[0001] Die Erfindung betrifft eine Gießmaschine sowie ein Verfahren zum Gießen einer Schmelze
in eine Gießform, wobei zumindest eine Gießform an einem Gestell einer Gießmaschine
aufgenommen wird, wobei die Gießform mittels einer Schwenkvorrichtung der Gießmaschine
während eines Einfüllens einer Schmelze in die Gießform bewegt und um eine erste Achse
gekippt wird.
[0002] Derartige Gießmaschinen und Verfahren sind aus dem Stand der Technik hinreichend
bekannt, wobei beim Gießen stets flüssiges Metall in eine Gießform solange eingefüllt
wird, bis die Gießform bzw. eine Kavität der Gießform vollständig gefüllt ist. Nach
einem Erstarren der Schmelze kann das dann ausgebildete Bauteil ausgeformt bzw. der
Form entnommen werden. Die Gießform kann eine Dauerform oder eine verlorene Form sein,
beispielsweise eine Kokille oder Sandform. Wesentlich ist, dass während des Einfüllens
der Schmelze in die Gießform, was über einen Tiegel erfolgen kann, die Gießform bewegt
bzw. um eine Achse gekippt wird. Dazu ist die Gießform an einem bewegbaren Gestell
der Gießmaschine angeordnet. Das Gestell der Gießmaschine ist so ausgebildet, dass
die Gießform mittels einer Schwenkvorrichtung bewegt bzw. um die Achse gekippt werden
kann. Durch das Kippen der Gießform während des Einfüllens der Schmelze wird es möglich,
je nach Gestalt einer Kavität der Gießform, eine vollständige Füllung der Gießform
mit dem Metall zu erhalten, ohne dass sich innerhalb der Gießform Fehler, wie Lufteinschlüsse,
Kaltlauf oder ähnliches bilden. Auch ist es von Vorteil, wenn die in die Gießform
eingefüllte Schmelze die Kavität gleichmäßig ausfüllt und nicht zufällig in der Kavität
verteilt wird. So kann auch ein kontrollierter Einfüllvorgang der Schmelze sichergestellt
werden. Insgesamt wird es möglich aus Metall gegossene Produkte hoher Qualität bei
gleichzeitig wenig Ausschuss zu erhalten.
[0003] Wie sich jedoch gezeigt hat, treten bei komplexen Formen von Produkten dennoch vermehrt
Fehler auf. Weiter können eine Porosität des gegossenen Produkts und Verunreinigungen
mit Oxid vergleichsweise hoch sein, was es zu vermeiden gilt. Da die Gießform regelmäßig
so an dem Gestell der Gießmaschine angeordnet wird, dass ein Einguss der Gießform
in radialer Richtung relativ zu der Achse bei dem Einfüllen positioniert ist, ist
eine Gestaltung eines Produkts immer auf eine Lage der Gießform beschränkt. Insbesondere
ist dann darauf zu achten, dass komplexe Formen des Produkts nicht in der Nähe des
Eingusses liegen.
[0004] Es ist daher Aufgabe der Erfindung ein Verfahren zum Gießen einer Schmelze in eine
Gießform sowie eine Gießmaschine vorzuschlagen, das bzw. die einen Guss von Produkten
hoher Qualität ermöglicht.
[0005] Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und eine
Gießmaschine mit den Merkmalen des Anspruchs 13 gelöst.
[0006] Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Gießen einer Schmelze in eine Gießform wird
zumindest eine Gießform an einem Gestell einer Gießmaschine aufgenommen, wobei die
Gießform mittels einer Schwenkvorrichtung der Gießmaschine während eines Einfüllens
einer Schmelze in die Gießform bewegt und um eine erste Achse gekippt wird, wobei
die Gießform mittels der Schwenkvorrichtung während des Einfüllens um eine zweite
Achse gekippt wird, wobei die erste Achse relativ zu der zweiten Achse quer verlaufend
ausgebildet ist.
[0007] Demnach ist bei dem erfindungsgemäßen Verfahren vorgesehen, die Gießform während
des Einfüllens der Schmelze um die erste Achse und um die zweite Achse zu kippen bzw.
zu drehen. Dadurch, dass die beiden Achsen relativ zueinander quer verlaufend ausgebildet
bzw. angeordnet sind, kann die Gießform in zwei Ebenen bewegt werden, woraus eine
Bewegung in drei Dimensionen während des Einfüllens der Schmelze resultiert. Dies
ermöglicht es, die Bewegung der Gießform während des Einfüllens der Schmelze an eine
in der Gießform ausgebildete Kavität individuell anzupassen. Auch Produkte mit komplexen
Geometrien können dann in hoher Qualität gegossen werden. Bei einem Einfüllen der
Schmelze in die Gießform kann die Schmelze durch die Bewegung der Gießform in eine
gewünschte Flussrichtung geleitet werden, die sich je nach der Gestalt des Produkts
während des Gießvorgangs bzw. des Einfüllens ändern und an die Gestalt des Produkts
angepasst werden kann. Hierbei können auch in der Gießform ausgebildete Schmelzekanäle
berücksichtigt werden. Der Gießvorgang kann dabei so gestaltet werden, dass sich eine
ruhige und vollständige Füllung der Kavität der Gießform ergibt, wodurch Lufteinschlüsse,
Kaltlauf und Verunreinigungen des Produkts mit Oxid vermieden wird. Darüber hinaus
ist auch eine Anordnung der Kavität innerhalb der Gießform dann nicht mehr zwangsläufig
an eine optimale Lage eines Eingusses an der Gießform gebunden. Es besteht mehr Flexibilität
hinsichtlich der Anordnung der Kavität, da die Gießform in zwei Freiheitsgraden bewegt
werden kann. Je nach Gestalt des zu gießenden Produkts kann die Gießform dann auch
in ihren Abmessungen kleiner gestaltet werden, weil eine möglichst platzsparende Anordnung
der Kavität in der Gießform gewählt werden kann. Prinzipiell kann das Verfahren für
jede Art von Gießform angewendet werden. Beispielsweise kann die Gießform als Dauerform
oder verlorene Form ausgebildet sein. Bevorzugt ist die Gießform eine Kokille oder
eine Sandform. Die Kokille kann zwei- oder mehrteilig ausgebildet sein.
