DE202004014151U1

DE202004014151U1 - Vorrichtung zur Herstellung von Formteilen aus Aluminium- oder Magnesiumlegierungen, insbesondere zur Herstellung von Kraftfahrzeugteilen

Info

Publication number: DE202004014151U1
Application number: DE202004014151U
Authority: DE
Original assignee: Drache Umwelttechnik & Co GmbH; Drache Umwelttechnik & Co KG GmbH
Current assignee: Drache Umwelttechnik & Co GmbH; Drache Umwelttechnik & Co KG GmbH
Priority date: 2003-09-09
Filing date: 2004-09-09
Publication date: 2005-03-03
Anticipated expiration: 2014-09-10

Abstract

Niederdruckguss-Vorrichtung zur Herstellung von Formteilen aus Aluminium- oder Magnesium-Legierungen, insbesondere zur Herstellung von Kraftfahrzeugteilen, wie Leichtmetall-Felgen, umfassend
ein als Druckkammer ausgebildetes Unterteil, eine vorzugsweise aus mehreren Teilen bestehende Gussform, deren oberer Teil mittels einer Hubvorrichtung zur Entnahme der gegossenen Formteile abnehmbar ist, und ein vorzugsweise vertikales Steigrohr, durch welches eine in der Druckkammer befindliche Schmelze in die Gussform aufsteigt,
dadurch gekennzeichnet, dass das Gießsystem zumindest bereichsweise aus einem Isolierwerkstoff besteht und im Steigrohr eine Hülse aus einem keramischen Material eingesetzt ist.

