DE10061026A1 - Metallgießverfahren und -vorrichtung - Google Patents
Metallgießverfahren und -vorrichtungInfo
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Abstract
Bei einem Metallgießverfahren und einer Metallgießanlage, bei dem bzw. der die Metallschmelze aus einem über ein Füllrohr (10) periodisch nachfüllbaren Schmelzeofen (2) unter Zwischenschaltung eines in das Schmelzbad (4) eintauchenden Steigrohrs (6) in die Gießform (8) eingebracht wird, wird erfindungsgemäß die Bildung von nachfüllbedingten Verunreinigungen im Schmelzeofen dadurch wesentlich verringert, dass das Füllstandsniveau im Füllrohr mit Hilfe eines Füllstandssensors (24) gemessen und in der Nachfüllphase auf oder über das Höhenniveau (B) des gießformseitigen Steigrohr-Auslassbereichs angehoben wird.
Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein Metallgießverfahren und eine Metallgieß
vorrichtung, insbesondere nach dem Niederdruck-Gießprinzip zur Serienferti
gung von Aluminium-Gussteilen, nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1
bzw. 6.
Bei einer bekannten Gießvorrichtung dieser Art (EP 0 970 767 A1), bei der das
Steigrohr selektiv an die Gießform angekoppelt und diese anschließend in der
Weise befüllt wird, dass die Metallschmelze aus dem Schmelzeofen unter Nie
derdruckwirkung in das Steigrohr und von dort in die Gießform gedrückt wird,
wird der Metallspiegel im Steigrohr vor jedem Formfüllvorgang mit Hilfe einer
Druckgassteuerung einschließlich eines in einem mit dem Steigrohr kommuni
zierenden Messrohr angeordneten Füllstandsensors auf eine vorgegebene
Füllstandshöhe im Bereich des oberen, gießformseitigen Auslassendes des
Steigrohrs angehoben, um so das Startniveau des Metallspiegels im Steigrohr
für sämtliche Formfüllvorgänge unabhängig vom Füllungsgrad des Schmelze
ofens auf gleicher Höhe zu halten. Dabei muss der Schmelzeofen vor jedem
Formfüllvorgang, aber auch zum Nachfüllen des Schmelzbads drucklos ge
schaltet und der eigentliche Gießprozess in dieser Zeit unterbrochen werden,
was erhöhte Stillstandzeiten und eine entsprechende Verringerung der durch
schnittlichen Produktionsrate zur Folge hat. Problematisch ist jedoch vor allem,
dass es, bedingt durch den Nachfüllvorgang, zu einer verstärkten Gasaufnah
me und Oxidhautbildung der Schmelze sowie zu höchst unerwünschten Korundablagerungen
im Ofen und dadurch zu einer Qualitätseinbuße an den
Gussteilen kommt, die im Hinblick auf die strikten Qualitätsanforderungen, wie
sie etwa in der Automobilindustrie an Aluminium-Gussteile gestellt werden,
nicht hingenommen werden kann.
Aufgabe der Erfindung ist es, das Verfahren und die Vorrichtung der eingangs
genannten Art so auszubilden, dass die erwähnten, nachfüllbedingten Verun
reinigungen des Schmelzbads merklich verringert werden.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch das im Patentanspruch 1 gekenn
zeichnete Verfahren bzw. die im Patentanspruch 6 gekennzeichnete Gießvor
richtung gelöst.
Erfindungsgemäß wird der Metallspiegel im Füllrohr für die Dauer des Nach
füllvorgangs unabhängig vom Füllungsgrad des Ofens auf oder über dem Hö
henniveau des Steigrohr-Endbereichs, also deutlich über dem Metallspiegel im
Schmelzeofen, gehalten und somit die freie Fallhöhe der Schmelze beim
Nachfüllen wesentlich reduziert, mit dem Ergebnis, dass die Oxidhautbildung
und Gasaufnahme der Metallschmelze aufgrund des weitgehend verwirbe
lungsfreien Schmelzeeintrags ebenso wie eine durch aufspritzende Metallparti
kel verursachte Korundbildung wirksam unterdrückt werden und dadurch si
chergestellt wird, dass das Schmelzbad im Ofen und demzufolge auch die
Metallfüllung der Gießform von störenden Verunreinigungen, wie Gas-, Oxid
haut- oder Korundeinschlüssen, freigehalten und die Gussqualität signifikant
verbessert wird.