[0008] Ein mit Schmelze gefüllter Tiegel kann bei dem Kippen der Gießform um die erste Achse
und die zweite Achse relativ zur Gießform unbewegt sein, oder der Tiegel kann um eine
weitere Achse gekippt werden. Unter einem Tiegel wird auch eine Injektionseinheit
verstanden. Zum Einfüllen der Schmelze in die Gießform kann der Tiegel mit der Schmelze
bzw. dem flüssigen Metall an einem Einguss der Gießform positioniert werden. In einer
ersten Ausführungsform des Verfahrens kann vorgesehen sein, den Tiegel relativ zu
der Gießform fest zu fixieren bzw. so mit der Bewegung der Gießform mitzuführen, dass
eine Relativbewegung unterbleibt. Durch die Bewegung der Gießform wird dann folglich
der Tiegel mitbewegt, sodass die Schmelze über diese Bewegung in den Einguss eingefüllt
werden kann. Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann der Tiegel um eine weitere
Achse gekippt werden. Das bedeutet, dass während der Bewegung der Gießform bei dem
Einfüllen der Schmelze in den Einguss der Tiegel relativ zu der Gießform bewegt werden
kann, sodass im Vergleich zu einem unbewegten Tiegel mehr oder weniger Schmelze in
den Einguss eingefüllt werden kann. Hierdurch wird es dann möglich, einen Schmelzfluss
bzw. einen Volumenstrom an Schmelze zu regulieren, beispielsweise in Abhängigkeit
einer Gestalt der Kavität. Der Gießvorgang kann dann noch besser an die Gestalt des
Produkts angepasst werden.
[0009] Mittels einer Steuervorrichtung der Gießmaschine kann das Kippen um die Achsen gesteuert
werden. Die Steuervorrichtung kann Mittel zur Datenverarbeitung umfassen bzw. daraus
gebildet sein, beispielsweise einem Computer oder eine speicherprogrammierbare Steuerung.
Die Steuervorrichtung kann dann im Rahmen des Gießvorgangs beispielsweise Motoren,
Aktoren oder andere Stellglieder so ansteuern, dass die Gießform um die erste und
die zweite Achse gekippt bzw. geschwenkt wird. Ein zeitlicher Ablauf der Ansteuerung
kann in der Steuervorrichtung für eine Gießform individuell gespeichert sein.
[0010] Während einer Zeitspanne des Einfüllens kann das jeweilige Kippen um die erste Achse
und um die zweite Achse in einem gemeinsamen Zeitabschnitt und/oder in jeweils unterschiedlichen
Zeitabschnitten erfolgen. So können mittels der Steuervorrichtung die Achsen gleichzeitig
oder nicht gleichzeitig bewegt werden. Die Steuervorrichtung kann die Achsen völlig
unabhängig voneinander bewegen, sodass während eines Gießvorgangs beispielsweise zunächst
nur die erste Achse, dann nachfolgend die erste Achse und die zweite Achse, und weiter
nachfolgend allein die zweite Achse bewegt wird. Prinzipiell sind hier beliebige Bewegungen
der jeweiligen Achsen während der Zeitspanne des Einfüllens, d. h. des Gießvorgangs,
möglich.
[0011] Mittels einer Sensoreinrichtung der Gießmaschine kann für jede der Achsen eine absolute
Position, ein Rotationswinkel und/oder eine Rotationsgeschwindigkeit bestimmt werden.
Die Schwenkvorrichtung kann die Sensoreinrichtung aufweisen und die Sensoreinrichtung
kann durch beispielsweise Drehgeber an den jeweiligen Achsen oder andere geeignete
Sensoren ausgebildet sein. Durch diese Sensoren ist es dann möglich, unabhängig von
einem Antrieb der Schwenkvorrichtung zum Kippen der Gießform die tatsächliche Position
der jeweiligen Achse bzw. einen Kippwinkel der Gießform zu bestimmen. Während einer
Bewegung der Gießform kann darüber hinaus eine Rotationsgeschwindigkeit der Achse
von der Sensoreinrichtung erfasst werden. Die Steuervorrichtung kann dann auch so
eingerichtet sein, dass die jeweils erfassten Werte von der Steuervorrichtung ausgegeben
werden. Dies kann durch Datenübermittlung, numerischer Darstellung, grafische Darstellung
oder dergleichen erfolgen. Der Gießvorgang kann dann von einer Bedienperson der Gießmaschine
unmittelbar überwacht werden. Darüber hinaus können die erfassten Daten von der Steuervorrichtung
auch gespeichert bzw. protokolliert werden.
[0012] Eine Regeleinrichtung der Steuervorrichtung kann während des Einfüllens das jeweilige
Kippen um die erste Achse und die zweite Achse nach der absoluten Position, dem Rotationswinkel
oder der Rotationsgeschwindigkeit als eine Führungsgröße regeln. Die Regeleinrichtung
kann innerhalb der Steuervorrichtung als eine Regelstrecke ausgebildet sein, die einen
Antrieb der Schwenkvorrichtung so regelt, dass die Gießform während des Gießvorgangs
in der gewünschten Art und Weise um die erste Achse und die zweite Achse gekippt wird.
