DE69425443T2

DE69425443T2 - Gussverfahren und -vorrichtung

Info

Publication number: DE69425443T2
Application number: DE69425443T
Authority: DE
Inventors: Geoffrey Allan Chadwick
Original assignee: Papervision Ltd
Current assignee: Papervision Ltd
Priority date: 1993-11-11
Filing date: 1994-11-09
Publication date: 2001-03-29
Anticipated expiration: 2014-11-10
Also published as: US5913358A; DE69425443D1; ATE195087T1; AU8112394A; AU694747B2; CA2176357A1; GB9323248D0; EP0732980B1; WO1995013157A1; EP0732980A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Gießvorrichtung und ein Gußverfahren zur Verwendung insbesondere beim Niederdruck-Gießen, und allgemein zum Zurverfügungstellen von meßgenauen Mengen Metalls für andere Gießprozesse.[0001]
Die meisten Gußstücke werden heutzutage angefertigt, indem man flüssiges Metall vertikal unter Schwerkraft auf turbulente Weise in Formen gießt. Die Turbulenz ist die häufigste Ursache für Fehler, die sich bei Gußstücken zeigen. Die Vorteile des Füllens der Gußformen in Aufwärtsrichtung auf nicht turbulente Weise sind seit einer Reihe von Jahren bekannt, und eine Reihe von Systemen wurden konzipiert, die diese Füllmethode anwenden. Derartige Systeme haben sich jedoch aufgrund ihrer Kosten und allgemein mangelnden Flexibilität für die normale Benutzung in der Gießerei noch nicht durchsetzen können.[0002]
Eine übliche Gießvorrichtung, die sich der Füllung in Aufwärtsrichtung bedient, umfaßt üblicherweise einen großen Halteofen, aus dem das Flüssigmetall entweder mittels eines elektromagnetischen oder eines pneumatischen Systems gepumpt wird.[0003]
Bei pneumatischen Systemen führt das große Gasvolumen, welches mit Druck beaufschlagt werden muß, zu einer langsamen Arbeitsweise derartiger Vorrichtungen. Hinzu kommt, daß der Ofen häufig geöffnet werden muß, um wieder Flüssigmetall hineinzugeben, was eine Unterbrechung des Gießzyklusses zur Folge hat. Die gebräuchlichste Form dieses Typs einer Niederdruckmaschine hat drei Druck-Betriebsarten: zunächst eine rasche Druckeinwirkung zum Füllen des Steigrohres oder Zuführungsrohres; eine zweite, niedrigere Druckbeaufschlagung zum langsameren Befüllen des Gusses; und ein abschließender Intensivierungsdruck, üblicherweise im Bereich von 4 bar, welcher während der Gußverfestigungs-Phase angewendet wird. Obwohl diese pneumatische Form des Niederdruck-Gusses vorwiegend mit Metallformen Verwendung findet, wurde sie auch bereits im Zusammenhang mit Gips- und Sandformen verwendet. Andere Arten pneumatischer Öfen wurden adaptiert, um ein meßgenaues Volumen an Flüssigkeit vom Steigrohr in eine Rinne abzugeben, zur Verwendung entweder beim Schwerkraft- Guß oder Hochdruck-Guß.[0004]
Der alternative Typ von Niederdruck-Gußsystemen mittels elektromagnetischer Pumpeinheiten ist aufwendig zu installieren und kostenintensiv in der Unterhaltung, da die elektromagnetischen Pumpen in einer aggressiven Umgebung flüssigen Metalls arbeiten. Derartige Niederdruck-Pumpeinheiten haben jedoch den Vorteil gegenüber bekannten pneumatischen Öfen, daß der Metallfluß durch die elektromagnetische Pumpe prinzipiell leicht zu steuern ist und elektronisch in einem voll computerisierten System überwacht werden kann. Elektromagnetische Pumpsysteme arbeiten derzeit nur in großen Halteöfen für große Chargen identischer Gußstücke einer konstanten Legierungs-Zusammensetzung. Obwohl manchmal gesagt wird, daß sie zur Benutzung im Kleinserienguß gedacht sind, sind derartige Arten von Gießvorrichtungen, da sie kostenintensiv und unflexibel im Betrieb sind, häufig ungeeignet zur Verwendung bei Lohnfertigungs-Gießereien, welche ein Großteil der Gießereiindustrie ausmachen.[0005]
