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Gebiet
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Die Erfindung betrifft einen Gießofen für den Niederdruckguss.
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Hintergrund
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Der Niederdruckguss ist ein häufig verwendetes Verfahren zur Herstellung von Gussteilen, insbesondere aus Leichtmetallen wie Aluminium oder Magnesium. Üblicherweise werden für dieses Verfahren druckdichte Ofenbehälter mit oder ohne Tiegel eingesetzt. Beim Gießvorgang wird der gesamte Ofenkörper unter Druck gesetzt, um die Schmelze durch ein Steigrohr in die Gussform aufsteigen zu lassen.
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Aus
EP 0 609 196 A1 ist ein Gießofen bekannt, bei dem die Schmelze aus einem Vorratsbehälter über eine Schleuse in eine Entnahmekammer geleitet wird.
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Aus
EP 1 894 648 A1 ist ein Gießofen umfassend einen Tauchzylinder und eine Druckkolben bekannt. Durch den Druckkolben kann die Schmelze aktiv in eine Steigleitung gepresst werden. Dadurch kann Volumenschwund während des Gießens ausgeglichen werden.
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Die Gießöfen aus dem Stand der Technik haben den Nachteil, dass hohe Volumenströme an komprimiertem und vorgetrocknetem Druckgas erforderlich sind. Das Komprimieren und Trocken des Druckgases ist sehr energieaufwändig. Dadurch entstehen hohe Betriebskosten. Zudem verschlechtert sich die Qualität der Schmelze durch Oxidationsprozesse an der Oberfläche der Schmelze. Dies hat zur Folge, dass die Schmelze während des Gießprozesses behandelt werden muss. Zudem entsteht durch die Ablagerung von Oxiden ein erhöhter zyklischer Reinigungsbedarf.
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Die Erfindung hat daher zur Aufgabe, einen Gießofen bereitzustellen, der diesen Nachteil vermeidet oder abmindert.
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Kurzbeschreibung der Erfindung
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Diese Aufgabe wird durch die in den unabhängigen Ansprüchen angegebene Erfindung gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind den Unteransprüchen zu entnehmen.
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Erfindungsgemäß geschaffen ist ein Gießofen für den Niederdruckguss, mit einer Ofenwanne zur Aufnahme einer Schmelze, einem Gehäuse mit einer Kammer zur Aufnahme einer Schmelze, wobei das Gehäuse mindestens teilweise innerhalb der Ofenwanne angeordnet ist, so dass sich ein Teil des Gehäuses innerhalb einer im Betrieb des Gießofens in der Ofenwanne enthaltenen Schmelze befindet, das Gehäuse umfassend ein erstes Ventil zur Steuerung eines Durchflusses von Schmelze aus der Ofenwanne in die Kammer, ein Steigrohr zum Zuführen von Schmelze aus der Kammer in eine Gussform; und einen Kanal zum Zu- und Abführen von Gas in die oder aus der Kammer, und einer in dem Gehäuse angeordneten Trennwand, die die Kammer in einen ersten und einen zweiten Bereich unterteilt, wobei das erste Ventil in dem ersten Bereich und das Steigrohr in dem zweiten Bereich angeordnet ist.