Vorzugsweise kann vorgesehen sein, dass die Regelung nach dem am Ende eines Zeitabschnitts
des Gießvorgangs zu erreichenden Rotationswinkels der jeweiligen Achse erfolgt. Die
Regeleinrichtung kann die Bewegung der Gießform für die erste Achse und die zweite
Achse unabhängig regeln.
[0013] Mittels der Sensoreinrichtung kann beim Einfüllen der Schmelze in einen Einguss der
Gießform ein Niveau der Schmelze in dem Einguss und/oder in einem Anguss der Gießform
detektiert werden, wobei die Regeleinrichtung die absolute Position, den Rotationswinkel
oder die Rotationsgeschwindigkeit nach dem Niveau als eine übergeordnete Führungsgröße
regeln kann. Der Sensor kann an dem Tiegel, der Gießform, an dem Gestell oder an anderer
Stelle angeordnet sein. Dadurch wird es möglich mittels der Sensoreinrichtung festzustellen,
wann das Niveau bzw. eine Höhe der Schmelze innerhalb der Kavität der Gießform den
Einguss bzw. Anguss erreicht. Die Sensoreinrichtung kann dazu zumindest einen Sensor,
insbesondere Bildsensor, Infrarotsensor, Temperatursensor, Induktionssensor, kapazitiver
Sensor, Näherungssensor, Ultraschallsensor, Radarsensor, Magnetsensor, aufweisen.
Mittels der Sensoreinrichtung kann daher festgestellt werden, wann die Gefahr eines
Überlaufs von Schmelze aus der Gießform besteht. Der Gießvorgang kann nun so angepasst
werden, dass ein Überlauf von Schmelze verhindert wird. Bei einer Detektion von Schmelze
an dem Einguss und/oder dem Anguss der Gießform kann der Gießvorgang entsprechend
korrigiert werden, beispielsweise durch das Kippen der Gießform um die Achsen und/oder
einer Dosierung eines Volumenstroms der in die Gießform eingefüllten Schmelze. Insgesamt
kann das Einfüllen der Schmelze in die Gießform so optimiert werden, dass es nicht
zu einem Überlauf der Gießform kommt, wodurch die sonst erforderlichen Arbeiten vermieden
und Energie eingespart wird. Die Regeleinrichtung kann dann einen weiteren Regelkreis
aufweisen, bei dem das Niveau der Schmelze bzw. ein Soll-Niveau der Schmelze in der
Gießform bzw. an dem Einguss der Gießform, als weitere Führungsgröße dient. Wenn dieser
weitere Regelkreis dem Regelkreis für die absolute Position, dem Rotationswinkel oder
der Rotationsgeschwindigkeit übergeordnet ist, kann die Füllung der Gießform primär
nach dem Soll-Niveau und damit einer zeitlich optimierten Füllung der Gießform geregelt
werden. So wird es möglich, die Gießform bei gleichbleibender Qualität der Produkte
noch schneller zu füllen.
[0014] Vor dem Einfüllen kann ein Startpunkt als eine Referenzposition für das Kippen um
jede der Achsen festgelegt werden. In dieser Referenzposition kann die Gießform mit
horizontalen und vertikalen Seitenflächen so positioniert sein, dass eine absolute
Position der jeweiligen Achse mit dem Rotationswinkel von 0° als Startpunkt definiert
ist. Prinzipiell kann jedoch auch die Gießform bereits um eine oder beide Achsen gekippt
sein, sodass eine absolute Position einen Rotationswinkel von ≠ 0° aufweist. Dieser
Rotationswinkel kann dann als Startpunkt des Einfüllens bestimmt werden.
[0015] Die Steuervorrichtung kann in Abhängigkeit einer Kavität der Gießform für eine Zeitspanne
des Einfüllens einen Rotationswinkel und/oder eine Rotationsgeschwindigkeit je Achse
berechnen. So kann die Steuervorrichtung für jede Achse einen Rotationswinkel und/oder
eine Rotationsgeschwindigkeit als eine Zielgröße bzw. Sollgröße für die Bewegung der
Gießform während des Gießvorgangs vorgeben. Dabei kann auch vorgesehen sein, dass
die Steuervorrichtung den Rotationswinkel und/oder die Rotationsgeschwindigkeit für
jeweils unterschiedliche Zeitabschnitte der Zeitspanne des Einfüllens bzw. des Gießvorgangs
berechnet. Die Bewegung der Gießform kann dann besonders genau an die Gestalt einer
Kavität bzw. eines zu gießenden Produkts angepasst werden.
[0016] Die Steuervorrichtung kann ein in die Gießform eingefülltes Schmelzevolumen je Zeitabschnitt
des Einfüllens berechnen. Das Schmelzevolumen bzw. ein Volumenstrom der Schmelze kann
von der Steuervorrichtung über eine Rotationsgeschwindigkeit je Achse bestimmt werden.
Prinzipiell ist es auch möglich, dass die Steuervorrichtung dann auch ein gesamtes
zu einem jeweiligen Zeitabschnitt in der Gießform befindliches Schmelzevolumen berechnet.
Dies ist besonders vorteilhaft, wenn ein Volumen der Kavität bekannt ist. So kann
dann auch von der Steuervorrichtung der Zeitpunkt ermittelt werden, bis zu dem ein
Gießvorgang bzw. eine Zeitspanne des Einfüllens der Schmelze in die Gießform abgeschlossen
ist.