Zur Überwindung einiger der besonderen Schwierigkeiten beider Arten von Niederdruck-Öfen wurde eine Gießvorrichtung erdacht, bei der ein kleines keramisches Druckgefäß mit einer verschließbaren Öffnung in seinem unteren Bereich teilweise in einen Vorrat geschmolzenen Metalls eingetaucht wurde, um ein Wiederauffüllen der Druckkammer mit Metall nach jedem Gießvotgang zu bewirken. Auf diese Weise muß nur eine kleine Kammer mit Druck beaufschlagt werden, um Metall nach oben in die Formkavität zu bringen. Die beschriebene pneumatische Vorrichtung bediente sich jedoch ausschließlich der Druckbeaufschlagung durch direkte Steuerung von Gasdruck durch Druckmesser und/oder Druckschalter. Ein derartiges pneumatisches Steuersystem ist ersichtlich in seinem Betriebsbereich beschränkt durch die Anzahl unabhängiger Druckmesser und Schalter, die die Steueranordnung bilden. Für komplexe Metallfluß-Profile in komplexen Gießkavitäten ist es klar, daß der Aufwand an Metallteilen für derartige Steueranordnungen problematisch wird. Hinzu kommt, daß die fragwürdige mechanische Stabilität des keramischen Tiegels bei Betriebstemperatur und seine möglicherweise begrenzte Lebensdauer aufgrund thermalischer Risse im Zusammenhang mit Kosten für den Austausch der als Druckgefäß verwendeten Tiegel Probleme bei der Auswahl eines wirtschaftlichen Tiegel-Materials mit sich bringen. Das heißt, während das Druckgefäß eines bekannten Niederdruck-Gußofens aus Stahl mit feuerfester Auskleidung thermisch und mechanisch robust ist, ist das unabhängige keramische Druckgefäß, das teilweise in flüssiges Aluminium eingetaucht wird, anfällig für mechanisches Versagen. Aufgrund dieser inhärenten Probleme mit dem Konzept des getauchten Druckgefäßes wurde dieses Verfahren niemals praktisch angewandt.[0006]
Es besteht daher ein Bedarf für eine Gießvorrichtung und ein Gießverfahren, welches die Flexibilität und Produktivität erhöht, kompakt, preiswert und robust ist, und welches in der Lage ist, variabel kleine oder große Volumina flüssigen Metalls in Aufwärtsrichtung zu gießen oder sonstwie abzugeben.[0007]
Die vorliegende Erfindung überwindet die betrieblichen Nachteile sowohl der großen, bekannten Drucköfen als auch des Konzepts des kleinen, getauchten Druckgefäßes und stellt einen püeumatischen Ofen mit der variablen Druckverlaufs-Flexibilität eines elektromagnetischen Pumpofens, jedoch bei niedrigeren Kosten, zur Verfügung.[0008]
Ein Artikel mit dem Titel "Low pressure permanent mould casting of magnesium - recent developments" (Permanenter Niederdruck-Formguß von Magnesium - neueste Entwicklungen) erschienen in Foundry Trade Journal, 6. Oktober 1989, beschreibt ein Niederdruck-Gußsystem, bei welchem geschmolzenes Magnesium aus einem Schmelzofen in einen Gießofen gehebert wird, aus welchem es in die Form transferiert wird. Der Gießofen ist getrennt von dem Schmelzofen, und zur Vermeidung von Rückfluß verschließt ein Ventil das Transferrohr zwischen dem Schmelzofen und dem Gießofen. Innerhalb des gesamten Systems, vom Schmelzofen bis zum Eingang zur Form wird ein konstanter Pegel von Metall aufrechterhalten.[0009]
Eine ähnliche Anordnung ist offenbart in der DE-A-4116 998, wobei ein extern betätigtes Ventil in der Lage ist, ein Transferrohr zwischen einem Schmelzofen und einem separaten Gießofen zu schließen.[0010]
Ein Artikel mit dem Titel "Automatisches Gießen aus induktiv beheizten, druckluftbetätigten Öfen beim Aluminiumdruck- und -kokillenguß" in Gießerei, 16. Dezember 1971, offenbart weiterhin ein Gießsystem unter Verwendung eines Schmelzofens und eines Gießofens zum Zuführen von geschmolzenem Aluminium zu einer Gießform. Das Aluminium wird durch eine Düse transferiert, die in einer gemeinsamen Seitenwand zwischen dem Schmelzofen und dem Gießöfen liegt, jedoch ist kein Ventil zum Isolieren des Metalls in dem Schmelzofen vorgesehen, wenn das Aluminium mit Druck beaufschlagt wird, um das Aluminium aus der Gießoberfläche der Form zuzuführen.[0011]
Erfindungsgemäß wird vorgesehen: eine Gießvorrichtung mit einem Halteofen zum Halten eines Vorrates von Schmelze, mindestens einem kleineren Pumpofen, ebenfalls zum Halten eines Vorrates von Schmelze, und eine Gießform mit einer Gießkavität, die mit dem Pumpofen über ein oder mehrere Zuführungsrohre verbunden ist, wobei der Pumpofen und der Halteofen mit einer gemeinsamen Wand aneinandergrenzen und der Pumpofen mit Mitteln zum Aufbringen eines Drucks versehen ist, um die Schmelze von dem Pumpofen in die Gießkavität zu drücken, dadurch gekennzeichnet, daß die Gießform oberhalb des Pumpofens angeordnet ist und daß in der gemeinsamen Wand ein Rückschlagventil angeordnet ist, welches den Fluß der Schmelze von dem Pumpofen zum Halteofen während der Druckbeaufschlagung verhindert, aber den Fluß von Schmelze vom Halteofen zum Pumpofen nach der Druckbeaufschlagung zuläßt.[0012]