Description

Die Erfindung betrifft den Aluminium-Niederdruckguss im Allgemeinen und insbesondere eine Vorrichtung zur Herstellung von Kraftfahrzeugteilen, wie beispielsweise Leichtmetallfelgen, aus Aluminium, Aluminiumlegierungen und/oder Magnesiumlegierungen.
Beim Niederdruckguss steigt das geschmolzene Material in der Regel durch ein Steigrohr auf und wird durch das Steigrohr in ein Düsensystem geleitet und aus diesem von unten in eine Gussform eingefüllt. Im Düsensystem ist ein Filter oder ein Sieb eingesetzt, welches nach dem Erstarren des Metalls in der Gussform in der Regel zusammen mit dem Werkstück entnommen wird, da sich beim Niederdruckguss in der Regel unterhalb des Gussteils ein Zapfen bildet, welcher auch als Angusszapfen bezeichnet wird, welcher in den Filter hineinragt. Weitere Funktionen des Filters sind das Herstellen einer laminaren Strömung des flüssigen Metalls durch das Steigrohr sowie das Ausfiltern von Verunreinigungen, insbesondere von anorganischen Verunreinigungen.
Der Filter oder das Sieb muss für jeden neuen Guss jedoch ausgetauscht werden, da dieses im erstarrten Angusszapfen verbleibt. Als Material für das Sieb wird Metall oder vorzugsweise ein keramischer Werkstoff verwendet.
Für das Steigrohr werden dem Fachmann an sich bekannte keramische Werkstoffe oder auch Metalle verwendet, wobei als Metall zumeist Grauguss eingesetzt wird. Grauguss ist aber nachteilig, da Aluminium oder Aluminiumlegierungen den Grauguss angreifen. Auch ist Grauguss aufgrund seiner hohen Wärmeleitfähigkeit von Nachteil, da die Schmelze bereits vor Eintritt in die Gussform im Steigrohr abkühlt. Besonders nachteilig ist bei Grauguss auch, dass dieser innen und aussen beschichtet werden muss, um eine Benetzung mit der Schmelze und eine sich dadurch nach Abschluss des Giessvorgangs auf der Innenseite des Rohres ausbildende Aluminium- oder Magnesiumoxidschicht zu vermeiden. Dies würde nach mehrfachen Giesszyklen schliesslich zum Verschluss des Steigrohres führen. Darüber hinaus muss nach relativ kurzer Betriebsdauer (2–3 Tagen) die Beschichtung erneuert werden. Dadurch verlangsamt sich der gesamte Prozessablauf erheblich und ist zudem mit nicht unerheblichen zusätzlichen Kosten verbunden.
Aus dem Stand der Technik sind andererseits Keramikwerkstoffe bekannt, die als Steigrohr verwendet werden können. Allerdings sind diese mechanisch nicht so widerstandsfähig, wie dieses wünschenswert wäre. So kommt es zu einer unerwünscht schnellen Abnutzung, so dass häufig die Düsen ausgetauscht werden müssen. Dies stellt ebenfalls einen erheblichen Zeit- und Kostenfaktor dar.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein wartungsfreieres und kostengünstigeres Giessen, insbesondere mit schnellen Giesszyklen, zu ermöglichen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst.
Wenn für die Vorrichtung zur Herstellung von metallischen Formteilen, insbesondere zur Herstellung von Leichtmetall-Felgen aus Aluminium oder Aluminium-Legierungen ein vertikales Eingusssystem verwendet wird, welches zumindest bereichsweise aus einem Isolierwerkstoff besteht und eine aus keramischem Material bestehende Hülse aufweist, hat dies grosse Vorteile, da eine Abkühlung der Schmelze während des Giessvorgangs im Steigrohr verhindert und durch den Einsatz der keramischen Hülse die mechanische Widerstandsfähigkeit deutlich erhöht wird.
Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform besteht der Isolierwerkstoff im wesentlichen aus Calciumsilikat. Dieses Material besitzt mit einer Wärmeleitfähigkeit von 0,28 bis 0,30 W/mK (800 °C) ausgezeichnete Isoliereigenschaften und verhindert ein ungewolltes Erstarren der Schmelze im Düsensystem, bzw. in der Düse. In vorteilhafter Weise findet keine Benetzung mit der metallischen Schmelze statt. Eine mögliche Verengung oder sogar ein Verschluss des Steigrohres durch Aluminiumablagerungen ist daher nicht mehr zu befürchten. Eine kastenaufwendige Beschichtung zur Vermeidung einer Benetzung ist somit auch nicht mehr erforderlich. Der gesamte Prozessablauf kann daher deutlich beschleunigt werden.
Alternativ kann auch ein Keramik-Faserwerkstoff verwendet werden.
In überraschend vorteilhafter Weise besteht die im Eingussbereich eingesetzte Hülse im wesentlichen aus Aluminiumtitanat. Wie das Calciumsilikat wird vorteilhafterweise auch das Aluminiumtitanat nicht von der Schmelze benetzt, so dass auch die Hülse keiner weiteren Innenbeschichtung zum Schutz vor Korrosion und Ablagerung von Schmelze bedarf. Von besonderem Vorteil ist aber die mechanische Widerstandsfähigkeit. Aluminiumtitanat zeichnet sich durch hohe Druck- und Biegefestigkeit (500 MPa/RT) aus und kann somit starken mechanischen Beanspruchungen standhalten. So ist es möglich, dass keramische oder metallische Siebe oder Filter, die beim Giessvorgang verwendet werden müssen, um beispielsweise für eine laminare Strömung sorgen, in die Hülse einsetzbar sind, ohne dass es zu einem nennenswerten Abrieb oder Zerstörung der Hülse nach mehrmaligem Wechsel der Siebe kommt. Ein Austauschen der Hülse oder des Systems ist daher nicht mehr erforderlich.
Aufgrund der konischen Formgebung der Hülse im Innern kann das entsprechend geformtes Sieb oder Filter positionsgenau in die Hülse eingesetzt und herausgenommen werden, was die Handhabung während des Giessprozesses deutlich vereinfacht.