[0017] Die Steuervorrichtung kann einen Schmelzefluss für eine Zeitspanne des Einfüllens
simulieren und ein Ergebnis der Simulation ausgeben oder eine Simulation speichern.
Die Steuervorrichtung kann dazu eingerichtet sein, einen Gießvorgang zu simulieren,
beispielsweise mittels einer Gieß-Erstarrungssimulation oder der Finite-Elemente-Methode
(FEM). Weiter kann eine nicht von der Steuervorrichtung erstellte Simulation eines
Gießvorgangs in der Steuervorrichtung eingebunden werden. Die Steuervorrichtung kann
dann durch diese Simulation eine Bewegung der Gießform, beispielsweise durch Wiederholung
der Simulation mit abweichenden Parametern, so weit optimieren, dass sich eine möglichst
ruhige Füllung der Kavität in einer möglichst kurzen Zeitspanne ergibt. Diese Optimierung
kann auch mittels Künstlicher Intelligenz (KI) erfolgen. Die Steuervorrichtung kann
das Ergebnis beispielsweise grafisch ausgeben, sodass dieses von einer Bedienperson
der Gießmaschine geprüft und/oder ausgewählt werden kann.
[0018] Während des Einfüllens der Schmelze in die Gießform kann ein laminarer Schmelzefluss
in der Gießform ausgebildet werden. Durch den laminaren Schmelzefluss kann eine Bildung
von Lufteischlüssen sowie eine Kaltlaufneigung und Verunreinigungen des Produkts mit
Oxiden vermieden werden. Ein turbulenter Schmelzefluss könnte sich dadurch ergeben,
dass innerhalb der Kavität die Schmelze über Hindernisse, wie beispielsweise einen
Absatz oder dergleichen, strömt. Durch das Kippen der Gießform um die erste Achse
und die zweite Achse kann die Schmelze um die betreffenden Hindernisse herumgeleitet
werden, sodass ein turbulenter Schmelzefluss in der Gießform vermieden wird.
[0019] Die erfindungsgemäße Gießmaschine zum Gießen einer Schmelze in eine Gießform umfasst
ein Gestell zur Aufnahme zumindest einer Gießform und eine Schwenkvorrichtung zur
Bewegung der Gießform, wobei die Gießform mittels der Schwenkvorrichtung während eines
Einfüllens einer Schmelze in die Gießform bewegbar und um eine erste Achse kippbar
ist, wobei die Gießform mittels der Schwenkvorrichtung während des Einfüllens um eine
zweite Achse kippbar ist, wobei die erste Achse relativ zu der zweiten Achse quer
verlaufend ausgebildet ist. Zu den vorteilhaften Wirkungen der erfindungsgemäßen Gießmaschine
wird auf die Vorteilsbeschreibung des erfindungsgemäßen Verfahrens verwiesen.
[0020] Die Gießmaschine kann eine Gießform und/oder einen Tiegel zum Einfüllen der Schmelze
in die Gießform umfassen. Die Gießform kann eine Kokille oder eine Sandform sein.
Die Gießform kann an dem Gestell der Gießmaschine aufgenommen bzw. an diesem so fixiert
werden, dass die Gießform mittels der Schwenkvorrichtung bewegt werden kann. Der Tiegel
kann dabei zum Einfüllen der Schmelze in die Gießform an der Gießform angeordnet sein
oder alternativ mit der Gießform bei dem Gießvorgang, wenn die Gießform bewegt wird,
mit der Gießform mitgeführt werden. Dies kann beispielsweise auch mittels eines mehrachsigen
Roboters oder dergleichen erfolgen. Dieser Roboter kann dann auch eine Baugruppe der
Gießmaschine sein.
[0021] Die erste Achse kann relativ zu der zweiten Achse orthogonal verlaufend ausgebildet
sein, wobei bevorzugt die erste Achse die zweite Achse schneidet. Denkbar ist es jedoch
auch, dass die Achsen voneinander beabstandet ausgebildet sind. Unter einer Achse
wird hier eine gedachte Linie verstanden, um die die Gießform gedreht bzw. gekippt
werden kann. Die Achse muss nicht zwangsläufig durch eine strukturell vorhandene Achse
ausgebildet sein. Vielmehr kann vorgesehen sein, dass beliebige mechanische Mittel,
beispielsweise mehrere Achsen, Gelenke oder dergleichen, das Kippen um die Achse ermöglichen.
[0022] Die erste Achse und die zweite Achse können horizontal relativ zu der Gießform verlaufend
ausgebildet sein oder die erste Achse kann horizontal und die zweite Achse vertikal
relativ zu der Gießform verlaufend ausgebildet sein. Die Gießform kann dabei so angeordnet
sein, dass deren Ober- und Unterseite horizontal und deren Seitenflächen vertikal
ausgerichtet sind.
[0023] Die erste Achse und die zweite Achse können durch die Gießform verlaufend, bevorzugt
durch einen Schwerpunkt der Gießform, ausgebildet sein. Unter einem Schwerpunkt wird
hier ein geometrischer Schwerpunkt oder ein Masseschwerpunkt der Gießform verstanden.
Da eine Gießform regelmäßig ein vergleichsweise hohes Gewicht aufweist, müssen dann
geringere Drehmomente aufgewendet werden, um die Gießform zu bewegen. Durch diese
Anordnung der Achsen kann ein Antrieb der Schwenkvorrichtung kleiner dimensioniert
bzw. mit geringem Energieaufwand betrieben werden.