Die Vorrichtung nach der vorliegenden Erfindung weist klare Vorteile auf, indem nur ein geringes Volumen von Gas im Pumpofen unter Druck gesetzt werden muß, bevor die Schmelze veranlaßt wird, in die Gießkavität einzutreten.[0013]
Die Einrichtung zur Aufbringung eines Drucks ist vorzugsweise kontinuierlich variabel.[0014]
Das Rückschlagventil arbeitet vorzugsweise automatisch.[0015]
Der Vorteil der Anordnung des Pumpofens angrenzend an den Halteofen liegt darin, daß die Vorrichtung kompakter ist und daß sich die Schmelze zwischen dem Verlassen des Halteofens und dem Eintritt in den Pumpofen nicht signifikant abkühlen kann. Hinzu kommt, daß eine Flüssigmetall-Erosion/Korrosion innerhalb von Transferrohren ausgeschlossen ist. Ersichtlich gewährleistet die Anordnung des Rückschlagventilmittels in der gemeinsamen Wand zwischen dem Halteofen und dem Pumpofen die direkteste Zuführung von Schmelze vom Halteofen.[0016]
Das Rückschlagventilmittel ist vorzugsweise ein Ventil mit Kugel und Kugelsitz.[0017]
Das Rückschlagventil ist vorzugsweise ein Klappenventil.[0018]
Der Pumpofen ist vorzugsweise aus Stahl mit feuerfester Auskleidung konstruiert.[0019]
Die Vorrichtung umfaßt vorzugsweise weiterhin eine Drucksteuer-Einrichtung zum Regulieren des Drucks innerhalb des Pumpofens.[0020]
Die Drucksteuer-Einrichtung umfaßt vorzugsweise einen elektrischen Controller, einen Energie-Druck-Konverter, einen Druckwandler und einen Druckregulator.[0021]
Die Vorrichtung umfaßt vorzugsweise weiterhin eine Rinne zwischen dem Zufuhrrohr und der Gießkavität, wobei die Gießkavität die. Schußhülse einer Druckgieß- oder Preßgießvorrichtung umfaßt.[0022]
Der Halteofen kann vorzugsweise geöffnet werden, um eine periodische Befüllung mit Schmelze zu ermöglichen.[0023]
Die Vorrichtung umfaßt vorzugsweise eine Mehrzahl von Pumpöfen angrenzend an den Halteofen.[0024]
In einem weiteren Aspekt sieht die vorliegende Erfindung auch ein Verfahren zum Gießen mit folgenden Schritten vor: Füllen eines Halteofens mit Schmelze, Überführen der Schmelze in einen kleineren, angrenzenden Pumpofen, wobei der Halteofen und der Pumpofen eine gemeinsame Wand haben, und Druckbeaufschlagung des Pumpofens zum Drücken der Schmelze aus dem Pumpofen in eine Gießform mit einer Gießkavität, dadurch gekennzeichnet, daß beim Übertragungsschritt die Schmelze durch ein Rückschlagventil (10) geleitet wird, das in der gemeinsamen Wand (9) zwischen dem Halteofen und dem Pumpofen angeordnet ist, und daß die Schmelze von dem Pumpofen durch ein oder mehrere Rohre (8) nach oben zu der Gießform gedrückt wird, wobei die Gießform oberhalb des Pumpofens angeordnet ist.[0025]
Das Rückschlagventil arbeitet vorzugsweise automatisch.[0026]
Das Verfahren umfaßt weiterhin den Schritt der Regulierung des Drucks innerhalb des Pumpofens.[0027]
Das Verfahren umfaßt weiterhin den Schritt der Übertragung der Schmelze von dem Zufuhrrohr zu einer Rinne vor dem Eintritt in die Gießkavität, wobei die Gießkavität die Schußhülse einer Druckgieß- oder Preßgießvorrichtung umfaßt.[0028]
Vorzugsweise Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden nachstehend im Detail beschrieben, nur beispielhaft jedoch, unter Bezugnahme auf die anliegenden Zeichnungen:[0029]
Fig. 1, 2, 3 und 4 sind Zeichnungen bekannter Gießvorrichtungen;
Fig. 5 ist eine erste bevorzugte Ausführungsform einer Gießvorrichtung entsprechend der vorliegenden Erfindung;
Fig. 6 ist eine vergrößerte Ansicht des Rückschlagventils nach Fig. 5;
Fig. 7 ist eine zweite bevorzugte Ausführungsform einer Gießvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung;
Fig. 8 ist eine dritte bevorzugte Ausführungsform einer Gießvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung;
Fig. 9 ist eine vierte bevorzugte Ausführungsform einer Gießvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung;
Fig. 10 zeigt ein Drucksteuerungs-System zur Anwendung mit den Vorrichtungen in Fig. 5, 7, 8 und 9.
