanal 10 umfasst, der bei fertig montiertem Speiserkern S oberhalb der Frontschieber 7,8 verläuft. Der Speiserkern S umgrenzt dabei eine Öffnung 11, über die die von den Zylinderbuchsen B jeweils umschlossenen Zylinderöffnungen zugänglich sind. Der Speiserkanal 10 ist über verschiedene Anschnitte 12 mit dem Formhohlraum H der Gießform F verbunden.
In die Gießform ist ein in der Fachsprache auch als "Eingussstange" bezeichneter linear ausgebildeter Angusskanal 13 eingeformt, der sich durch den Frontschieber 7, den ihm zugeordneten, zwischen dem Frontschieber 7 und dem Montageboden 4 angeordneten, Seitenabschnitt der Grundplatte 4 sowie den Speiserkern 11 zieht und zum Montageboden 4 normal ausgerichtet ist und von einer in den Montageboden 4 trichterförmig eingeformten Einfüllöffnung 14 auf direktem Wege geradlinig zum Speiserkanal 10 des Speiserkerns S führt, in den er mit einer Einmündung 15 mündet.
Nachdem der Speiserkern S aufgesetzt ist, wird die Andrückplatte 9 auf die so bereitgestellte Gießform F abgesenkt, um die Montagestellung der formschlüssig ineinandergreifenden Teile und Kerne der Gießform F zu sichern.
Nun wird die Gießzelle Z mit der in ihr gehaltenen Gießform F um 180° um eine mit Längsachse der Gießform F zusammenfallende, horizontal ausgerichtete Drehachse X gedreht, bis sich die Basisplatte 5 in Wirkrichtung WK der Schwerkraft gesehen oben und der Speiserkern S unten befindet. Dementsprechend befindet sich die Einfüllöffnung 14 des Angusskanals 13 an der nun oben liegenden Seite des Montagebodens 4.
Nachdem diese Stellung erreicht ist, wird jeweils ein Heizfinger einer Heizeinrichtung 16 zum induktiven Heizen in die Zylinderbuchsen B gefahren, um sie auf eine vorgeschriebene Temperatur zu heizen (Figuren 3,4).
Nach der Erwärmung der Zylinderbuchsen B wird die Gießzelle Z erneut gegen den Uhrzeigersinn um einen Winkel von ca. 45° um die Drehachse X gedreht. In dieser "Einfüllstellung" ist der geradlinig verlaufende Angusskanal 14 dementsprechend ebenfalls um einen Winkel von ca. 45° zur Wirkrichtung WK geneigt.
Anschließend wird mittels einer als Gießlöffel ausgebildeten Gießeinrichtung 17 die zu vergießende Metallschmelze M in die Einfüllöffnung 14 des Angusskanals 13 gegossen. Aufgrund der Schrägstellung der Gießform F rinnt die Schmelze M vergleichbar langsam durch den Angusskanal 13 und tritt mit entsprechend geringer kinetischer Energie in den Speiserkanal 10 des Speiserkerns S ein. Ihre Hauptfließrichtung SR ist dabei gleich dem Angusskanal 13 ausgerichtet, so dass auch die Hauptfließrichtung SR der durch den Angusskanal 13 strömenden Schmelze M in einem Winkel von ca. 45° zur Wirkrichtung WK der Schwerkraft ausgerichtet ist.
Die Befüllung der schräggestellten Gießform F mit der Metallschmelze M wird fortgesetzt, bis die Einmündung 15 des Angusskanals 13 unterhalb des Spiegels der im Speiserkanal 10 sich sammelnden Metallschmelze M liegt (Fig. 5).
