[0001] 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.
[0002] 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.
[0003] 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.
[0004] Ausgehend von diesem Stand der Technik ist es Aufgabe der Erfindung, eine Kokillengiessanlage
für Metallschaumformteile anzugeben, wobei die Verfahrensparameter möglichst flexibel
eingestellt werden können.
[0005] 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, wobei die Dosier- und Mischvorrichtung in der Angussbox
angeordnet ist und wobei die Angussbox unterhalb der Kokille angeordnet ist.
[0006] Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
[0007] 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.
[0008] 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.
[0009] 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.
[0010] 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.
[0011] Anstelle der Kokillen 2,3,4 können auch hohle Profile oder Gussformteile mit Hohlräumen
oben auf die Angussbox 7 gesetzt werden. Das Profil kann ein gebogenes Blechprofil
aus Stahl oder Aluminium sein. Die Gussformteile können aus Metall, Metalllegierungen
oder Keramik hergestellt werden.
[0012] Senkrecht zur Ebene von Figur 2 und besser ersichtlich sind in Figur 1 drei Schaumerzeugungseinheiten,
beispielsweise 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.
[0013] 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.
[0014] 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.
[0015] 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.
[0016] 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.
[0017] Die Schaumerzeugung in einem hohlen Profil oder in einem Gussformteil mit Hohlräumen
bietet den Vorteil, dass die Steifigkeit des Profils oder des Gussformteiles erhöht
werden kann. Die Wandstärken können dünner ausgelegt werden. Ein nachträgliches Zusammenführen
der Schaumgussteile mit dem Profil oder dem Gussformteil entfällt. Die Profile und
Gussformteile werden besser mit Schaum ausgefüllt. Mit Schaum ausgefüllte Profile
oder Gussformteile zeichnen sich aus durch eine bessere Dämpfungswirkung gegen Schläge
und haben bessere akustische Eigenschaften, was vor allem im Automobilbau gewünscht
wird.
[0018] Geschäumte Profile und Gussformteile können verwendet werden als so genannte Crashelemente.
In der Karosserie können geschäumte A- B- oder C-Säulen verwendet werden. Auch Fahrwerksteile
wie Längs- oder Querlenker, oder Achsträger können mit Leichtmetallschaum ausgeschäumt
werden.
1. Kokillengiessanlage (1) für Metallschaumformteile umfassend mindestens eine Kokille
(2,3,4), einen Vorratsbehälter (16) für die Metallschmelze und mindestens eine Dosier-
und Mischvorrichtung (11,12,13) zum Dosieren und Mischen eines Schaum erzeugenden
Mediums mit der Schmelze, wobei zwischen der Kokille (2,3,4) und dem Vorratsbehälter
(16) mindestens eine Angussbox (7) angeordnet ist und wobei die Dosier- und Mischvorrichtung
(11,12,13) in der Angussbox (7) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Angussbox (7) unterhalb der Kokille (2,3,4) angeordnet ist.
2. Kokillengiessanlage (1) für Metallschaumformteile nach dem Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Angussbox (7) mehrere Angussbereiche (8,9,10) aufweist.
3. Kokillengiessanlage (1) für Metallschaumformteile nach mindestens einem der Ansprüche
1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass in jedem Angussbereich (8,9,10) eine Dosier- und Mischvorrichtung (11,12,13) zum
Dosieren und Mischen des Schaum erzeugenden Mediums mit der Schmelze angeordnet ist.
4. Kokillengiessanlage (1) für Metallschaumformteile nach mindestens einem der Ansprüche
1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass zu jedem Angussbereich (8,9,10) mindestens eine Kokille (2,3,4) verbindbar angeordnet
ist.
5. Kokillengiessanlage (1) für Metallschaumformteile nach mindestens einem der Ansprüche
1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass zu jeder Kokille (2,3,4) mindestens einen Angussbereich (8,9,10) verbindbar angeordnet
ist.
6. Kokillengiessanlage (1) für Metallschaumformteile nach mindestens einem der Ansprüche
1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Kokillen (2,3,4) unterschiedliche Geometrien aufweisen.
7. Kokillengiessanlage (1) für Metallschaumformteile nach mindestens einem der Ansprüche
1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Angussbereiche (8,9,10) in der Angussbox (7) räumlich getrennt von einander angeordnet
sind.
8. Kokillengiessanlage (1) für Metallschaumformteile nach mindestens einem der Ansprüche
1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass anstelle der Kokille (2,3,4) ein Gussformteil oder ein Profil mit einem Hohlraum
zum Befüllen mit Schaum vorgesehen ist.
9. Kokillenglessanlage (1) für Metallschaumformteile nach mindestens einem der Ansprüche
1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Kokillen (2,3,4) und/oder die Angussbox (7) mit einer Heiz- und/oder Kühlanlage
ausgebildet sind.
10. Verwendung der Kokillengiessanlage (1) für Metallschaumformteile nach mindestens einem
der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Kokillengiessanlage (1) für das aufsteigende Niederdruckgiessen von Metallschmelzen
ausgelegt ist.
11. Verwendung der Kokillengiessanlage (1) für Metallschaumformteile nach dem der Anspruch
10, dadurch gekennzeichnet, dass die Metallschmelze eine Leichtmetallschmeize ist.
12. Verfahren zur Herstellung von Metallschaumformteilen in einer Kokillengiessanlage
nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 11 mit den Verfahrensschritten:
- Vorlegen der Schmelze in dem Vorratsbehälter (16),
- Druck aufbauen in der Kokillengiessanlage (1), wobei die Schmelze von dem Vorratsbehälter
in die Angussbox (7) und in die Kokille (2,3,4) gedrückt wird,
- Gas einleiten in die Schmelze,
- Druck ablassen von der Kokillengiessanlage (1) und
- Haltezeit zum Abkühlen der Kokille (2,3,4) einhalten, dadurch gekennzeichnet,
dass das Gas mittels eines Impellerrührers (11,12,13) in der mit Schmelze gefüllten Kokille
(2,3,4) eingeleitet wird und dass während des Giessvorganges zumindest die Verfahrensparameter
Dichte des Metallschaumes und Temperatur in der Angussbox (7), im Angussbereich (8,9,10)
und in der Kokille (2,3,4) in jeder Angussbox (7), in jeder Kokille (2,3,4) und in
jedem Angussbereich (8,9,10) unabhängig von einander eingestellt und gesteuert werden
können.