[0024] Die Schwenkvorrichtung kann die Achse mit zumindest einem zumindest abschnittsweise
kreissegmentförmig ausgebildeten Rahmen ausgebildet sein, wobei das Kreissegment des
Rahmens auf einem Lager der Schwenkvorrichtung aufliegen kann und mittels einer Antriebseinrichtung
der Schwenkvorrichtung entlang des Lagers bewegbar sein kann. Je Achse können ein,
zwei oder mehr Rahmen vorgesehen sein, die jeweils auf einem zugehörigen Lager aufliegen.
Der Rahmen kann scheibenförmig oder in Art eines Fachwerks ausgebildet sein. Weiter
ist es auch möglich, dass der Rahmen auch kreisförmig ausgebildet ist, wobei eine
kreissegmentförmige Ausbildung des Rahmens zum Verschwenken der Gießform bereits ausreichend
ist. Das Lager kann ebenfalls kreisförmig bzw. kreissegmentförmig in Übereinstimmung
mit dem Rahmen ausgebildet sein. Das Lager kann ein Gleitlager sein. Alternativ kann
das Lager auch durch Wälzkörper bzw. Wälzlager ausgebildet sein, auf denen der Rahmen
dann aufliegt. Die Antriebseinrichtung kann ein Elektromotor oder ein Aktor, beispielsweise
ein elektrischer, pneumatischer oder hydraulischer Linearantrieb sein. Der Elektromotor
kann mit einem Getriebe, beispielsweise einem Zahnradgetriebe, Riementrieb oder dergleichen
den bzw. die Rahmen relativ zu dem jeweiligen Lager um die Achse schwenken. Auch kann
der bzw. die Aktoren an dem Rahmen und dem Gestell so angeordnet sein, dass durch
eine Bewegung des jeweiligen Aktors eine Relativbewegung von Rahmen und Lager bzw.
ein Schwenken des Rahmens um die jeweilige Achse erfolgt.
[0025] Bei einem Einfüllen der Schmelze kann ein Einguss der Gießform an einer geneigten,
horizontalen oder vertikalen Seitenfläche der Gießform angeordnet sein. Die Gießform
kann demnach so an dem Gestell aufgenommen sein, dass sich zu Beginn des Einfüllens
der Schmelze in die Gießform der Einguss an einer der Seitenflächen der Gießform bzw.
an einer Oberseite der Gießform befindet.
[0026] Weitere vorteilhafte Ausführungsformen einer Gießmaschine ergeben sich aus den Merkmalsbeschreibungen
der auf den Verfahrensanspruch 1 zurückbezogenen Unteransprüche.
[0027] Nachfolgend werden bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung unter Bezugnahme auf
die beigefügten Zeichnungen näher erläutert.
[0028] Es zeigen:
- Fig. 1
- eine perspektivische Ansicht einer Gießform mit Achsen;
- Fig. 2
- eine weitere perspektivische Ansicht der Gießform mit Achsen;
- Fig. 3
- eine Seitenansicht einer Gießmaschine;
- Fig. 4
- eine Rückansicht der Gießmaschine aus Fig. 3;
- Fig. 5
- eine perspektivische Teilansicht der Gießmaschine aus Fig. 3;
- Fig. 6
- eine Tabelle zu Bewegungen einer Gießform während eines Gießvorgangs;
- Fig. 7
- eine schematische Darstellung einer Gießform mit einem Tiegel;
- Fig. 8
- eine schematische Darstellung eines Gießvorgangs in einer ersten Ausführungsform;
- Fig. 9
- eine schematische Darstellung eines Gießvorgangs in einer zweiten Ausführungsform;
- Fig. 10a-h
- eine schematische Darstellung eines Verfahrensablaufs zum Füllen einer Gießform nach
einer ersten Ausführungsform;
- Fig. 11a-h
- eine schematische Darstellung eines Verfahrensablaufs zum Füllen einer Gießform nach
einer zweiten Ausführungsform.
[0029] Die
Fig. 1 zeigt eine Gießform 10, die hier im Wesentlichen aus einem oberen Formteil 11 und
einem unteren Formteil 12 gebildet ist und an einer Seitenfläche 13 einen Einguss
14 aufweist. Die Gießform 10 ist um eine erste Achse 15 und um eine zweite Achse 16
bewegbar bzw. mittels einer hier nicht näher dargestellten Gießmaschine kippbar. Die
erste Achse 15 und die zweite Achse 16 sind horizontal relativ zu der Gießform 10
verlaufend ausgebildet und schneiden sich in einem rechten Winkel in einem Schwerpunkt
19 der Gießform 10.
[0030] Die
Fig. 2 zeigt die Gießform 10, die hier im Unterschied zu
Fig. 1 um eine erste Achse 17 und eine zweite Achse 18 kippbar an der nicht dargestellten
Gießmaschine angeordnet ist, wobei die erste Achse 17 horizontal und die zweite Achse
18 vertikal relativ zu der Gießform 10 verlaufend ausgebildet sind.
[0031] Eine Zusammenschau der
Fig. 3 bis
5 zeigt eine Gießmaschine 20 mit einer Gießform 21, die ein oberes Formteil 22 und
ein unteres Formteil 23 aufweist. Die Gießmaschine 20 weist ein Gestell 24 zur Aufnahme
der Gießform 21 sowie eine Schwenkvorrichtung 25 zur Bewegung der Gießform 21 auf.