Ist dieser Zustand erreicht, wird die Gießzelle Z langsam in Uhrzeigerrichtung gedreht, bis der Angusskanal 13 von seiner Einfüllöffnung 14 zur Einmündung 15 in den Speiserkanal 10 senkrecht nach unten weist.
Die Befüllung der Gießform F mit Metallschmelze M wird während der Drehung laufend fortgesetzt. Dazu wird die Gießeinrichtung 17 mittels einer Nachführeinrichtung T, bei der es sich beispielsweise um einen Stellantrieb oder einen Kran handeln kann, an dem die Gießeinrichtung jeweils hängt, der mit der Drehung der Gießzelle Z einhergehenden Lageänderung der Einfüllöffnung 14 nachgeführt. Ist die Endstellung dieser Drehung erreicht fällt die Hauptfließrichtung SR der Schmelze M mit der Wirkrichtung WK der Schwerkraft zusammen, so dass die Füllung der restlichen Abschnitte des Formhohlraums der Gießform F unter optimaler Ausnutzung der Schwerkraft abläuft (Figuren 7,8).
Sobald eine ausreichende Schmelzenmenge in die Gießform F gefüllt ist, wird ein Stopfen 18 in die Einfüllöffnung 14 gesetzt, so dass diese dicht verschlossen ist (Fig. 8).
Daraufhin wird die Gießzelle Z wiederum gedreht, bis der Ausgangszustand (Fig. 2) erreicht ist, in dem der Speiserkern S in Wirkrichtung WK der Schwerkraftrichtung gesehen oben und die Basisplatte 5 unten angeordnet sind. Der Stopfen 18 hält dabei die Gießform F weiterhin verschlossen, so dass ein Auslaufen von Schmelze M aus der Gießform F sicher verhindert ist.
In dieser Position wird die Gießform F gehalten, bis die Erstarrung des Gussteils G für die Entformung ausreichend weit fortgeschritten ist.
Im vorliegend beschriebenen Ausführungsbeispiel ist die Gießform F somit so aufgebaut, dass der Speiser S der abzugießenden Form F zum Befüllen zumindest zu einem großen Teil unterhalb des Formhohlraums H der Gießform F angeordnet ist, so dass der Formhohlraum H der Gießform F zunächst entgegen der Schwerkraft gefüllt wird. Vorzugsweise wird die gesamte Gießform F bereits während des Füllvorgangs zum Anguss gekippt, um die Geschwindigkeit der Metallschmelze M bei der ersten Füllung zu reduzieren und einen gleichmäßigen Füllvorgang des Angusskanals 13 und des Speisers S zu erreichen. Zur Füllung dient eine als Gießlöffel ausgebildete Gießeinrichtung 17, welche, wie dargestellt, während des Gießvorgangs mit der Drehung der Gießform F mitgeführt werden kann.
Nach Beendigung des Füllvorgangs wird der vom Speiser S nach oben verlaufende Anguss 13 verschlossen und erzeugt metallostatischen Druck auf die in dem Speiser S und dem Formhohlraum vorhandene Schmelze M, welcher ein Zurücksacken der Schmelze M verhindert.
Im vorliegenden Ausführungsbeispiel bewirkt bei der anschließenden Drehung die im Speiser S vorhandene Metallschmelze M die Aufrechterhaltung des metallostatischen Drucks der Metallschmelze M im Formhohlraum. Gussfehler, wie beispielsweise Blasen und Kaltverläufe, werden so ausgeschlossen.