[0030] Fig. 1 zeigt eine typische Gießvorrichtung mit Aufwärtsfüllung entsprechend dem Stand der Technik. Die Gießvorrichtung umfaßt einen großen, aus einem Stahlgehäuse mit Keramik-Auskleidung bestehenden Halteofen A, der einen Vorrat geschmolzenen Metalls B enthält. Der Halteofen A besitzt einen druckdichten Deckel C. Der Halteofen A wird durch Einbringen eines Inertgases oder von Luft durch Einlaß D druckbeaufschlagt. Der ansteigende Druck von Gas oberhalb der Schmelze drückt die Schmelze in ein Zuführungsrohr E hinauf, das zwischen dem Halteofen A und der Gieß kavität F verläuft. Die Schmelze B ist üblicherweise Flüssigmetall zur Verwendung beim Gießen eines Gegenstandes wie etwa eines Rades oder eines Zylinderkopfes. Der Halteofen A hält üblicherweise eine Masse geschmolzenen Metalls von zwischen 250 und 2000 kg. Es ist ersichtlich, daß die zur Unterdrucksetzung eines derart großen Ofen-Volumens erforderliche Zeit einen langsamen Gießprozeß zur Folge haben kann. Der Halteofen A kann über Einlaß G wieder mit weiterem Flüssigmetall gefüllt werden.
[0031] Obgleich die in Fig. 1 gezeigte Vorrichtung die Vorteile eines Niederdruck-Gießverfahrens mit Aufwärtsfüllung bietet, ist es wohlbekannt, daß die Unterdrucksetzung eines großen Halteofens zur Abgabe geringer Mengen flüssigen Metalls in Verbin dung mit wiederkehrenden Betriebsunterbrechungen zum Wiederbefüllen des Ofens zeitaufwendig und nur schwer zu regulieren ist.
[0032] Fig. 2 zeigt ein elektromagnetisches Pumpsystem umfassend einen großen Halteofen A, der einen Vorrat geschmolzenen Metalls, z. B. eine flüssige Legierung B, enthält. Dem Halteofen A wird an einem Ende Blockmaterial oder flüssige Legierung zugeführt, während am anderen Ende eine elektromagnetische Pumpe H in die Schmelze eingetaucht ist. Flüssigmetall wird nach oben durch das Zuführungsrohr E in die Form F gepumpt, indem die Leistungsschaltung der elektromagnetischen Pumpe H aktiviert wird. Die Großräumigkeit des Ofens ermöglicht es Oxidpartikeln nach oben zu treiben oder abzusinken, bevor sie die Pumpe H erreichen. Die Haupt-Nachteile dieser Art von elektromagnetischen Pumpsystemen liegen jedoch darin, daß:
(a) die Pumpen extrem teuer sind;
(b) sie sich in der Umgebung des flüssigen Metalls rasch abnutzen und versagen;
(c) sich die Leistung der Pumpe mit der Zeit aufgrund von Blockagen verändert; sowie
(d) sowohl Metall-Überfluß als auch verminderter Fluß sporadisch auftreten können, und zwar aufgrund gelegentlicher Überspannungs-Fluktuationen oder plötzlicher Spannungsveränderungen.
[0033] Fig. 3 zeigt. das spätere Konzept, das darauf ausgerichtet war, die Schwächen bekannter pneumatischer Systeme und des elektromagnetischen Systems zu überwinden, indem die elektromagnetische Pumpe H in Fig. 2 durch einen teilweise in die Schmelze B eingetauchten Drucktiegel I ersetzt wird. Der Tiegel arbeitet analog zur elektromagnetischen Pumpe in Fig. 2, indem der Tiegel I durch ein Loch J in seiner Basis gefüllt wird und Flüssigmetall durch sich selbst und nach oben durch das Zuführungsrohr E in die Form F hineinführt. Aufgrund der Fragilität des Tiegelmaterials und den Schwierigkeiten in der Erzeugung reporduzierbarer Druckbedingungen und der Aufrechterhaltung der Druckdichtigkeit des Tiegeldeckels hat das System niemals gewerbliche Einsatzfähigkeit erreicht. Das unlösbare Problem dieses Konzeptes liegt in der mangelnden langfristigen Festigkeit und Druckdichtigkeit der Pumpeinheit und der unvermeidlichen Verwendung keramischer Materialien bei deren Herstellung zur Verwendung in einer Umgebung chemisch aggressiver Flüssigaluminium-Legierungen.
[0034] Fig. 4 zeigt eine von den Anmeldern entwickelte, weitere Gießvorrichtung. Die Gießvorrichtung umfaßt einen Halteofen A, konstruiert aus Stahlblech und verkleidet mit feuerfestem Material, wie etwa einer Kalziumsilikat-Wand, der einen Vorrat geschmolzenen Metalls B enthält. Weiterhin ist ein kleinerer Pumpofen K vorhanden, der auf entsprechende Weise konstruiert ist und ebenso einen Vorrat geschmolzenen Metalls L enthält. Eine Form F ist vorhanden, innerhalb derer das geschmolzene Metall in einen bestimmten Artikel in der Gießkavität M gegossen wird. Der Pumpofen K ist mit einem Gaseinlaß N versehen, welcher das Innere des Pumpofens K unter Druck setzt, um das geschmolzene Material durch Zuführungsrohr E in die Gießkavität M zu drücken. Der Halteofen A und der Pumpofen. K sind durch ein Verbindungsrohr O miteinander verbunden, und geschmolzenes Metall wird durch das Rohr zum Pumpofen K hin gehebert, wenn der Pegel des Metalls im Pumpofen K unterhalb des Pegels des Metalls in dem Halteofen A