Mittels der Schwenkvorrichtung 25 ist die Gießform 21 während des Einfüllens einer
Schmelze in die Gießform 21 bewegbar und um eine erste Achse 26 sowie eine zweite
Achse 27 kippbar. Die erste Achse 26 und die zweite Achse 27 verlaufen hier relativ
zu der Gießform 21 horizontal und orthogonal und in einem Relativabstand zueinander.
Die Schwenkvorrichtung 25 ist für die erste Achse 26 mit zwei abschnittsweise kreissegmentförmig
ausgebildeten Rahmen 28 ausgebildet, wobei ein Kreissegment 29 des Rahmens 28 auf
einem Lager 30 aufliegt und mittels einer Antriebeinrichtung 31 entlang des Lagers
30 bewegbar ist. Das Lager 30 ist hier im Wesentlichen je Rahmen 28 aus zwei Lagerrollen
32 gebildet und die Antriebeinrichtung 31 durch einen Elektromotor 33. Für die zweite
Achse 27 umfasst die Schwenkvorrichtung 25 einen kreissegmentförmigen Rahmen 34, der
mit seinem Kreissegment 35 auf einem Lager 36 aufliegt. Weiter ist ein Lagerzapfen
37 in einer Lagerbuchse 38 des Gestells 24 drehbar gelagert. Eine Antriebeinrichtung
39 ist hier durch einen hydraulisch oder elektrisch angetriebenen Zylinder 40 ausgebildet,
der ein Verschwenken bzw. Kippen des Kreissegments 35 um die zweite Achse 27 ermöglicht.
Die Gießform 21 ist auf einem Tisch 41 des Gestells 24 aufgelegt und mittels einer
Backe 42 auf den Tisch 41 gespannt. Die hier gezeigte Position der Gießform 21 dient
als ein Startpunkt für eine Bewegung der Gießform 21 während eines Gießvorgangs.
[0032] Die
Fig. 6 zeigt eine Tabelle, in der beispielhaft mögliche Bewegungen der in den
Fig. 1 bis
5 genannten Achsen während eines Gießvorgangs wiedergegeben sind. Der Gießvorgang erstreckt
sich hier über eine Zeitspanne von Schritten, die in beliebiger Anzahl durchgeführt
werden können. Ein mit Start bezeichneter Schritt kennzeichnet den Beginn der Zeitspanne,
und ein mit Ende bezeichneter Schritt kennzeichnet das Ende der Zeitspanne des Gießvorgangs.
Zwischen jedem der Schritte ergibt sich ein Zeitabschnitt der Zeitspanne, innerhalb
dem Schmelze in die Gießform eingefüllt wird. Für die erste Achse und die zweite Achse
wird die Bewegung der Gießform jeweils unabhängig voneinander ausgeführt. Es wird
mit den Schritten 1 und 2 zunächst nur die erste Achse bewegt und mit den Schritten
3 und 4 beide Achsen. Ausgehend von einem Startpunkt der Gießform wird mit den jeweiligen
Schritten ein Rotationswinkel innerhalb einer dafür vorgesehenen Wegezeit angefahren,
woraus sich eine Rotationsgeschwindigkeit für die jeweilige Achse ergibt. Wesentlich
ist, dass während des Einfüllens der Schmelze in die Gießform eine Bewegung der Gießform
um die erste Achse sowie die zweite Achse ausgeführt wird.
[0033] Die
Fig. 7 zeigt eine schematische Darstellung einer Gießform 43 mit einem Tiegel 44. Die Gießform
43 ist aus einem oberen Formteil 45 und einem unteren Formteil 46 gebildet. Innerhalb
der Gießform 43 ist eine Kavität 47 eines zu gießenden Produkts ausgebildet. An der
Gießform 43 ist weiter ein Einguss 48 ausgebildet mit einem Schmelzekanal 49, der
zu einem Anguss 50 der Kavität 47 führt. An dem Einguss 48 ist darüber hinaus ein
Sensor 51 angeordnet, mit dem der Einguss 48 der Gießform 43 auf ein Niveau der Schmelze
in dem Einguss 48 bzw. dem Anguss 50 hin überwacht werden kann. Dies kann dadurch
erfolgen, dass der Sensor 51 das Niveau der Schmelze detektiert. Die Gießform 43 ist
um eine erste Achse 52 und eine zweite Achse 53 kippbar an einer nicht dargestellten
Gießmaschine gelagert. Der Tiegel 44 kann ebenfalls um eine weitere Achse 54 kippbar
ausgebildet sein.
[0034] Die
Fig. 8 zeigt eine Ausführungsform eines Gießvorgangs mit der Gießform 43 an einer Gießmaschine,
bei der die Gießform 43 während des Gießvorgangs in einem Winkel um die erste Achse
52 in der in der
Fig. 8 dargestellten Richtung gekippt wird, wobei der Tiegel 44 um die weitere Achse 54
während des Gießvorgangs ebenfalls in der dargestellten Richtung gekippt wird. Ein
Volumenstrom an Schmelze, welche durch den Einguss 48 in die Gießform 43 hinein strömt,
kann so erhöht werden.
[0035] Im Vergleich dazu ist in der
Fig. 9 eine Ausführungsform eines Gießvorgangs mit der Gießform 43 dargestellt, bei der
der Tiegel 44 relativ zu der Gießform 43 bzw. dem Einguss 48 unbewegt bleibt, während
die Gießform 43 in der in der
Fig. 9 dargestellten Richtung um die erste Achse 52 gekippt wird. Auch dadurch kann Schmelze
aus dem Tiegel 44 in den Einguss 48 eingefüllt werden. Ein von einem Kippen um die
erste Achse 52 abhängiger Volumenstrom an Schmelze ist dann nicht mittels des Tiegels
44 regelbar.
