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Verfahren und Vorrichtung zum Gießen von Gegenständen
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aus Metallen Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Gießen von
Gegenständen aus Metallen, bei dem die Metallschmelze mittels eines Tiegels oder
Gießlöffels in eine Gießform unter deren gleichzeitigem Schwenken eingegeben wird,
wobei das Gießen und Schwenken bei einer bestimmten Ausgangslage, insbesondere Schräglage,
der Gießform begonnen wird. Die Erfindung betrifft ferner eine Vorrichtung zur Durchführung
des Verfahrens.
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Die Erfindung bezieht sich insbesondere auf das Gießen von Eisen-
und Nichteisenmetallen unter Schwerkraftwirkung vorzugsweise, jedoch nicht ausschließlich,
in Kokillen.
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Bislang erfolgt derartiges Gießen von Metallen zumeist von Hand, indem
der Gießens mittels eines Gießlöffels eine Menge flüssigen Metalls aus einem Metallbad
entnimmt und in den Angußkanal einer aus gegeneinander verspannten Formhälften bestehenden
Kokille einfüllt. Die im Gießlöffel befindliche Metallschmelze wird über dessen
Schnauze entleert, indem der Tiegel während des Gießvorganges relativ zur Kokille
gekippt wird. Damit Gase aus dem Formhohlraum entweichen können und zur Vermeidung
des Einbringens von Verunreinigungen, wie Schlacke, Oxiden und dgl. in den Formhohlraum,
sollte das Füllen des Formhohlraumes mit schräg stehender Gießform oder Kokille
erfolgen. Außerdem muß aus vorerwähnten Gründen die
Gießform während
des Formfüllvorganges geschwenkt werden, wobei die Art und Weise, wie das Schwenken
erfolgt, maßgebenden Einfluß auf die Güte des Formteiles hat. Die bislang praktizierte
Vorgehensweise beim Gießen mit Schwerkraftwirkung bedeutet eine beträchtliche arbeitsphysiologische
Belastung des Gießers. Ein weiterer wesentlicher Nachteil ist die Unmöglichkeit,
die zur Erzielung optimaler Formteilgüte maßgebenden Bedingungen bei den einzelnen
Gießvorgängen exakt einzuhalten bzw. zu reproduzieren, selbst wenn das Gießen von
besonders erfahrenem Personal durchgeführt wird.
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Zur Vermeidung von Gaseinschlüssen und zur Mechanisierung des Gießvorganges
ist es ferner bekannt (vgl. z.B. DE-C 953 191), der Gießform die Schmelze über ein
Steigrohr von unten zuzuführen, wobei die Gießform evakuiert werden kann. Dabei
können ( vgl. DE-C 412 498) die Gießform und der die Schmelze enthaltende Tiegel
in unterschiedlichen Kammern angeordnet sein, um zusätzlich zur Evakuierung der
Gießform ein Druckgas auf das Schmelzenbad im Tiegel einwirken zu lassen. Der Formfüllvorgang
erfolgt bei diesem bekannten Verfahren somit entgegen der Schwerkraft. Besondere
Schwierigkeiten bereiten bei dieser Art des Gießens die genaue Steuerung der Geschwindigkeit,
mit der der Formhohlraum gefüllt wird, als auch das für die Überführung der Metallschmelze
erforderliche Steigrohr, das die Entformung verkompliziert, zu einem "ausgefransten"
Anguß am Guß stück führen kann, der eine entsprechende Nachbearbeitung erfordert,
und ggf. gezielt erwärmt oder gekühlt werden muß. Vorteil des Gießen mittels Steigrohr
ist dagegen die Möglichkeit, den Formhohlraum zur Vermeidung von Gaseinschlüssen
mit relativ geringem apparativen Aufwand evakuieren zu können.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung
der eingangs erwähnten Gattung, bei denen das
Füllen des Formhohlraumes
auf Schwerkraftwirkung beruht, zu verbessern, indem unter wesentlich geringerer
Belastung des Arbeitspersonals ein derartiger Gießvorgang in exakt reproduzierbarer
Weise erfolgen kann. Ferner soll ein Gießen unter Vakuum oder Schutzgasbedingungen
möglich sein, ohne daß hierzu ein wesentlicher apparativer Aufwand erforderlich
ist.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die während
des Gießens in einer bestimmten Zuordnung zueinander gehaltene Anordnung aus Gießform
und Tiegel um eine gemeinsame Achse geschwenkt wird.
