Die Erfindung bezieht sich auf eine Kokillengiessanlage für Metallschaumformteile umfassend mindestens eine Kokille, einen Vorratsbehälter für die Metallschmelze und mindestens eine Dosier- und Mischvorrichtung zum Dosieren und Mischen des Schaum erzeugenden Mediums mit der Schmelze.
Im Kraftfahrzeugbau werden, um Gewicht einzusparen, vermehrt Guss- und Formteile verwendet, die bereichsweise aus Metallschaum hergestellt sind. Als Schaum erzeugendes Medium wird ein Gas, beispielsweise Luft oder Inertgas, oder ein bei der Giesstemperatur Gas erzeugendes Medium verwendet. Mit einem so genannten Impeller wird das Gas oder das Gas erzeugende Medium in einer Angussbox der Schmelze zugeführt und gleichmässig in die Schmelze verteilt.
Aus der EP 1259344 B1 ist eine gattungsgemässe Vorrichtung zur Herstellung von Metallschaumformkörpern bekannt. Eine Form für den Metallschaumformkörper weist eine sich aufweitende Eingangsöffnung auf, die während des Füllens mit dem Metallschaum in der Schmelze untergetaucht bleibt. Unter der Eingangsöffnung ist ein Impellerrührer in der Schmelze angeordnet. In der Drehachse des Impellerrührers oder unmittelbar benachbart zum Rührer ist eine Gaszufuhr vorgesehen. Die Intensität der Durchmischung und der Schaumgehalt der Metallschmelze kann eingestellt werden.
Ausgehend von diesem Stand der Technik ist es Aufgabe der Erfindung, eine Kokillengiessanlage für Metallschaumformteile anzugeben, wobei die Verfahrensparameter möglichst flexibel eingestellt werden können.
Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Kokillengiessanlage für Metallschaumformteile umfassend mindestens eine Kokille, einen Vorratsbehälter für die Metallschmelze und mindestens eine Dosier- und Mischvorrichtung zum Dosieren und Mischen des Schaum erzeugenden Mediums mit der Schmelze, wobei zwischen der Kokille und dem Vorratsbehälter mindestens eine Angussbox angeordnet ist und wobei die Dosier- und Mischvorrichtung in der Angussbox angeordnet ist.
Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
Es ist von Vorteil, dass pro Giesszyklus gleichzeitig mehrere Metallschaumformkörper mit unterschiedlichen Eigenschaften hergestellt werden können. Dies wird dadurch erreicht, dass die Angussbox mehrere Angussbereiche aufweist. Dies wird auch dadurch erreicht, dass in jedem Angussbereich eine Dosier- und Mischvorrichtung zum Dosieren und Mischen des Schaum erzeugenden Mediums mit der Schmelze angeordnet ist.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand der Figuren beschrieben. Es zeigen:
- Figur 1 eine perspektivische Sicht auf eine erfindungsgemässe Kokillengiessanlage und
- Figur 2 einen Schnitt durch die Kokillengiessanlage von Figur 1.
In den Figuren 1 und 2 ist eine Kokillengiessanlage 1 zur Herstellung von Metallschaumformkörpern mit neben einander drei Kokillen 2,3,4 schematisch dargestellt. Figur 1 zeigt eine perspektivische Darstellung und Figur 2 einen Längsschnitt durch Giessanlage von Figur 1. Die Kokillen 2,3,4 sind jeweils aus zwei Kokillenhälften 2a,2b,3a,3b,4a,4b aufgebaut. Die Kokillen 2,3,4 sind zwischen zwei Isolationswänden 5,6 eingebaut. In den Isolationswänden 5,6 können Heiz- oder Kühlmittelleitungen eingebaut sein. Hiermit wird erreicht, dass die Kokillen 2,3,4 vor und/oder nach dem Giesvorgang gezielt abgekühlt oder geheizt werden können. Hiermit wird erreicht, dass das Gefüge des Metallschaumformkörpers durch die Einhaltung eines Temperatur-Zeit-Programms beeinflusst werden kann. Wenn die Leitungen zu jeder Kokille 2,3,4 separat angesteuert werden, können in einem Giessvorgang drei Formkörper mit unterschiedlichen Gefügen und/oder Qualitäten hergestellt werden. Es kann aber auch ein Formkörper mit drei oder mehreren unterschiedlichen Bereichen hergestellt werden, wenn statt drei kleinere Kokillen eine grosse Kokille zwischen den Isolationswänden 5,6 eingebaut wird.
Unterhalb der Kokillen 2,3,4 ist eine Angussbox 7 ersichtlich. Die Angussbox 7 weisst drei neben einander liegend angeordnete Angussbereiche 8,9,10 auf. Zu jeder Kokille 2,3,4 ist somit ein Angussbereich 8,9,10 zugeordnet. Wenn eine grosse Kokille verwendet wird, kann in einem Giessvorgang ein grösserer Metallschaumkörper mit drei unterschiedlich ausgebildeten Bereichen hergestellt werden.