Alternativ kann die Hülse auch aus Aluminuimnitrid (AlN) oder Siliziumnitrid (SiN), oder Cordierit oder Bornitrid (BN) oder Graphit(C) bestehen, insbesondere kann auch imprägnierter Graphit verwendet werden. Auch diese Materialien besitzen die entscheidende Eigenschaft, dass sie von der Schmelze nicht benetzt werden. Dadurch werden Ablagerungen auf der Innenseite der Hülse vermieden.
In vorteilhafter Weise ist das Düsensystem aus Segmenten aufgebaut. Dadurch isst es möglich, eventuell beschädigte Bereiche auszutauschen, ohne gleich das gesamte Düsensystem zu erneuern.
In vorteilhafter Weise ist das oberste Segment des Eingusssystems als Abschlussteil ausgebildet, welches eine Aufnahme für die Hülse darstellt. Die Aufnahme besitzt ferner an der Innenwandung einen umlaufenden Absatz, der als Auflage für die Hülse im eingebauten Zustand dient. Damit ist ein problemloser Ein- und Ausbau sowie eine zuverlässige Positionierung der Hülse im Steigrohr gewährleistet.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform weist die Hülse einen konisch ausgeformten Innendurchmesser auf. Dieser erlaubt es, das Sieb oder das Filter von oben in der Hülse klemmbar zu positionieren sowie ein problemloses Herausnehmen des Angußzapfens.
Ferner bildet der umlaufende Absatz in der Hülse den kleinsten Innendurchmesser während ansonsten das Abschlussteil einen im wesentlichen konischen Innendurchmesser aufweist. Dieser vorteilhafte Aufbau wirkt wie eine Düse, aus der Schmelze von der Druckkammer in die Gussform befördert wird.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand einer bevorzugten Ausführungsform und unter Bezugnahme auf die beigeschlossenen Zeichnungen detaillierter beschrieben.
Es zeigen:
1 eine Gesamtansicht einer Niederdruckguss-Vorrichtung mit vertikaler Formfüllung in einer etwa senkrecht durch die Vorrichtung velaufenden Querschnittsebene,
2 den Aufbau der Niedergruckguss-Vorrichtung bzw. des Niederdruckgusssystems (ND-Systems) in detaillierterer Darstellung in einer etwa senkrecht durch diesen Vorrichtungsteil velaufenden, etwa mittig angeordneten Querschnittsebene,
3 eine Detailansicht des oberen Abschlussteils des Steigrohres im senkrechten Längsschnitt in etwa mittig angeordneten Querschnittsebene.
Detaillierte Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform
In der 1 ist die erfindungsgemässe Vorrichtung schematisch dargestellt. Sie umfasst ein als Druckkammer 10 ausgebildetes Unterteil, eine aus mehreren Teilen bestehende Gussform 20, deren oberer Teil mittels einer Hubvorrichtung 21 zur Entnahme der gegossenen Formteile 22 abnehmbar ist, und ein vertikales Düsensystem 30, durch das eine in der Druckkammer 10 befindliche Schmelze 11 in die Gussform 20 aufsteigt. Das Steigrohr 31 ist hierbei aus mindestens zwei Segmenten 31 ausgebildet, wobei die Segmente 31 erfindungsgemäss aus Aluminiumtitanat bestehen. Siehe hierzu auch 2. Während der untere Teil des Steigrohres 31 beim Schmelzvorgang in die flüssige Schmelze 11 eintaucht, bildet der obere Teil des Eingusssystems oberhalb des Steigrohres ein als Düse ausgeformtes Abschlusssegment 31a, welches zumindest bereichsweise in die Gussform 20 hineinragt.
Wie am besten aus der Detailansicht von 3 zu ersehen ist, lässt sich der Innenraum des Abschlusssegmentes 31a im Längsschnitt in zwei Abschnitte aufteilen, nämlich in einen zylindrischen Abschnitt 32 und einen konischen Abschnitt 33. Die Abschnitte 32 und 33 sind durch einen radial umlaufenden Absatz 34 voneinander getrennt. Durch den Absatz 34 entsteht im Abschnitt 32 ein Hohlzylinder, der als Aufnahme für eine Hülse 35 dient.
Diese Hülse 35 ist erfindungsgemäss aus Aluminiumtitanat gefertigt und weist einen zylindrischen Aussendurchmesser auf, während im Innern die Hülse 35 konisch ausgestaltet ist. Die Enden der Hülse 35 weisen somit unterschiedliche Wandstärken auf, wobei im Einbauzustand das Ende mit der grösseren Wandstärke auf dem Absatz 34 im Abschnitt 32 der Hülse 35 aufliegt. Die Wandstärke der Hülse 35 entspricht in diesem Bereich der Breite des Absatzes 34. Zum Ein- und Ausbau lässt sich die Hülse axial in den Abschnitt 32 einführen. Da die Höhe der Hülse 35 grösser ist als die Höhe des Abschnittes 32, ragt die Hülse 35 im Einbauzustand in axialer Richtung aus dem Abschlusssegment 31a heraus.
Durch den konischen Aufbau der Hülse 35 wird eine weitere Aufnahme erzeugt, welche es erlaubt, ein Sieb oder ein Filter 36 in der Hülse 35 anzuordnen. Mit dieser zweckmässigen Formgebung der Hülse 35 ist somit ein positionsgenauer und zuverlässiger Einsatz und Wechsel des Siebes oder des Filters 36 möglich.
Bei einer Vorrichtung für den Aluminium-Niederdruckguss zum Herstellen von Leichtmetallfelgen wird somit für den Transport der Schmelze von der Druckkammer zur Gussform ein Steigrohr verwendet, welches zumindest bereichsweise aus einem Isolierwerkstoff besteht und im Steigrohr eine Hülse aus einem keramischen Material eingesetzt. Bevorzugt wird für das Steigrohr Calciumsilikat verwendet, während für die einsetzbare Hülse Aluminiumtitanat bevorzugt wird.
Die hier dargestellte Ausführungsform stellt nur eine beispielhafte Verwirklichung der Erfindung dar. Es sind insbesondere andere Formgestaltungen der erfindungsgemässen Vorrichtung denkbar, die hier graphisch nicht wiedergegeben worden sind.