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Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass für den eigentlichen Gießvorgang, den „Schuss“, wesentlich geringere Mengen an Schmelze erforderlich sind, als in einem Ofen üblicherweise vorgehalten werden. Durch den Einsatz eines weiteren Gehäuses in die Ofenwanne wird erreicht, dass nur eine jeweils für einen Schuss erforderliche Menge an Schmelze bewegt werden muss. Mit anderen Worten wird in dem Gehäuse, wie in einer Pumpe, jeweils nur ein kleiner Teil der gesamten Schmelze unter Druck gesetzt und bewegt. Hierfür sind zum einen wesentlich geringere Mengen an vorerwärmtem, getrocknetem Druckgas notwendig und zum anderen kann der Gießvorgang schneller ablaufen. Dadurch wird Energie eingespart und die Betriebskosten des Gießofens werden gesenkt. Ein weiterer vorteilhafter Effekt besteht darin, dass in dem Gehäuse eine wesentlich geringere Oberfläche der Schmelze dem Druckgas ausgesetzt ist. Dadurch werden Oxidationsvorgänge und damit einhergehende Verunreinigungen vermindert. Insbesondere werden auch in der Ofenwanne auftretende Oxidationen der Schmelze vermindert weil diese nicht mit Druckgas in Kontakt kommt. Dies führt zu erheblich verlängerten Reinigungszyklen und somit einer verbesserten Auslastbarkeit des Gießofens. Durch die Anordnung des ersten Ventils in dem ersten Bereich der Kammer, wird der zweite Bereich gefüllt, indem Schmelze aus dem ersten Bereich über die Trennwand in den zweiten Bereich einströmt. Der zweite Bereich ist dabei so bemessen, dass in ihm ausreichend Schmelze für den Gießvorgang zur Verfügung steht. Wird für den Gießvorgang ein Druck in der Kammer aufgebaut, entweicht nur die Schmelze aus dem zweiten Bereich durch das Steigrohr in eine Gussform. Sollte das erste Ventil in dem ersten Bereich eine Undichtigkeit aufweisen, so ist sichergestellt, dass nur die Schmelze aus dem ersten Bereich in die Ofenwanne zurückfließt. Dies hat den Vorteil, dass auch bei Undichtigkeiten des Ventils stets ausreichend Schmelze für den Gießvorgang zur Verfügung steht.
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In einer Ausgestaltung der Erfindung weist das Steigrohr ein zweites Ventil auf, um einen Rückfluss von Schmelze aus der Gussform in die Kammer zu verhindern. Beim Befüllen der Kammer nach einem Geißvorgang bewirkt das angelegte Vakuum keinen Rückfluss von (Rest-) Schmelze aus dem Steigrohr in die Kammer. Dadurch wird verhindert, dass „frische“ Schmelze durch „alte“ Schmelze verunreinigt wird.
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In einer Ausgestaltung der Erfindung umfasst das Gehäuse einen Deckel und ist mittels des Deckels drucksicher verschließbar, insbesondere ist das Steigrohr durch den Deckel hindurchgeführt. Der Deckel ist abnehmbar und ermöglicht den Zugang zu der Kammer und zu dem Steigrohr. Dies erleichtert die Reinigung.
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In einer Ausgestaltung der Erfindung umfasst das Gehäuse Sonden, insbesondere Temperatur-Sonden, zur Detektion von Zuständen innerhalb der Kammer. Durch die Sonden können beispielsweise die Temperatur der Schmelze, die Viskosität der Schmelze, die Zusammensetzung des Gases oberhalb des Badspielgels in der Kammer, oder der Füllstand in der Kammer detektiert werden. Die Sonden schaffen die Möglichkeit, den Gießvorgang kontrolliert ablaufen zu lassen.
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In einer Ausgestaltung der Erfindung mündet der Kanal im Bereich des Deckels in die Kammer. Das Druckgas wird somit oberhalb des Badspielgels in die Kammer eingebracht. Dies vermeidet Blasenbildung in der Schmelze und vermindert die Oxidationsprozesse in der Kammer.
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In einer Ausgestaltung der Erfindung ist das erste Ventil in einem Boden des Gehäuses angeordnet und der Boden des Gehäuses liegt im befüllten Zustand des Gießofens unterhalb eines Badspiegels der Schmelze in der Ofenwanne. Das erste Ventil liegt dadurch stets unterhalb des Badspiegels der Schmelze in der Ofenwanne. Dies stellt sicher, dass beim Anlegen eines Vakuums in dem Gehäuse immer Schmelze aus der Ofenwanne in das Gehäuse fließen und die Kammer füllen kann.
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In einer Ausgestaltung der Erfindung ist der Kanal als zumindest teilweise in dem Deckel verlaufende Rohrschlange ausgebildet. Zugeleitetes Druckgas wird innerhalb des Deckels durch die Eigentemperatur des Gießofens vorerwärmt. Dadurch kann der Energieaufwand zur Erwärmung des Druckgases vermindert werden.