liegt. Ein Rückschlagventil P ist in Rohr O angeordnet und stellt sicher, daß kein Rückfluß vom Pumpofen K zum Halteofen A stattfinden kann, wenn der Pumpofen K unter Druck gesetzt wird. Der Pumpofen K ist oben mit einem druckdichten Deckel mit Dichtungen versiegelt. Das Rückschlagventil P ist üblicherweise ein ventil mit Kugel und Kugelsitz, welches automatisch arbeitet, um Rückfluß zu verhindern. Wenn der Halteofen A voll ist, so übt der Kopf geschmolzenen Materials eine Kraft aus, welche die Kugel aus ihrem Sitz verschiebt und es dem Metall ermöglicht, in den Pumpofen K einzutreten. Sobald die Differenz zwischen den Pegeln in dem Halteofen A und dem Pumpofen K gering genug ist, kehrt die Kugel an ihren Sitz zurück. Metall kann das Zuführungsrohr E hinaufgepumpt werden, indem der Pumpofen K unter Druck gesetzt wird. Für größere Metall-Volumina kann eine Mehrzahl von Zuführungsrohren verwendet werden.
[0035] Das Verbindungsrohr 0 muß mittels einer Ummantelung Q isoliert werden, um sicherzustellen, daß sich das geschmolzene Meterial nicht abkühlt, wenn es zum Pumpofen K transportiert wird. Der Halteofen A ist mit einem entfernbaren Deckel C versehen, welches ein Wiederbefüllen ohne Unterbrechung des im Pumpofen stattfindenden Gießprozesses ermöglicht.
[0036] Heizelemente R und S sind an dem Halteofen A bzw. dem Zuführungsrohr E vorgesehen, um die Temperatur des geschmolzenen Materials aufrechtzuerhalten. Auch der Pumpofen K kann auf entsprechende Weise geheizt werden. Wenngleich hier zur Beschreibung des Pumpofens K der Begriff "Ofen" benutzt wird, sei darauf hingewiesen, daß der Ofen nicht notwendigerweise beheizt ist, jedoch beheizbar sein sollte.
[0037] Wird die Vorrichtung nach Fig. 4 im Niederdruck-Gießen verwendet, so handelt es sich bei der Schmelze üblicherweise um eine Aluminium- oder Magnesium-Legierung. Der Halteofen K faßt ungefähr 250 bis 2500 kg verglichen mit ungefähr 10 bis 50 kg, die der Pumpofen K faßt. Es ist ersichtlich, daß sich eine erhebliche Ersparnis an Zeit und Aufwand ergibt, wenn nur 10 bis 50 kg geschmolzenen Materials jedesmal mit Druck beaufschlagt werden müssen, um den Artikel in der Gießkavität M zu gießen und wenn der Prozeß, wie oben beschrieben, auf ununterbrochene Weise betrieben werden kann.
[0038] Ein Nachteil der Ausführungsform nach Fig. 4 liegt darin, daß das Verbindungsrohr O isoliert werden muß und daß das Rohr O außerdem innen beschichtet sein muß, um Korrosion zu verhindern, wenn flüssiges Aluminium verwendet wird. Das Rohr O wird häufig aus Stahl hergestellt sein, und es wurde großer Aufwand betrieben zur Verhinderung von Flüssigmetall-Korrosion des Stahls durch Beschichten der Innenseite des Rohres mit verschiedenen feuerfesten Beschichtungen. Es hat sich als schwierig herausgestellt, eine Beschichtung zu finden, die nicht reißt und splittert (was zum Interagieren des Aluminiums mit dem Stahl und schlußendlichen Auflösung des Stahls mit der Möglichkeit des Austretens von Aluminium führt).
[0039] Es sei darauf hingewiesen, daß bei Verwendung von flüssigem Magnesium keine derartige Korrosion auftritt, so daß alle Teile des Ofens aus Stahl konstruiert sein können, mit Ausnahme der Kugel in dem Rückschlagventil P, welche vorzugsweise aus einem Material mit ähnlicher Dichte wie Magnesium besteht, wie etwa leicht verdichtetes Siliziumnitrid, um den Fluß von Magnesium in den Pumpofen zu erleichtern.
[0040] Fig. 5 ist eine erste bevorzugte Ausführungsform einer Gießvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung. Die Gießvorrichtung umfaßt einen Halteofen 1, der einen Vorrat geschmolzenen Metalls 2 enthält, und einen angrenzenden, kleineren Pumpofen 3, der ebenfalls einen Vorrat geschmolzenen Metalls 4 enthält. Weiterhin ist eine Gießform 5 vorhanden, innerhalb derer das geschmolzene Metall in der Gießkavität 6 in einen bestimmten Artikel gegossen wird. Der Pumpofen 3 ist mit einem Gaseinlaß 7 versehen, welcher das Innere des Pumpofens 3 unter Druck setzt, um das geschmolzene Metall durch ein Zuführungsrohr 8 in die Gießkavität 6 oder eine Rinne für eine andere Gießvorrichtung zu drücken. Der Halteofen 1 und der Pumpofen 3 besitzen eine gemeinsame Wand 9, innerhalb derer ein Rückschlagventil 10 angeordnet ist.