Claims

Niederdruckguss-Vorrichtung zur Herstellung von Formteilen aus Aluminium- oder Magnesium-Legierungen, insbesondere zur Herstellung von Kraftfahrzeugteilen, wie Leichtmetall-Felgen, umfassend ein als Druckkammer ausgebildetes Unterteil, eine vorzugsweise aus mehreren Teilen bestehende Gussform, deren oberer Teil mittels einer Hubvorrichtung zur Entnahme der gegossenen Formteile abnehmbar ist, und ein vorzugsweise vertikales Steigrohr, durch welches eine in der Druckkammer befindliche Schmelze in die Gussform aufsteigt, dadurch gekennzeichnet, dass das Gießsystem zumindest bereichsweise aus einem Isolierwerkstoff besteht und im Steigrohr eine Hülse aus einem keramischen Material eingesetzt ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Isolierwerkstoff im wesentlichen aus einem Calciumsilikat besteht.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Isolierwerkstoff im wesentlichen aus einem Keramik-Faserwerkstoff besteht.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die eingesetzte Hülse im wesentlichen aus Aluminiumtitanat (Al₂TiO₅) besteht.
Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die eingesetzte Hülse im wesentlichen aus Aluminuimnitrid (AlN) oder Siliziumnitrid (SiN), Cordierit und/oder Bornitrid (BN) und/oder Graphit (C) und/oder aus imprägniertem Graphit besteht.
Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Gießsystem mehrteilig aus einer Anzahl von im wesentlichen zylindersymmetrischen Segmenten aufgebaut ist.
Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Segmente muffenartig steckbar ineinander gefügt sind.
Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das oberste Segment des Steigrohres einen Abschlussteil bildet, welches eine Aufnahme für die Hülse darstellt.
Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufnahme des oberen Abschlussteils im wesentlichen zylindrisch geformt ist und an der Innenwandung einen umlaufenden Absatz besitzt, welcher als Auflage für die Hülse in deren Einbauzustand dient.
Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Hülse von oben in die Aufnahme des Anschlussteils einsetzbar ist.
Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Hülse innenseitig konisch geformt ist.
Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass im Konus der Hülse ein Sieb oder ein Filter von oben her einsetzbar ist.
Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet dass der umlaufende Absatz des Abschlussteils den kleinsten Innendurchmesser darstellt und ansonsten das obere Abschlussteil einen im wesentlichen konischen Innendurchmesser aufweist.
Hülse, insbesondere für eine Niederdruckguss-Vorrichtung zur Herstellung von Formteilen aus Aluminium- oder Magnesiumlegierungen, insbesondere zur Herstellung von Kraftfahrzeugteilen, wie Leichtmetallfelgen nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Hülse im wesentlichen aus Calciumsilikat besteht.
Hülse, insbesondere für eine Niederdruckguss-Vorrichtung zur Herstellung von Formteilen aus Aluminium- oder Magnesiumlegierungen, insbesondere zur Herstellung von Kraftfahrzeugteilen, wie Leichtmetallfelgen nach einem der vorstehenden Ansprüche von 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Hülse im wesentlichen aus einem Aluminiumtitanat besteht.
Hülse, insbesondere für eine Niederdruckguss-Vorrichtung zur Herstellung von Formteilen aus Aluminium- oder Magnesiumlegierungen, insbesondere zur Herstellung von Kraftfahrzeugteilen, wie Leichtmetallfelgen nach einem der vorstehenden Ansprüche von 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Hülse im wesentlichen aus einem keramischen Faserwerkstoff besteht.
Hülse, insbesondere für eine Niederdruckguss-Vorrichtung zur Herstellung von Formteilen aus Aluminium- oder Magnesiumlegierungen, insbesondere zur Herstellung von Kraftfahrzeugteilen, wie Leichtmetallfelgen nach einem der vorstehenden Ansprüche von 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Hülse im wesentlichen aus Aluminuimnitrid (AlN) oder Siliziumnitrid (SiN), Cordierit und/oder Bornitrid (BN) und/oder Graphit (C) und/oder aus imprägniertem Graphit besteht.