[0036] Eine Zusammenschau der
Fig. 10a bis
10h zeigt die Gießform 43 mit dem Tiegel 44 während unterschiedlicher Zeitabschnitte
gemäß einer Ausführungsform eines Gießvorgangs. Bei diesem Gießvorgang ist der Tiegel
44 stets relativ zu der Gießform 43 starr fixiert bzw. ohne eine Relativbewegung angeordnet.
Aus der in der
Fig. 10a gezeigten Startposition wird die Gießform 43 gemäß der
Fig. 10b um die erste Achse 52 geneigt, sodass eine in dem Tiegel 44 befindliche Schmelze
55 hin zu dem Einguss 48 fließt. Wie in der
Fig. 10c dargestellt, wird die Kavität 47 mit der Schmelze 55 entsprechend der Neigung um
die erste Achse 52 gefüllt, so lange, bis der an dem Einguss 48 befindliche Sensor
51 die Schmelze 55 detektiert. Eine hier nicht dargestellte Steuervorrichtung der
Gießmaschine, die die Gießform 43 bewegt, erhöht dann eine Rotationsgeschwindigkeit
der Gießform 43 um die erste Achse 52, sodass eine schnellere Befüllung der Kavität
47 erzielt und ein Niveau 56 der Schmelze 55 in der Kavität 47, wie in
Fig. 10e dargestellt, außerhalb eines Detektionsbereichs des Sensors 51 gelangt. Bei einer
fortgesetzten Schwenkbewegung gemäß
Fig. 10f füllt sich die Kavität 47 weiter mit Schmelze 55, sodass ein Niveau 56 weiter in
der Kavität 47 ansteigt. Nach der
Fig. 10g detektiert der Sensor 51 erneut Schmelze 55 bzw. deren Niveau 56 an dem Einguss 48.
Hierauf wird wieder eine Rotationsgeschwindigkeit der Gießform 43 um die erste Achse
52 so weit erhöht, dass, wie in der
Fig. 10h dargestellt, es zu einer vollständigen Füllung der Gießform 43 mit Schmelze 55 kommt.
[0037] Die
Fig. 11a bis
11h zeigen eine weitere Ausführungsform eines Gießvorgangs mit der Gießform 43 und dem
Tiegel 44, wobei hier im Unterschied zu den
Fig. 10a bis
10h der Tiegel 44 um die weitere Achse 54 kippbar ist. Im Unterschied zu der
Fig. 10c ist nun gemäß der
Fig. 11c vorgesehen, dass der Tiegel 44 in der hier dargestellten Richtung relativ zu der
Gießform 43 gekippt wird, sodass sich eine Erhöhung einer Fließgeschwindigkeit bzw.
eines Volumenstroms der Schmelze 55 in die Kavität 47 ergibt. So kommt es auch hier
gemäß der
Fig. 11d zu einer Detektion der Schmelze 55 bzw. des Niveaus 56 an dem Einguss 48. Nach der
Fig. 11e wird mittels einer Steuervorrichtung der betreffenden hier ebenfalls nicht dargestellten
Gießmaschine eine Rotationsgeschwindigkeit um die erste Achse 52 und eine Rotationsgeschwindigkeit
des Tiegels 44 um die weitere Achse 54 so weit erhöht, dass sich eine schnelle Füllung
der Kavität 47 mit Schmelze 55 ergibt. Wie in der
Fig. 11f gezeigt, wird die Kavität 47 kontinuierlich weiter gefüllt, bis das Niveau 56 der
Schmelze 55 wieder den Sensor 51 bzw. den Einguss 48 erreicht. Durch wiederum eine
Erhöhung der Rotationsgeschwindigkeit um die erste Achse 52 kommt es, wie in der
Fig. 11h dargestellt, zur vollständigen Füllung der Kavität 47 bzw. der Gießform 43 mit Schmelze
55.
[0038] Mittels des Sensors 51 kann die Steuervorrichtung ein Kippen um die erste Achse 52
bzw. die zweite Achse 53 und auch die weitere Achse 54 so steuern, dass das Kippen
um die Achsen 52, 53, 54 nach dem Niveau 56 als eine Führungsgröße geregelt wird.
Das Niveau 56 kann dann auch eine übergeordnete Führungsgröße sein, nach der eine
absolute Position, ein Rotationswinkel und/oder eine Rotationsgeschwindigkeit geregelt
wird. Das Niveau 56 kann von der Steuervorrichtung als ein Soll-Niveau definiert sein.
Die Steuervorrichtung kann bei dem Kippen der Gießform 43 eine Rotationsgeschwindigkeit
solange erhöhen, bis das Soll-Niveau erreicht ist. Dann kann, wie zuvor beschrieben,
das Kippen der Gießform 43 gestoppt oder verlangsamt werden, sodass das Niveau 56
im Wesentlichen konstant gehalten wird, während die Gießform 43 bzw. der Tiegel 44
gekippt und Schmelze in die Gießform 43 eingefüllt wird. Eine Befüllung der Gießform
43 kann so wesentlich beschleunigt werden.
[0039] Eine Bewegung der Gießform 43 um eine zweite Achse ist in den
Fig. 7 bis
11 nicht ersichtlich, wird jedoch auch ausgeführt.
[0040] Der Sensor 51 ist zur Ausführung des Verfahrens nicht zwingend erforderlich, sodass
die in den
Fig. 7 bis
11 beschriebenen Ausführungsformen des Verfahrens auch ohne den Sensor 51 ausführbar
und von der Beschreibung umfasst sind. Eine Steuervorrichtung der betreffenden Gießmaschine
kann dann so eingerichtet sein, dass unabhängig von einer Kenntnis eines Niveaus einer
Schmelze bzw. einer unmittelbaren Detektion mittels eines Sensors eine Rotationsgeschwindigkeit
in Abhängigkeit der dann bekannten Kavität 47 verändert wird.