[0041] Das Rückschlagventil 10 ist in einem Durchgang oder einer Öffnung 11 in Wand 9 angeordnet und gewährleistet, daß kein Rückfluß von dem Pumpofen 3 zum Halteofen 1 stattfindet, wenn der Pumpofen 3 unter Druck gesetzt wird. Das Rückschlagventil 10 ist üblicherweise ein Ventil mit Kugel und Kugelsitz, welches automatisch arbeitet, um Rückfluß zu verhindern. Das Rückschlagventil kann horizontal oder in einem Winkel zur Horizontalen angeordnet sein.
[0042] Fig. 6 zeigt detailliert das Rückschlagventil 10, das in der gemeinsamen Wand 9 angeordnet ist. Es ist ein Durchgang 11 vorhanden mit einer Keramik-Hülle 12, in welcher die Kugel 13 zwischen einem Sitz 14 und einem Anschlag 15, der Vorwärtsbewegung der Kugel begrenzt, gleitbeweglich ist.
[0043] Der Halteofen 1 ist mit einem entfernbaren Deckel 16 versehen, welcher erneutes Befüllen ohne Unterbrechung des im Pumpofen 3 stattfindenden Gießprozesses ermöglicht.
[0044] Heizelemente 17 können im Halteofen 1 bzw. Zuführungsrohr 8 vorgesehen sein, um die Temperatur der Schmelze aufrechtzuerhalten. Auch der Pumpofen 3 könnte in entsprechender Weise beheizt werden. Durch Anordnen des Rückschlagventils 10 in die gemeinsame Wand 9 zwischen dem Halteofen 1 und dem Pumpofen 3 kann das Verbindungsrohr 0 in Fig. 4 entfallen, so daß das anstehende Problem der Korrosion durch flüssige Aluminium- Legierungen und die Notwendigkeit der Verschalung vermieden werden können.
[0045] Die Kugel 13 bewegt sich gegen den Sitz 14, wenn Druck auf den Pumpofen 3 ausgeübt wird, bewegt sich jedoch von dem Sitz 14 weg und erlaubt den Durchtritt geschmolzenen Metalls von dem Halteofen, wenn der Druck in dem Pumpofen 3 nachläßt. Alternativ kann ein Klappenventil oder ein beliebiges anderes, ähnliches Rückschlagventil anstelle des Kugelventils 10 Verwendung finden. Auch kann am Einlaßende der Keramik-Hülle 12 ein keramischer Filter angeordnet werden, um nur sauberem Material den Eintritt in den Pumpofen 3 von dem Halteofen 1 zu erlauben.
[0046] Es versteht sich, daß bei der in Fig. 5 dargestellten Ausführungsform der Pumpofen 3 druckdicht gemacht werden muß, um es zu ermöglichen, daß von ihm Metall nach oben durch das Zuführungsrohr 8 gepumpt wird. Während das Kugelventil 10 oder das Klappenventil den Durchgang 11 während der Druckphase versiegelt, wird die Oberseite des Pumpofens 3 mittels einer/eines druckdichten Abdeckplatte oder Deckels versiegelt, mit der Opti on einer geeigneten Dichtung zwischen den aufeinanderliegenden Oberflächen.
[0047] Im Betrieb erlaubt es die in Fig. 5 gezeigte Vorrichtung, daß geringe Volumina geschmolzenen Materials, wie Flüssigmetall, in einem Gießprozeß von dem kleinen Druckofen 3 nach oben gepumpt werden. Das Nachfüllen des Flüssigmetalls in den Pumpofen 3 erfolgt, indem der metallisch statische Kopf des flüssigen Metalls in dem großen Halteofen 1 Flüssigmetall durch Ventil 10 in den Pumpofen 3 hineindrückt, bis die Pegel flüssigen Metalls in dem Halteofen 1 und dem Pumpofen 3 gleich sind. Dann wird über Gaseinlaß 7 Gasdruck ausgeübt, um den Pumpofen 3 unter Druck zu setzen. Im Falle von Aluminium-Legierungen würde normalerweise komprimierte Luft auf den Pumpofen 3 angewendet, obgleich auch Inertgase wie etwa Stickstoff oder Argon Verwendung finden können. Bei Magnesium-Legierungen können Gasmischungen von Luft/Schwefelhexafluorid oder Kohlendioxid/Schwefelhesxafluorid verwendet werden. Das Rückschlagventil 10 verhindert automatisch den Rückfluß flüssigen Metalls in den Halteofen 1, so daß das Flüssigmetall nur durch das Zuführungsrohr 8 in die Form 5 fließt. Nach Gießen eines Gegenstandes, etwa eines Rades, in der Gießkavität 5 läßt der pneumatische Druck in dem Pumpofen 3 wieder nach, und weiteres flüssiges Metall wird in den Ofen 3 für den nächsten Gußvorgang eingebracht.
[0048] Fig. 7 ist eine Draufsicht auf eine weitere bevorzugte Ausführungsform, wo mehrere Pumpöfen 3a und 3b vorgesehen sind. Die Vorrichtung ist ähnlich der in Fig. 5, wo die Pumpöfen 3a und 3b an den Halteofen 1 angrenzen, und jeder Ofen ist über eine Öffnung oder einen Durchgang 11 in einer gemeinsamen Wand 9 mit seinem eigenen Rückschlagventil 10 angeschlossen. Es ist er sichtlich, daß eine Mehrzahl von Pumpöfen 3a, 3b, etc. den Gießvorgang zunehmend wirtschaftlicher machen. Jeder der kleinen Pumpöfen wird separat mittels eines Druckregulierungs-Systems gesteuert und kann unabhängig betrieben werden. Die mehrfachen Pumpöfen 3a, 3b, etc. müssen nicht dieselbe volumetrische Kapazität aufweisen, doch kann, wenn sich die Kapazitäten unterscheiden, die Schnittfläche der Öffnungen 11 proportional unterschiedlich ausgebildet sein. Die Pumpöfen können an anderen Positionen angeordnet sein, z. B. an gegenüberliegenden Enden des Halteofens, wobei der Wiederbefüllungs-Einlaß des Halteofens zentraler angeordnet ist.