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In einer Ausgestaltung der Erfindung ist das Gehäuse aus einem wärmeleitfähigen Material, insbesondere Keramik, gebildet. Es kann ein Wärmeübergang zwischen der Schmelze in der Ofenwanne und dem Gehäuse stattfinden. Dadurch kann auf eigene Heizelemente in oder an dem Gehäuse verzichtet werden. Das Gehäuse wird über die Heizelemente der Ofenwanne mitbeheizt. Die vermindert den Energieaufwand zusätzlich.
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In einer Ausgestaltung der Erfindung weist die Ofenwanne Heizelemente, insbesondere Tauchheizkörper auf, wobei die Heizelemente im Bereich eines Wannenbodens angeordnet sind. Durch die Anordnung der Tauchheizkörper auf einem Boden der Ofenwanne entsteht innerhalb der Schmelze eine ungleichmäßige Wärmeverteilung. Dadurch entsteht eine vertikale Zirkulation innerhalb der Schmelze. Die Zirkulation verhindert, dass sich schwerere Bestandteile der Schmelze auf dem Boden der Ofenwanne absetzen. Die schwereren Bestandteile der Schmelze werden in Schwebe gehalten und mitverarbeitet. Die Qualität der Schmelze kann dadurch auch über einen längeren Zeitraum konstant hoch gehalten werden.
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Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung ist eine Vorrichtung zur Aufnahme einer Schmelze für einen Gießofen für den Niederdruckguss geschaffen, die Vorrichtung umfassend ein Gehäuse mit einer Kammer zur Aufnahme der Schmelze, wobei das Gehäuse mindestens teilweise innerhalb einer Ofenwanne eines Gießofens anordenbar ist, so dass sich ein Teil des Gehäuses innerhalb einer im Betrieb des Gießofens in der Ofenwanne enthaltenen Schmelze befindet, das Gehäuse umfassend ein erstes Ventil zur Steuerung eines Durchflusses von Schmelze aus der Ofenwanne in die Kammer, ein Steigrohr zum Zuführen von Schmelze aus der Kammer in eine Gussform, und einen Kanal zum Zu- und Abführen von Gas in die oder aus der Kammer, und einer in dem Gehäuse angeordneten Trennwand, die die Kammer in einen ersten und einen zweiten Bereich unterteilt, wobei das erste Ventil in dem ersten Bereich und das Steigrohr in dem zweiten Bereich angeordnet ist. Gemäß diesem Aspekt kann die Vorrichtung in bestehende Gießöfen integriert werden. Gießöfen sind also mit der Vorrichtung nachrüstbar und können so wirtschaftlicher gemacht werden. Die vorstehend beschriebenen optionalen Ausgestaltungsmerkmale des Gießofens sind einzeln oder in Kombination auch auf die Vorrichtung gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung übertragbar.
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Figurenliste
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Nachfolgend sind anhand der beigefügten Zeichnungen beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung näher beschrieben. Es zeigen:
- Die 1 eine beispielhafte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Gießofens;
- die 2 eine beispielhafte Ausführungsform einer Kammer des erfindungsgemäßen Gießofens; und
- die 3 eine weitere beispielhafte Ausführungsform einer Kammer des erfindungsgemäßen Gießofens.
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Figurenbeschreibung
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1 zeigt einen beispielhaften Gießofen 1 gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung. Der Gießofen 1 weist eine Ofenwanne 2 und ein darin angeordnetes Gehäuse 3 mit einer ersten Kammer 4 auf. Die Ofenwanne 2 weist eine Einfüllöffnung 5 auf. Heizelemente 6 sind im Bereich eines Bodens 7 der Ofenwanne 2 angeordnet und im befüllten Zustand des Gießofens 1 immer vollständig von einer Schmelze 8 umgeben. Die Heizelemente 6 sind Tauchheizkörper und stehen in direktem Kontakt mit der Schmelze 8. Die Ofenwanne 2 ist von einer Isolierung 12 umgeben.
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Die Schmelze 8 wird durch die Einfüllöffnung 5 in die Ofenwanne 2 eingefüllt und bildet ein Schmelzebad mit einem ersten Badspiegel 9. Die Einfüllöffnung 5 ist durch ein in die Schmelze 8 hineinragendes Wandelement 10 von einer zweiten Kammer 11 der Ofenwanne 2 abgetrennt. Die Einfüllöffnung 5 und die zweite Kammer 11 sind unterhalb des ersten Badspiegels 9 kommunizierend miteinander verbunden.