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Erfindungsgemäß sind somit die Gießform und der Tiegel bzw.
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Gießlöffel während des Gießens in einer bestimmten Beziehung zueinander,
z.B. auf einem Rahmen oder Tisch, angeordnet. Beide Teile können um eine gemeinsame
horizontale Achse von einer Eingieß- in eine Entformungsstellung geschwenkt werden.
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Während der Schwenkbewegung gelangt durch Schwerkraftwirkung die im
Tiegel oder Gießlöffel befindliche Metallschmelze in den Formhohlraum der aus eingangs
erwähnten Gründen vorzugsweise schräg gestellten Gießform, ohne daß für das Schwenken
der Gießform und Entleeren des Tiegels manuelle Arbeit aufgebracht werden muß. Das
Schwenken der-Anordnung aus Gießform und Tiegel läßt sich vielmehr leicht mechanisch
steuern und erfolgt vorzugsweise insbesondere nach einem bestimmten Programm, das
den z.B. empirisch ermittelten zeitlichen Verlauf der Schwenkwinkelgeschwindigkeiten
zur Erzielung bestimmter Formfüllvcrhaltnisse vorgibt, so daß bei jedem Gießvorgang
einmal ermittelte optimale Bedingungen exakt eingehalten bzw. reproduziert werden
können.
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Ein weiterer wesentlicher Vorteil der erfindungsgemäßen Vorgehensweise
besteht darin, daß gemäß einer anderen bevorzugten Weiterbildung der Erfindung das
Gießen unter Vakuum oder
Schutzgasatmosphäre erfolgen kann. Da Gießform
und Tiegel in einer bestimmten Beziehung zueinander stehen, sind keine aufwendigen
Abdichtungsmaßnahmen erforderlich. Es reicht vielmehr eine aus einem Unter- und
Oberteil bestehende die Anordnung aus Gießform und Tiegel aufnehmende Kammer aus,
die die Schwenkbewegung mitmacht. Ein weiterer Vorteil aus dem Gießen unter Vakuum
oder Schutzgasatmosphäre besteht darin, daß das Metall im Tiegel in situ geschmolzen
werden kann: statt einer Menge geschmolzenen Metalls wird eine Feststoffeingabe
in den Tiegel eingegeben und auf elektrischem Wege, vorzugsweise induktiv oder mittels
eines elektrischen Lichtbogens, geschmolzen. Eine andere Weiterbildung der Erfindung
sieht vor, daß nach jedem Gießvorgang der Tiegel herausgenommen und durch einen
eine proportionierte Metallschmelzenmenge oder Feststoffeingabe enthaltenden neuen
Tiegel ersetzt wird.
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Durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen wird daher der Gießvorgang selbst
sowohl in wirtschaftlicher als arbeitsphysiologischer Hinsicht verbessert, und ferner
werden Produkte von besonderer Güte bei geringerem Anfall von Ausschuß erhalten.
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Bezüglich anderer Weiterbildungen der Erfindung wird auf die Patentansprüche
verwiesen.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand einer Ausführungsform und der
Zeichnung näher erläutert. Es zeigen: Fig. 1 in schematischer geschnittener Seitenansicht
eine erfindungsgemäß aufgebaute Gießvorrichtung, Fig. 2 einen Schnitt längs der
Schnittlinie 11-11 in Fig.
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1.
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Wie in Fig. 1 und 2 dargestellt, umfaßt die Vorrichtung nach der Erfindung
ein Grundgestell oder einen Unterrahmen 1, der z.B. in Gestalt eines Paares quer
beabstandeter Säulen ausgebildet sein kann. Die Säulen tragen ein Paar quer beabstandete
Lager 9, welche Stummelwellen halten, die von Seitenteilen 3 eines Tragrahmens oder
Tisches 2 seitlich abstehen. Die Stummelwellen definieren eine horizontale Schwenkachse
7, um die der Tisch 2 in einer vertikalen Ebene geschwenkt werden kann, wie dies
durch den Pfeil in Fig. 1 angedeutet ist.