BEZUGSZEICHEN

1: Vorrichtung zum Gießen des Gussteils G
2, 3: Rollen
4: Montageboden
5: Führungsplatte
6: Basisplatte der Gießform F
7, 8: Frontschieber
9: Andrückplatte
10: Speiserkanal des Speiserkerns S
11: Öffnung des Speiserkerns S
12: Anschnitte
13: Angusskanal
14: Einfüllöffnung
15: Einmündung des Angusskanals 13
16: Heizeinrichtung
17: Gießeinrichtung
18: Stopfen

B: Zylinderbuchsen
F: Gießform
G: Gussteil
H: Formhohlraum der Gießform F
K: Kerne
M: Metallschmelze
O: Sohlenkern
S: Speiserkern
SR: Hauptfließrichtung
T: Nachführeinrichtung
WK: Wirkrichtung der Schwerkraft
X: Drehachse
Z: Gießzelle

Claims

Verfahren zum Gießen eines Gussteils (G) aus einer Metallschmelze (M) umfassend folgende Arbeitsschritte:
a) Bereitstellen einer in einem Drehgestell gelagerten Gießform (F), die einen das Gussteil (G) abbildendenden Formhohlraum (H), ein Speisersystem (10) zum Speisen des Formhohlraums (H) mit Metallschmelze (M) sowie einen Angusskanal (13) umfasst, über den das Speisersystem (10) mit Metallschmelze befüllbar ist, wobei das Speisersystem (10) in Bezug auf den Formhohlraum der Gießform (F) derart angeordnet ist, dass bei in eine Füllstellung gedrehter Gießform (F) die Füllung des Formhohlraums (H) mit der Metallschmelze (M) über das Speisersystem entgegen der Wirkrichtung der Schwerkraft erfolgt, und wobei die zum Einfüllen der Metallschmelze (M) vorgesehene Einfüllöffnung (14) des Angusskanals (13) an einer Seitenfläche der Gießform (F) derart entfernt zu seiner Einmündung (15) in das Speisersystem (10) angeordnet ist, dass die Einfüllöffnung (14) des Angusskanals (13) in der jeweiligen Füllstellung der Gießform (F) oberhalb seiner Einmündung (15) in das Speisersystem (10) angeordnet ist,

b) Ausrichten der Gießform (F) in eine Füllstellung, in der in den Angusskanal (13) gefüllte Metallschmelze (M) in Folge der Wirkung der Schwerkraft durch den Angusskanal (13) fließt, wobei die Hauptfließrichtung (SR) der Metallschmelze (M), also die Fließrichtung (SR), in der die Metallschmelze (M) unabhängig vom jeweiligen tatsächlichen Verlauf des Angusskanals (13) fließen müsste, um auf direktem Wege von der Einfüllöffnung (14) zur Einmündung (15) des Angusskanals (13) in das Speisersystem (10) zu gelangen, mit der Wirkrichtung (WK) der Schwerkraft einen Winkel einschließt,

c) Befüllen der in der Füllstellung ausgerichteten Gießform (F) mit der Metallschmelze (M), bis die Gießform (F) einschließlich des Angusskanals (13) vollständig mit Metallschmelze (M) gefüllt ist,

d) Verschließen der Gießform (F) durch einen in die Einfüllöffnung (14) des Angusskanals (13) gesetzten Stopfen (18),

e) Drehen der verschlossenen Gießform (F) in eine Erstarrungsstellung, in der in Folge der Wirkung der Schwerkraft die in dem Speisersystem (10) vorhandene Schmelze (M) auf die im Formhohlraum (H) vorhandene Schmelze (M) drückt,

f) Halten der Gießform (F) in der Erstarrungsstellung, bis die in der Gießform (F) vorhandene Metallschmelze (M) einen bestimmten Erstarrungszustand erreicht hat,

g) Entformen des Gussteils (G).
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Gießform (F) nach Erreichen eines bestimmten Füllstandes der Metallschmelze (M) während ihrer weiteren Befüllung so gedreht wird, dass die Hauptfließrichtung (SR) der durch den Angusskanal (13) fließenden Metallschmelze (M) sich zunehmend an die Wirkrichtung der Schwerkraft annähert.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die während des Füllvorgangs durchgeführte Drehung beendet wird, wenn die Hauptfließrichtung der durch den Angusskanal (13) fließenden Metallschmelze (M) mit der Wirkrichtung (WK) der Schwerkraft übereinstimmt.
Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass mit der Drehung der Gießform (F) frühestens begonnen wird, wenn die Einmündung (15) des Angusskanals (13) in das Speisersystem (10) unterhalb des Spiegels der in die Gießform (F) eingefüllten Metallschmelze (M) liegt.
Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Metallschmelze (M) mittels eines Gießlöffels (17) in die Gießform (F) gefüllt wird.
Verfahren nach Anspruch 5 und einem der Ansprüche 2 bis 4 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Gießlöffel (17) der Drehung der Gießform (F) nachgeführt wird.
Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Abschnitt der Gießform (F) vor dem Einfüllen der Metallschmelze (M) thermisch behandelt wird.
Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gussteil (G) ein Motorblock für einen Verbrennungsmotor ist.
Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehachse (X) der Gießform (F) horizontal ausgerichtet ist.
Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Angusskanal (13) der Gießform (F) linear verläuft.
Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Einfüllöffnung (14) des Angusskanals (13) der Unterseite der Gießform (F) zugeordnet ist.