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung wird der Metallspiegel im
Füllrohr nach Anspruch 2 im Hinblick auf eine einfache Niveauregelung wäh
rend der Nachfüllphase durch eine füllstandssignalabhängige Gasdrucksteue
rung des Füllrohr-Ofensystems auf die angegebene Füllstandshöhe gebracht.
Wird, wie nach Anspruch 3 bevorzugt, die Metallschmelze beim Formfüllvor
gang unter Niederdruckwirkung aus dem Schmelzeofen in eine mit dem Steig
rohr selektiv koppelbare Gießform gedrückt, so wird das Füllrohr in besonders
bevorzugter Weise ständig unter Umgebungsdruck gehalten und der Gasdruck
im Schmelzeofen zwischen den Formfüllphasen kontinuierlich auf einen den
Metallspiegel im Füllrohr auf dem Höhenniveau des gießformseitigen Steigrohr-
Auslassbereichs haltenden Überdruckwert eingeregelt. Dies bewirkt, dass der
Metallspiegel im Füllrohr beim Befüllen der Gießform im gleichen Maß wie in
dieser ansteigt, zwischen den Formfüllphasen aber weder im Füll- noch im
Steigrohr unter das Höhenniveau des Steigrohr-Auslassbereichs absinkt, so
dass der Schmelzeofen jederzeit ohne Unterbrechung der Gießtaktfolge nach
gefüllt werden kann, ohne dass das Füllstandsniveau im Steigrohr bei oder
nach einem Gießformwechsel auf das Badspiegelniveau des Ofens abfällt und
dann durch Erhöhung des Gasdrucks im Ofen erneut angehoben werden muss,
wodurch eine äußerst rationelle Druckgassteuerung erzielt wird und die durch
schnittlichen Gusstaktzeiten wesentlich verkürzt werden. In diesem Fall wird
die Füllstandsmessung im Füllrohr nach Anspruch 4 vorzugsweise auch zur
Überwachung und Steuerung des Schmelzeanstiegs in der Gießform bis zum
Erreichen der oberen Formfüllgrenze eingesetzt und somit die sonst zu diesem
Zweck erforderliche, gesonderte Füllstandsmessung unmittelbar an der Gieß
form entbehrlich gemacht.
Nach einer weiteren, ebenfalls besonders zweckmäßigen Verfahrensvariante
gemäß Anspruch 5, wonach die Metallschmelze wiederum unter Niederdruck
wirkung in eine mit dem Steigrohr selektiv koppelbare Gießform gedrückt wird,
wird der Gasdruck oberhalb des Metallspiegels im Füllrohr mit Hilfe eines füll
standssignalabhängig betätigten, einerseits mit dem Umgebungsdruck und an
dererseits mit dem Ofendruck beaufschlagten 3-Wege-Ventils derart gesteuert,
dass das Einfüllniveau im Füllrohr nur für die Dauer der Nachfüllphase auf die
Höhe des Steigrohr-Auslassbereichs gebracht, ansonsten aber auf das Metall
badniveau des Ofens abgesenkt wird. Auch hier ist es jederzeit ohne Unterbrechung
des Arbeitsprozesses möglich, das Schmelzbad im Ofen auf dem Wege
über die dann im Füllrohr angehobene Flüssigmetallsäule nachzufüllen, wäh
rend der Metallspiegel im Steigrohr unabhängig von dem Nachfüllvorgang beim
Befüllen der Gießform bis zur oberen Formfüllgrenze angehoben und bei oder
nach einem Gießformwechsel auf der Höhe des Steigrohr-Auslasses gehalten
wird. Zusätzlich ergibt sich bei dieser Variante der thermische Vorteil, dass
durch das Absenken der Metallschmelze im Füllrohr zwischen den Nachfüll
phasen auf einfache Weise verhindert wird, dass sich das Flüssigmetall im
Füllrohr zu stark abkühlt und dann an der Füllrohr-Innenwand niederschlägt.
Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden, bei
spielsweisen Beschreibung in Verbindung mit den Zeichnungen. Diese zeigen
in stark schematisierter Darstellung:
Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Gieß
anlage im Schnitt; und
Fig. 2 eine der Fig. 1 entsprechende Darstellung eines zweiten
Ausführungsbeispiels der Erfindung.
Die in Fig. 1 gezeigte Gießanlage dient zur Herstellung von Aluminium-
Gussteilen nach dem Niederdruckverfahren und enthält einen Schmelzeofen 2
mit einem in das Schmelzbad 4 eintauchenden, über die Ofenoberseite hinaus
ragenden Steigrohr 6 zum Befüllen einer selektiv mit dem oberen, trichterförmig
erweiterten Steigrohrende koppelbaren Gießform 8 sowie mit einem ebenfalls
in das Metallbad 4 eintauchenden Füllrohr 10, welches am oberen, über die
Füllobergrenze A der Gießform 8 hinausragenden Ende durch einen Deckel 12
mit einer Nachfüll- und Entlüftungsöffnung 14 verschlossen ist.
Der Gasdruck im Ofeninneren wird mit Hilfe einer insgesamt mit 16 bezeich
neten Gasdruckregelung einreguliert, welche aus einem Druckgasbehälter 18,
einem zwischen diesem und einer Entlüftungs- und einer Schließlage umsteu
erbaren Mehrwegeventil 20, einer Steuereinheit 22 zur Ventilbetätigung sowie
einem das Höhenniveau der Flüssigmetallsäule im Füllrohr 10 messenden,
ausgangsseitig an die Steuereinheit 22 angeschlossenen Füllstandsensor 24
besteht, wobei das Füllstandsniveau im Steigrohr 6 und in der Gießform 8 nach
dem Prinzip kommunizierender Röhren auf gleicher Höhe wie im Füllrohr 10
liegt und daher vom Sensorsignal miterfasst wird.
Die in Fig. 1 gezeigte Gießanlage arbeitet wie folgt: Außerhalb der eigentlichen
Formfüllphasen, also etwa bei einem Wechsel der Gießform 8, wird der Gas
druck im Schmelzeofen 2 sensorsignalgesteuert so hoch eingestellt, dass der
Metallspiegel im Füllrohr 10 und somit auch im Steigrohr 6 auf dem Höhenni
veau B des gießformseitigen Steigrohr-Auslassbereichs gehalten wird. Dieser
Zustand ist in Fig. 1 dargestellt.
Zum Befüllen der Gießform 8 wird der Gasdruck im Ofen 2 erhöht, so dass die
Gießform 8 zunehmend befüllt wird, wobei die Anstiegsgeschwindigkeit der
Schmelze von der Steuereinheit 22 mit Hilfe des Füllstandssignals des Sensors
24 überwacht wird, bis der Sensor 24 anzeigt, dass die obere Formfüllgrenze A
erreicht ist, woraufhin der Ofendruck nach Ablauf einer vorgegebenen Abkühl
zeit der Gießform 8 erneut auf den dem Füllstandsniveau B entsprechenden
Druckwert abgesenkt wird und das Gussteil entformt werden kann.
Um eine zu starke Abkühlung der über das Schmelzbad 4 angehobenen Flüs
sigmetallsäule zu verhindern, kann das Steigrohr 6 und eventuell auch das
Füllrohr 10 mit einer individuell regelbaren Zusatzheizung 26 versehen sein.
Mit der beschriebenen Gießanlage ist ein Nachfüllen von Schmelze z. B. aus
einer neben den Ofen 2 verfahrbaren Transportpfanne 28, aus der die Schmel
ze mit Hilfe einer Gaspatrone 30 über ein in die Nachfüllöffnung 14 einführba
res Verbindungsrohr 32 in das Füllrohr 10 befördert wird, jederzeit ohne Unterbrechung
des gießformseitigen Arbeitsablaufs möglich, wobei die freie Fallhö
he der Schmelze wegen des angehobenen Einfüllniveaus im Füllrohr 10 sehr
gering gehalten wird. Dabei sorgt die Druckgasregelung 16 in der Nach
füllphase für eine füllstandssignalabhängige Nachregelung des Ofendrucks,
derart, dass sich lediglich der Füllungsgrad des Schmelzeofens 2 erhöht, die
programmgeführte Höhenniveauregelung im Füllrohr 10 sowie im Steigrohr 6
bzw. der Gießform 8 jedoch unverändert beibehalten wird.