[0049] Alternative konstruktive Anordnungen von Halte- und Drucköfen sind möglich, wobei die gemeinsame Wand oder Wände 9 nach Fig. 5 und 7 zu kleineren Kontaktflächen verringert werden. Fig. 8 zeigt eine mögliche derartige Anordnung. Bei dieser Ausführungsform ist der Pumpofen 3 in etwa zylindrischer Form konstruiert und grenzt in einem kleinen Bereich 9 an den Halteofen 1 an. Bei einer derartigen Anordnung kann der Pumpofen 3 ganz oder fast ganz von einer äußeren Stahlhülle umgeben sein. Der Pumpofen 3 kann mit dem Halteofen 1 über eine kleine Kontaktfläche verbunden sein, durch welche das Rückschlagventil 10 angeordnet ist, welches wiederum in einer Keramik-Hülle gehalten werden kann. Die Kontaktflächen des Pumpofens 3 und des Halteofens können durch Einfügung einer geeigneten Dichtung oder eines O-Rings druckdicht gemacht werden. Bei einer derartigen Anordnung läßt sich ein druckdichtes Siegel zwischen dem Stahlgehäuse-Deckel des Pumpofens und dem Stahlkörper des Ofens während des Betriebs leicht durch Verwendung von Dichtungen herstellen. Der Pumpofen kann am Halteofen entweder untrennbar, durch geschweißte Halteflansche 18, oder trennbar mittels Bolzen oder Riegeln oder ähnlichen fixiert werden. Die Verwendung einer trennbaren Konstruktion erlaubt Entfernung und Überholung einer Pumpofen/Ventilanordnung und ihren Ersatz durch eine andere, wodurch sich eine erhöhte Flexibilität im Betrieb ergibt. Alternativ sind nicht-kreisförmige Querschnitts-Geometrien des Pumpofens 3 möglich und akzeptabel zum angrenzenden Positionieren gegen den Halteofen 1, wie in Fig. 9 gezeigt.
[0050] Ein geeignetes Druckregulierungs-System ist schematisch in Fig. 10 dargestellt und umfaßt einen elektrischen Controller 19, einen Energie-Druck-Konverter 20, einen Druckwandler 22 und einen Druckregulator 21. Der elektrische Controller 18 gibt ein Stromprofil aus, innerhalb eines Strombereichs entsprechend dem Druckprofil, das erforderlich ist, um flüssiges Metall von dem Pumpfen 3a, 3b etc. auf nicht turbulente Weise in die Gießkavität 6 zu pumpen. Die Wandlung von anliegendem Strom in Ausgangsdruck wird durch den Energie-Druck-Konverter 20 durchgeführt, welcher den Ausgangsdruck des Druckregulators für hohe Flußraten 21 regelt. Der Druckwandler 22 erkennt diesen Ausgangsdruck und vergleicht ihn mit der von dem elektrischen Controller 19 entsprechend einem programmierten Druckprofil verlangten Druck. Der elektrische Controller 19 reagiert dann auf dieses Drucksignal.
[0051] Die vorliegende Erfindung ist also in der Lage, eine Niederdruck-Gießvorrichtung zur Aufwärtsfüllung anzugeben, welche die Metallguß-Qualität verbessert. Es ist bereits bekannt, daß die Erhöhung des Drucks auf das Flüssigmetall während des Gießprozesses die Porosität im Gußprodukt vermindert und daß eine nicht-turbulende Füllung der Form das Aüftreten von Porosität sowie von anderen Fehlern, wie etwa Oxideinschlüssen, vermindnert.
[0052] Die Vorrichtung der vorliegenden Erfindung ist nützlich ind er Anwendung bei Metallformen, Sandformen und anderen, keramischen Formen (z. B. Formgips, Graphit etc.). Leicht-Legierungen ersetzen Eisen und Stahl bei Anwendungen im Automobilbau und allgemein in der Technik, so daß ein ansteigender Bedarf zu verzeichnen ist für einen Niederdruck-Gießprozeß hoher Produktivität zur Herstellung von Gußstücken von hoher Qualität mit wenig Ausschuß.
[0053] Die Gießvorrichtung der vorliegenden Erfindung läßt sich auch für Anwendungen mit Hochdruck-, Druck- oder Preßgießmaschinen (oder anderen Gießprozessen) adaptieren, um maßgerechte Mengen flüssigen Metalls durch eine Rinne in Schußhülsen (oder Gießkavitäten) abzugeben, in welchem Falle ein einfacher Druckimpuls ausreicht, die geforderte Menge Metalls aus dem Pumpofen zu bewegen.