Senkrecht zur Ebene von Figur 2 und besser ersichtlich sind in Figur 1 drei Impellerrührer 11,12,13 dargestellt. Die Impellerrührer 11,12,13 sind jeweils einem Angussbereich 8,9,10 zugeordnet. Mit dem Impellerrührer 11,12,13 wird die Metallschmelze gerührt und begast. Zur Schaumbildung wird ein gasförmiges oder ein Schaum bildendes Medium, beispielsweise Luft oder Inertgas, durch Öffnungen in dem Impellerrührer 11,12,13 an die Schmelze in der Kokille zugeführt. Der Impellerrührer 11,12,13 besteht aus einer hohlen drehbaren Welle, die von der Seite her in den jeweiligen Angussbereich 8,9,10 in die Metallschmelze hineinragt und am Wellenende ein Flügelrad oder einen Impeller mit Gasaustrittsöffnungen antreibt. Mit dem Impellerrührer 11,12,13 wird in jedem Angussbereich 8,9,10 Luft oder Inertgas oder ein anderes Schaum erzeugendes Medium in einem definierten Mengenverhältnis an die Schmelze zugeführt oder dosiert und mit der Metallschmelze gemischt. Durch die Anordnung des Impellerrührers 11,12,13 unmittelbar unterhalb der Kokille 2,3,4 erfolgt in der bereits mit Schmelze gefüllten Kokille 2,3,4 die Schaumbildung. Durch den Überdruck, der mit der Gaszuführung durch den Impeller erzeugt wird, wird ein Teil der Schmelze aus der Kokille 2,3,4 zurück in der Angussbox 7 getrieben.
Die Schaumbildung und die Stabilisierung des Schaums kann verbessert werden, wenn an die Schmelze, Feststoffpartikel zugegeben werden, die einen günstigen Einfluss auf die Oberflächenspannung an der Grenzfläche zwischen dem Gas und der Metallschmelze haben. An Stelle des Impellerrührers 11,12,13 kann auch eine andere geeignete Dosier- und Mischvorrichtung eingebaut werden. Es ist auch vorstellbar, dass mit einem Impellerrührer 11,12,13 mehrere Angussbereiche 8,9,10 bedient werden, damit gleichzeitig zwei Gussformteile mit den gleichen Eigenschaften hergestellt werden können.
Die Angussbox 7 weist auf der Unterseite einen Anschluss 14 für ein Steigrohr 15 oder eine andere Verbindungsleitung für die Metallschmelze zu einem Vorratsbehälter 16 auf. Im so genannten bereits bekannten steigenden Niederdruckgiessverfahren wird das Steigrohr 15 in den Vorratsbehälter 16 eingetaucht und der Vorratsbehälter 16 abgeschlossen und mit Druck, beispielsweise mit Inertgas, beaufschlagt. Durch den Druck auf die Schmelzeoberfläche in dem Vorratsbehälter 16 steigt die Metallschmelze ins Steigrohr 15 in die Angussbox 7 auf. Es ist auch vorstellbar über mehrere Steigrohre 15 mehrere Angussboxen 7 zu befüllen, die dann wiederum eine oder mehrere Kokillen 2,3,4 befüllen könnte. Die Metallschmelze kann eine Leichtmetallschmelze, beispielsweise eine Aluminium- oder Magnesiumschmelze sein. Die Kokillengiessanlage 1 kann jedoch auch für andere Metalle ausgelegt werden. Die Feststoffpartikel, die für die Schaumbildung zugegeben werden können, werden im Vorratsbehälter 16 oder im Schmelzofen der Schmelze beigegeben.
Mit der hier beschriebenen Kokillengiessanlage 1 können die Verfahrensparameter für jeden Angussbereich 8,9,10 und für jede Kokille 2,3,4 separat eingestellt werden. Die chemischen Parameter der Schmelze können durch Zugaben in der Angussbox 7 verändert werden. Die Temperatur der Schmelze oder des Metallschaums kann verändert werden durch vorheizen oder vorkühlen der Kokille 2,3,4 oder durch eine Zusatzheizung, die in jedem Angussbereich 8,9,10 der Angussbox 7 eingebaut werden kann. Mit der Druckbeaufschlagung des Vorratsbehälters 16 kann die Giessgeschwindigkeit eingestellt werden. Mit der Gasmenge und mit der Impellergeschwindigkeit kann die Schaumbildung und die Schaumkonsistenz eingestellt werden. Mit einer Steuerung der Haltezeiten kann für jede Kokille 2,3,4 eine separate Temperatur-Zeit-Kurve erreicht werden.
Es können gleichzeitig Metallschaumkörper mit verschiedenen Geometrien hergestellt werden oder, wenn eine grosse Kokille mit mehreren Angussbereichen 8,9,10 verbunden wird, kann ein grösserer Metallschaumkörper mit unterschiedlich geschäumten Bereichen hergestellt werden. Es können auch grössere Gussteile hergestellt werden, die in einigen Bereichen geschäumt, jedoch in anderen Bereichen nicht geschäumt, d.h. voll ausgegossen sind.