Die Gießanlage nach Fig. 2, wo die dem ersten Ausführungsbeispiel entspre
chenden Komponenten durch ein um 100 erhöhtes Bezugszeichen gekenn
zeichnet sind, besitzt als Hauptunterschied eine modifizierte Gasdruckregelung
116, durch die die Flüssigmetallsäulen im Füllrohr 110 einerseits und im Steig
rohr 106 bzw. der Gießform 108 andererseits getrennt voneinander eingeregelt
werden. Zu diesem Zweck ist der Gasraum am oberen Füllrohrende durch den
Deckel 112 druckdicht verschlossen und mit dem Ofeninnenraum über ein von
der Steuereinheit 122 betätigtes Steuerventil 34 verbunden, durch welches der
Gasdruck im Füllrohr 110 stufenlos zwischen dem vollen Ofen-Innendruck und
dem Umgebungsdruck einstellbar ist. Ferner enthält die Gasdruckregelung 116
eine zusätzliche Füllstandsensorik 36, die den Flüssigmetallstand unmittelbar
am Steigrohr 106 und an der Gießform 108 misst.
Auf Seiten des Steigrohrs 106 und der Gießform 108 wird der Gießprozess
nach Maßgabe des Füllstandssignals der Sensorik 36, im Übrigen aber analog
zum ersten Ausführungsbeispiel gesteuert, d. h. die Flüssigmetallsäule im
Steigrohr 106 ist ständig zumindest bis zum Höhenniveau B des Steigrohr-
Auslassbereichs angehoben und wird in der Formfüllphase programmgeführt in
die Gießform 108 gedrückt, bis die Sensorik 36 das Erreichen der oberen
Formfüllgrenze anzeigt; auf Seiten des Füllrohrs 110 hingegen wird der Gas
druck außerhalb der Nachfüllphasen über das Steuerventil 34 auf das Druckni
veau im Ofeninneren eingestellt, so dass der Metallspiegel im Füllrohr 110 auf
das Füllstandsniveau des Schmelzbads 104 abgesenkt ist (Fig. 2), während
das Füllrohr 110 für den Nachfüllvorgang mit Hilfe des Steuerventils 34 soweit
druckentlastet wird, dass die Flüssigmetallsäule im Füllrohr 110 auf das Steig
rohr-Auslassniveau B ansteigt. Anschließend wird das Verbindungsstück 38 mit
dem entsprechenden Verbindungsstück 40 der Transportpfanne 128 verkop
pelt, das Ventil 42 geöffnet und die gewünschte Schmelzemenge nachgefüllt,
wobei das Einfüllniveau durch Nachregelung des Füllrohrdrucks konstant auf
dem Steigrohr-Auslassniveau B gehalten und die durch die Nachfüllmenge
verursachte Füllstandsänderung im Ofen 102 von der Gasdruckregelung 116
insoweit ausgeglichen wird, dass der gießformseitige Arbeitstakt hiervon nicht
beeinflusst wird. Nach Beendigung des Nachfüllvorgangs wird das Ventil 42
geschlossen und der Gasraum im Füllrohr 110 erneut mit dem vollen Ofen
druck beaufschlagt. Ansonsten ist die Bau- und Betriebsweise der Gießanlage
nach Fig. 2 die gleiche wie die des ersten Ausführungsbeispiels.
Anstatt mit Luft kann das Füllrohr-Ofensystem im Rahmen der Erfindung auch
mit einem Inertgas betrieben werden.