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Innerhalb der zweiten Kammer 11 befindet sich die erste Kammer 4 in dem Gehäuse 3. Das Gehäuse 3 besteht aus einem gut wärmeleitenden Material. Das Gehäuse 3 erstreckt sich in vertikaler Richtung in die Schmelze 8 in der zweiten Kammer 11, so dass es zumindest teilweise von Schmelze 8 umgeben ist. Der Boden des Gehäuses 3 befindet sich im befüllten Zustand des Gießofens unterhalb des ersten Badspiegels 9.
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Innerhalb des Gehäuses 3 ist ein vertikales Steigrohr 13 angeordnet. Das Gehäuse 3 ist mit einem Deckel 14 drucksicher verschließbar, wobei sich das obere Ende des Steigrohres 13 durch den Deckel 14 hindurcherstreckt. Der Deckel 14 weist ebenso wie die Ofenwanne 2 eine Isolierung 15 auf. Das Gehäuse 12 weist an seiner Unterseite 16 ein Zuführventil 17 auf. Das Gehäuse 12 ist in einen Deckenbereich 19 der Ofenwanne 4 integriert und bildet eine Art Einsatz in die zweite Kammer 11.
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2 zeigt eine schematische Darstellung des Gehäuses 3. Im Bereich des Deckels 14 befindet sich ein Kanal 18. Der Kanal 18 dient sowohl zum Anlegen eines Druckes als auch zur Erzeugung eines Vakuums in der ersten Kammer 4. Der Kanal 18 mündet oberhalb eines zweiten Badspiegels 20 der Schmelze 8 in die zweite Kammer 3.
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Das Steigrohr 13 ist innerhalb der zweiten Kammer vertikal angeordnet. Das Steigrohr 13 weist knapp über dem Boden der ersten Kammer 4 eine Öffnung 21 auf. Die Öffnung ist durch ein zweites, passives Ventil 22 verschlossen. Das zweite Ventil 22 verhindert, dass beim Anlegen eines Vakuums, Schmelze 8 aus einer (nicht dargestellten) Gussform durch das Steigrohr 13 in die erste Kammer 4 zurückfließen kann. Durch den Deckel 14 hindurch sind Sonden 23 geführt. Die Sonden 23 dienen zum Bestimmen der Höhe des zweiten Badspiegels 20 und der Temperatur der Schmelze in der ersten Kammer 4.
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3 zeigt eine weitere Ausgestaltung der ersten Kammer 4. Das Gehäuse 3 weist in dieser Variante einen abgetrennten ersten Bereich 24 und auf. Der erste Bereich 24 ist durch eine Trennwand 25 von einem zweiten Bereich 26 der ersten Kammer 4 abgetrennt. Das Ventil 17 liegt in dem ersten Bereich 24 und ist somit durch die Trennwand 25 vom Rest der ersten Kammer 4 abgetrennt.
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Im Betrieb des Gießofens ist das Gehäuse 3 gemäß 1 in die Ofenwanne 2 eingesetzt und durch den Deckel 14 druckdicht verschlossen. Die Ofenwanne 2 ist bis zu dem ersten Badspiegel 9 mit Schmelze 8 gefüllt. Das Gehäuse 3 ist in die Schmelze 8 eingetaucht, so dass sich die Unterseite des Gehäuses 16 unterhalb des ersten Badspiegels 9 befindet. Die erste Kammer 4 des Gehäuses 3 ist bis zu dem zweiten Badspiegel 20 mit Schmelze 8 gefüllt. Für den eigentlichen Gießvorgang, den „Schuss“, wird die erste Kammer 4 über den Kanal 18 mit Druck beaufschlagt, indem ein Druckgas eingeleitet wird. Das Druckgas drückt auf den zweiten Badspiegel 20 und schießt die Schmelze 8 durch das Steigrohr 13 in die Gussform (nicht dargestellt). Das Ventil 22 öffnet und ermöglicht den Durchfluss von Schmelze 8 durch das Steigrohr 13. Solange ein Überdruck in der ersten Kammer 4 besteht, sperrt das Ventil 17 und verhindert einen Rückfluss von Schmelze 8 in die Ofenwanne 2. Das Ausfließen von Schmelze endet, wenn der zweite Badspiegel auf das Niveau der Öffnung 21 des Steigrohres 13 abgefallen ist. Dies wird durch die Sonden 23 detektiert, und der Zustrom von Druckgas wird angehalten. Der Zustrom kann auch bereits dann angehalten werden, wenn ein definiertes Volumen an Schmelze durch das Steigrohr 13 in die Gussform abgeflossen ist.