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Der Tisch 2 weist geeignete Mittel auf, um eine Gießform 10 am Tisch
aufspannen bzw. befestigen zu können. Insbesondere umfassen diese Mittel Einrichtungen,
welche es ermöglichen, die Gießform 10 in eine bestimmte Schräglage gegenüber der
Horizontalen zu bringen und in dieser Schräglage zu halten. Zu diesem Zweck kann
eine gegenüber dem Tisch 2 relativ schwenkbare Aufspannplatte 13 vorgesehen sein,
deren Neigung gegenüber dem Tisch 2 mittels einer in Fig. 1 schematisch angedeuteten
Einrichtung 11, z. B. Schraubeinrichtung, eingestellt werden kann. Der Angußkanal
12 der Gießform 10 als auch deren Formhohlraum 14 können auf diese Weise in eine
bestimmte Schrägstellung gebracht werden, so daß die Metallschmelze längs der Wand
des Angußkanales 12 in den Formhohlraum 14 hineinfließt, nicht jedoch ungesteuert
darin hineinfallen kann.
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Auf dem Tisch 2 ist ferner in benachbarter Beziehung zur Eintrittsöffnung
des Angußkanales 12 der Gießform 10 ein Tiegel oder Gießlöffel 16 entfernbar angeordnet.
Zu diesem Zweck können am Tisch 2 llalterungen 18 befestigt sein, die Auflager vorsehen,
auf denen der Tiegel 16 so aufgesetzt werden kann, daß die Schnauze des Tiegels
etwas in die Eintrittsöffnung des Angußkanales 12 der Gießform 10 hineinragt.
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Der Tisch 2 ist, wie dargestellt, als Unterteil einer die Anordnung
aus
Gießform 10 und Tiegel 16 aufnehmenden Kammer 6 ausgebildet. Das Oberteil der Kammer
6 bildet ein Klappdeckel 4. In der dem Tisch 2 zugewandten freien Kante des Klappdeckels
4 kann eine Nut 5 mit einer (nicht gezeigten) Dichtung ausgebildet sein, die den
zugewandten Kantenrandbereich des Seitenteiles 3 des Tisches 2 aufnimmt, um die
Kammer 6 bei geschlossenem Deckel 4 luftdicht abzudichten. Die Kammer 6 kann über
eine Leitung 8 wahlweise mit einer Unterdruckpumpe oder dgl. oder einer Quelle für
ein Schutzgas in Verbindung gebracht werden, so daß die Kammer 6 evakuiert oder
in sie ein Schutzgas eingeführt werden kann.
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Nicht dargestellte Einrichtungen zur Erwärmung des Tiegels 16 auf
vorzugsweise elektrischem Wege sind vorgesehen. Vorzugsweise erfolgt die Erwärmung
des Tiegels 16 mittels einer den Tiegel umgebenden Induktionsspule. Die Erwärmung
kann auch so sein, daß hierdurch ein Schmelzen einer in den Tiegel eingegebenen
Feststoffeingabe bewirkt wird. Statt auf induktivem Wege kann das Schmelzen der
Feststoffeingabe auch mittels eines elektrischen Lichtbogens in dem Fachmann bekannter
Weise erfolgen. Da die für den Gießvorgang notwendige Kokillentemperatur relativ
hoch sein sollte, ist ferner vorgesehen, die Kokille mittels elektrischer Heizstäbe
oder dgl. erhitzen zu können.
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Am Klappdeckel 4 kann ein Widerlager 20 vorgesehen sein, das in Eingriff
mit der Gießform 10 steht, wenn sich der Deckel in Schließstellung befindet, um
die Formhälften der Gießform gegeneinander zu verspannen.
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Der zeitliche Verlauf der Winkelgeschwindigkeit, mit der der Tisch
2 beim Gießen geschwenkt wird, kann zur Erzielung optimaler Ergebnisse auf die individuellen
Verhältnisse gezielt mittels einer die Schwenkbewegung steuernden nicht gezeigten
Steuereinrichtung
abgestimmt werden. Der optimale zeitliche Verlauf der Winkelgeschwindigkeiten von
der Gießanfangs- bis zur Entformungsstellung kann durch Versuche empirisch ermittelt
und in Form eines Programmes gespeichert werden, so daß die eInmal ermittelten optimalen
Bedingungen beliebig oft exakt wiederholt werden können. Der Aufbau einer derartigen
Programmsteuerung ist dem Fachmann an sich bekannt, so daß hierauf nicht näher eingegangen
werden braucht.