Claims

1. Gießvorrichtung mit einem Halteofen (1) zum Halten eines Vorrates von Schmelze (2), mindestens einem kleineren Pumpofen (3), ebenfalls zum Halten eines Vorrates von Schmelze (4), und eine Gießform (5) mit einer Gießkavität (6), die mit dem Pumpofen über ein oder mehrere Zuführungsrohre (8) verbunden ist, wobei der Pumpöfen und der Halteofen mit einer gemeinsamen Wand (9) aneinandergrenzen und der Pumpofen mit Mitteln zum Aufbringen eines Drucks versehen ist, um die Schmelze von dem Pumpofen in die Gießkavität zu drücken, dadurch gekennzeichnet, daß die Gießform (5) oberhalb des Pumpofens (3) angeordnet ist und daß in der gemeinsamen Wand (9) ein Rückschlagventil (10) angeordnet ist, welches den Fluß der Schmelze von dem Pumpofen zum Halteofen während der Druckbeaufschlagung verhindert, aber den Fluß von Schmelze vom Halteofen zum Pumpofen nach der Druckbeaufschlagung zuläßt.

2. Gießvorrichtung nach Anspruch 1, bei der die Einrichtung zur Aufbringung eines Drucks kontinuierlich variabel ist.

3. Gießvorrichtung nach einem vorangehenden Anspruch, bei der das Rückschlagventil (10) automatisch arbeitet.

4. Gießvorrichtung nach einem vorangehenden Anspruch, bei der das Rückschlagventil (10) ein Ventil mit Kugel (13) und Kugelsitz (14) ist.

5. Gießvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei der das Rückschlagventil (10) ein Klappenventil ist.

6. Gießvorrichtung nach einem vorangehenden Anspruch, bei der der Pumpofen (3) aus Stahl mit feuerfester Auskleidung konstruiert ist.

7. Gießvorrichtung nach einem vorangehenden Anspruch, die ferner eine Drucksteuereinrichtung zum Regulieren des Drucks im Pumpofen (3) aufweist.

8. Gießvorrichtung nach Anspruch 7, bei der die Drucksteuereinrichtung einen elektrischen Controller, einen Energie- Druck-Konverter, einen Druckwandler und einen Druckregulator umfaßt.

9. Gießvorrichtung nach einem vorangehenden Anspruch, die ferner eine Rinne zwischen dem Zuflußrohr (8) und der Gießkavität (6) aufweist, wobei die Gießkavität die Schußhülse einer Druckgieß- oder Preßgießvorrichtung umfaßt.

10. Gießvorrichtung nach einem vorangehenden Anspruch, bei der der Halteofen (1) geöffnet werden kann, um eine periodische Befüllung mit Schmelze (2) zu ermöglichen.

11. Gießvorrichtung nach einem vorangehenden Anspruch, mit einer Anzahl von Pumpöfen (3a, 3b) angrenzend an den Halteofen (1).

12. Verfahren zum Gießen mit den Schritten: Füllen eines Halteofens (1) mit Schmelze (2), Überführen der Schmelze in einen kleineren, angrenzenden Pumpofen (3), wobei der Halteofen und der Pumpofen eine gemeinsame Wand haben, und Druckbeaufschlagung des Pumpofens zum Drücken der Schmelze aus dem Pumpofen in eine Gießform (5) mit einer Gießkavität (6), dadurch gekennzeichnet, daß beim Übertragungsschritt die Schmelze durch ein Rückschlagventil (10) geleitet wird, das in der gemeinsamen Wand (9) zwischen dem Halteofen und dem Pumpofen angeordnet ist, und daß die Schmelze von dem Pumpofen durch ein oder mehrere Rohre (8) nach oben zu der Gießform gedrückt wird, wobei die Gießform oberhalb des Pumpofens angeordnet ist.

13. Verfahren nach Anspruch 12, bei dem der auf den Pumpofen (3) aufgebrachte Druck kontinuierlich variabel ist.

14. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 und 13, bei dem das Rückschlagventil (10) automatisch arbeitet.

15. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 14, mit dem weiteren Schritt der Regulierung des Drucks innerhalb des Pumpofens (3).

16. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 15, mit dem weiteren Schritt der Übertragung der Schmelze (4) von dem Zuführrohr (8) zu einer Rinne vor dem Eintritt in die Gießkavität (6), wobei die Gießkavität die Schußhülse einer Druckgieß- oder Preßgießvorrichtung umfaßt.