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Um eine gemäß 2 ausgebildete erste Kammer 4 wieder auf ein gewünschtes Niveau mit Schmelze 8 zu befüllen, wird durch den Kanal 18 ein Vakuum angelegt. Beim Anlegen des Vakuums öffnet das Ventil 17 und ermöglicht den Zustrom von Schmelze 8 aus der zweiten Kammer 11 der Ofenwanne 2 in die erste Kammer 4. Sobald der zweite Badspiegel 20 wieder ein gewünschtes Niveau erreicht hat, wird das Vakuum wieder abgebaut. Der gewünschte Füllstand wird ebenfalls durch die Sonden 23 detektiert und das Vakuum auf Grundlage dieser Detektion abgebaut.
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Um eine gemäß 3 ausgebildete erste Kammer 4 wieder auf ein gewünschtes Niveau mit Schmelze 8 zu befüllen, wird durch den Kanal 18 ein Vakuum angelegt. Beim Anlegen des Vakuums öffnet das Ventil 17 und Schmelze 8 strömt durch das Ventil 17 zunächst in den ersten Bereich 24. Wenn die Schmelze 8 in dem ersten Bereich 24 das Niveau der Trennwand 25 erreicht hat, strömt diese über die Trennwand 25 in den zweiten Bereich 26 der ersten Kammer 4. Der Zustrom endet, wenn der zweite Badspiegel 20 in der ersten Kammer 4 das Niveau der Trennwand 25 erreicht hat.
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Beim Gießvorgang, „dem Schuss“ werden beide Bereiche 24,26 der ersten Kammer 4 über den Kanal 18 mit Druck beaufschlagt, indem ein Druckgas eingeleitet wird. In gefülltem Zustand befindet sich eine für den Schuss erforderliche Menge an Schmelze 8 in dem zweiten Bereich 26 der ersten Kammer 4. Der aufgebaute Druck drückt auf den Badspiegel 20 in dem ersten Bereich 24 und dem zweiten Bereich 26. Dadurch wird die Schmelze 8 aus dem zweiten Bereich 26 durch das Steigrohr 13 in die Gussform gedrückt. Die Schmelze 8 in dem ersten Bereich 24 bleibt dagegen zurück. Falls das Ventil 17 undicht sein sollte, kann bei Anlegen eines Druckes nur der Anteil an Schmelze 8 aus dem ersten Bereich 24 in die Ofenwanne 2 zurückfließen. Dadurch ist sichergestellt, dass Leckagen des Ventils 17 keinen Einfluss auf den Gießvorgang haben.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Gießofen
- 2
- Ofenwanne
- 3
- Gehäuse
- 4
- erste Kammer
- 5
- Einfüllöffnung
- 6
- Heizelemente
- 7
- Boden
- 8
- Schmelze
- 9
- erster Badspiegel
- 10
- Wandelement
- 11
- zweite Kammer (der Ofenwanne)
- 12
- Isolierung
- 13
- Steigrohr
- 14
- Deckel
- 15
- Isolierung des Deckels
- 16
- Gehäuseunterseite
- 17
- (Zustrom-)Ventil
- 18
- Kanal
- 19
- Deckenbereich
- 20
- zweiter Badspiegel
- 21
- Öffnung des Steigrohres
- 22
- zweites Ventil
- 23
- Sonden
- 24
- erster Bereich
- 25
- Trennwand
- 26
- zweiter Bereich