Claims (6)
1. Metallgießverfahren, insbesondere Niederdruck-Gießverfahren zur Se
rienfertigung von Aluminium-Gussteilen, bei dem die Metallschmelze aus
einem über ein Füllrohr periodisch nachfüllbaren Schmelzeofen unter
Zwischenschaltung eines in das Schmelzbad eintauchenden Steigrohrs
in die Gießform eingebracht wird, dadurch gekennzeichnet, dass
das Füllstandsniveau im Füllrohr in der Nachfüllphase des Schmelze
ofens kontinuierlich gemessen und der Metallspiegel im Füllrohr für die
Dauer des Nachfüllvorgangs nach Maßgabe des Füllstandssignals auf
einer zumindest dem Höhenniveau des gießformseitigen Steigrohr-
Auslassbereichs entsprechenden Füllstandshöhe gehalten wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass
der Metallspiegel im Füllrohr durch eine füllstandssignalabhängige Gas
drucksteuerung des Füllrohr-Ofensystems während der Nachfüllphase
auf der angegebenen Füllstandshöhe gehalten wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, bei dem die Metallschmelze beim Formfüll
vorgang unter Niederdruckwirkung aus dem Schmelzeofen in eine mit
dem Steigrohr selektiv koppelbare Gießform gedrückt wird, dadurch ge
kennzeichnet, dass
das Füllrohr ständig unter Umgebungsdruck gehalten und der Gasdruck
im Schmelzeofen zwischen den Formfüllphasen kontinuierlich auf einen
den Metallspiegel im Füllrohr auf dem Höhenniveau des gießformseiti
gen Steigrohr-Auslassbereichs haltenden Überdruckwert eingeregelt
wird.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass
das Erreichen des oberen Formfüllniveaus mit Hilfe der im Füllrohr ge
messenen Füllstandshöhe bestimmt wird.
5. Verfahren nach Anspruch 2, bei dem die Metallschmelze beim Formfüll
vorgang unter Niederdruckwirkung aus dem Schmelzeofen in eine mit
dem Steigrohr selektiv koppelbare Gießform gedrückt wird, dadurch ge
kennzeichnet, dass
der Gasraum oberhalb des Metallspiegels im Füllrohr ventilgesteuert
zwischen den Nachfüllphasen mit dem Gasdruck im Schmelzeofen be
aufschlagt und für die Dauer des Nachfüllvorgangs nach Maßgabe des
Füllstandssignals bis zum Anstieg des Füllrohr-Metallspiegels auf das
Höhenniveau des gießformseitigen Steigrohr-Auslassbereichs druck
entlastet wird.
6. Metallgießvorrichtung, insbesondere Niederdruck-Gießvorrichtung zur
Serienfertigung von Aluminium-Gussteilen, mit
einem ein Metallbad (4; 104) enthaltenden Schmelzeofen (2; 102),
einem in das Metallbad im Schmelzeofen eintauchenden, die Metallschmelze an die Gießform (8; 108) überführenden Steigrohr (6; 106)
einem ebenfalls in das Metallbad eintauchenden Füllrohr (10; 110) zum periodischen Nachfüllen des Schmelzeofens,
einem den Schmelzestand im Füllrohr messenden Sensor (24; 124), und
einer sensorgesteuerten, den Metallspiegel im Füllrohr beim Nachfüllvorgang auf einer zumindest dem Höhenniveau (B) des gießformseitigen Steigrohr-Auslassbereichs entsprechenden Füll standshöhe haltenden Gasdruckregelung (16; 116) für das Füll rohr-Ofensystem.
einem ein Metallbad (4; 104) enthaltenden Schmelzeofen (2; 102),
einem in das Metallbad im Schmelzeofen eintauchenden, die Metallschmelze an die Gießform (8; 108) überführenden Steigrohr (6; 106)
einem ebenfalls in das Metallbad eintauchenden Füllrohr (10; 110) zum periodischen Nachfüllen des Schmelzeofens,
einem den Schmelzestand im Füllrohr messenden Sensor (24; 124), und
einer sensorgesteuerten, den Metallspiegel im Füllrohr beim Nachfüllvorgang auf einer zumindest dem Höhenniveau (B) des gießformseitigen Steigrohr-Auslassbereichs entsprechenden Füll standshöhe haltenden Gasdruckregelung (16; 116) für das Füll rohr-Ofensystem.
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EP1213070A2 (de) | 2002-06-12 |
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