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Gießverfahren Das Gießen mittels der wie vorbeschrieben aufgebauten
Vorrichtung kann wie folgt durchgeführt werden Beispiel 1 Auf der Aufspannplatte
13 des Tisches 2 wird eine geeignete Gießform 10 mit einem dem zu gießenden Formteil
entsprechenden Formhohlraum 14 befestigt und die Aufspannplatte mittels der Stelleinrichtung
11 in eine gewünschte Schräglage gemäß Fig. 1 gebracht. Ein eine Metallschmelzenmenge
enthaltender Tiegel 16 wird auf die Auf lager 18 aufgesetzt, wobei die Auslaufschnauze
in die Eintrittsöffung des schräg nach oben gerichteten Angußkanales 12 der Gießform
etwas hineinragt. Die Anordnung aus Gießform 10 und Tiegel 16 wird dann z.B. aus
der in Fig.l gezeigten Ausgangsstellung in Richtung des Pfeiles um die Achse 7 in
gesteuerter Weise nach unten gedreht, wobei die im Tiegel 16 befindliche Metallschmelze
im Laufe der Schwenkbewegung in den Angußkanal 12 der Gießform 10 entleert wird,
ohne daß dabei wegen der Schrägstellung der Gießform Oxide oder Schlacke in den
Angußkanal hineingelangen. Im Formhohlraum befindliche Gase, wie Luft, können während
des Gießvorganges über den Angußkanal sowie mit dem Formhohlraum in Verbindung stehende
Entlüftungsschlitze in der Kokille nach
außen entweichen. Am Ende
des Gießvorganges wird der entleerte Tiegel 16 von den Auflagern 18 weggenommen
und der Tisch 2 in die Ausgangsstellung zurückgedreht, wonach ein neuer Gießvorgang
stattfinden kann.
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Beispiel 2 Im wesentlichen wird wie in Beispiel 1 vorgegangen mit
der Ausnahme jedoch, daß das Gießen unter Vakuumbedingungen erfolgt. Zu diesem Zweck
wird bei aufgeklapptem Deckel 4 auf die Auflager 18 ein verflüssigtes Metall enthaltender
Tiegel 16 ggf. unter induktiver Wärmezufuhr aufgesetzt und der Deckel 4 anschließend
geschlossen. Dann wird über die Leitung 8 die gebildete Kammer 6 mit einer Vakuumpumpe
oder dgl. verbunden und evakuiert, so daß insbesondere im Formhohlraum 14 der Gießform
10 befindliche Gase oder Luft nach außen abgeführt werden, bevor das eigentliche
Gießen beginnt. Das Vakuum wird während der Schwenkung des Tisch in die Entformungsstellung
aufrechterhalten.
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Beispiel 3 Es wird grundsätzlich wie in Beispiel 2 vorgegangen. Statt
Einsetzen eines eine Menge flüssigen Metalls enthaltenden Tiegels wird in den Tiegel
eine proportionierte Feststoffeingabe eingegeben und das Metall in situ im Tiegel
vorzugsweise unter Schutzgasatmösphäre geschmolzen. Zu diesem Zweck wird die Leitung
8 mit einer Schutzgasguelle verbunden. Das Schmelzen der Feststoffeingabe kann auf
induktivem Wege oder mittels eines elektrischen Lichtbogens oder in anderer geeigneter
Weise erfolgen. Das eigentliche Gießen kann entweder gemäß Beispiel 2 unter Vakuum
oder unter Aufrechterhaltung der Schutzgasatmosphäre vorgenommen werden.
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Die Erfindung wurde vorausgehend anhand bevorzugter Ausführungsformen
und Beispiele erläutert. Es versteht sich jedoch, daß Modifikationen, die sich dem
Fachmann anhand der gegebenen Lehre anbieten, in den Schutzbereich der Erfindung
ebenfalls eingeschlossen sind. Insbesondere ist unter dem Ausdruck "in bestimmter
Zuordnung " betreffend die gegenseitige Lage von Gießform und Tiegel nicht unbedingt
eine starre Halterung des Tiegels in Bezug auf die Gießform zu verstehen. Vielmehr
kann, wenn erwünscht, der Tiegel durch geeignete Maßnahmen auch zusätzlich zur Schwenkbewegung
um die gemeinsame Achse auf den Auflagern gedreht werden.