1. Verfahren zum Gießen einer Schmelze in eine Gießform, wobei zumindest eine Gießform
(10, 21, 43) an einem Gestell (24) einer Gießmaschine (20) aufgenommen wird, wobei
die Gießform mittels einer Schwenkvorrichtung (25) der Gießmaschine während eines
Einfüllens einer Schmelze (55) in die Gießform bewegt und um eine erste Achse (15,
17, 26, 52) gekippt wird,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Gießform mittels der Schwenkvorrichtung während des Einfüllens um eine zweite
Achse (16, 18, 27, 53) gekippt wird, wobei die erste Achse relativ zu der zweiten
Achse quer verlaufend ausgebildet ist.
2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
dass ein mit Schmelze (55) gefüllter Tiegel (44) bei dem Kippen der Gießform (10, 21,
43) um die erste Achse (15, 17, 26, 52) und die zweite Achse (16, 18, 27, 53) relativ
zur Gießform unbewegt ist oder der Tiegel um eine weitere Achse (54) gekippt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
dass mittels einer Steuervorrichtung der Gießmaschine (20) das Kippen um die Achsen (15,
16, 17, 18, 26, 27, 52, 53) gesteuert wird.
4. Verfahren nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet,
dass während einer Zeitspanne des Einfüllens das jeweilige Kippen um die erste Achse (15,
17, 26, 52) und die zweite Achse (16, 18, 27, 53) in einem gemeinsamen Zeitabschnitt
und/oder in jeweils unterschiedlichen Zeitabschnitten erfolgt.
5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4,
dadurch gekennzeichnet,
dass mittels einer Sensoreinrichtung der Gießmaschine (20) für jede der Achsen (15, 16,
17, 18, 26, 27, 52, 53) eine absolute Position, ein Rotationswinkel und/oder eine
Rotationsgeschwindigkeit bestimmt wird.
6. Verfahren nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet,
dass eine Regeleinrichtung der Steuervorrichtung während des Einfüllens das jeweilige
Kippen um die erste Achse (15, 17, 26, 52) und die zweite Achse (16, 18, 27, 53) nach
der absoluten Position, dem Rotationswinkel oder der Rotationsgeschwindigkeit als
eine Führungsgröße regelt.
7. Verfahren nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet,
dass mittels der Sensoreinrichtung beim Einfüllen der Schmelze (55) in einen Einguss (14,
48) der Gießform (15, 17, 26, 52) ein Niveau (56) der Schmelze in dem Einguss und/oder
in einem Anguss (50) der Gießform detektiert wird, wobei die Regeleinrichtung die
absolute Position, den Rotationswinkel oder die Rotationsgeschwindigkeit nach dem
Niveau als eine übergeordnete Führungsgröße regelt.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 7,
dadurch gekennzeichnet,
dass vor dem Einfüllen ein Startpunkt als eine Referenzposition für das Kippen um jede
der Achsen (15, 16, 17, 18, 26, 27, 52, 53) festgelegt wird.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 8,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Steuervorrichtung in Abhängigkeit einer Kavität (47) der Gießform (10, 21, 43)
für eine Zeitspanne des Einfüllens einen Rotationswinkel und/oder eine Rotationsgeschwindigkeit
je Achse (15, 16, 17, 18, 26, 27, 52, 53) berechnet.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 9,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Steuervorrichtung ein in die Gießform (10, 21, 43) eingefülltes Schmelzevolumen
je Zeitabschnitt des Einfüllens berechnet.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 10,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Steuervorrichtung einen Schmelzefluss für eine Zeitspanne des Einfüllens simuliert
und ein Ergebnis der Simulation ausgibt oder eine Simulation speichert.
12. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass während des Einfüllens der Schmelze (55) in die Gießform (10, 21, 43) ein laminarer
Schmelzefluss in der Gießform ausgebildet wird.
13. Gießmaschine (20) zum Gießen einer Schmelze in eine Gießform, wobei die Gießmaschine
ein Gestell (24) zur Aufnahme zumindest einer Gießform (10, 21, 43) und eine Schwenkvorrichtung
(25) zur Bewegung der Gießform umfasst, wobei die Gießform mittels der Schwenkvorrichtung
während eines Einfüllens einer Schmelze (55) in die Gießform bewegbar und um eine
erste Achse (15, 17, 26, 52) kippbar ist,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Gießform mittels der Schwenkvorrichtung während des Einfüllens um eine zweite
Achse (16, 18, 27, 53) kippbar ist, wobei die erste Achse relativ zu der zweiten Achse
quer verlaufend ausgebildet ist.
14. Gießmaschine nach Anspruch 13,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Gießmaschine eine Gießform (10, 21, 43) und/oder einen Tiegel (44) zum Einfüllen
der Schmelze (55) in die Gießform umfasst.
15. Gießmaschine nach Anspruch 13 oder 14,
dadurch gekennzeichnet,
dass die erste Achse (15, 17, 26, 52) relativ zu der zweiten Achse (16, 18, 27, 53) orthogonal
verlaufend ausgebildet ist, wobei bevorzugt die erste Achse die zweite Achse schneidet.
16. Gießmaschine nach einem der Ansprüche 13 bis 15,
dadurch gekennzeichnet,
dass die erste Achse (15, 26, 52) und die zweite Achse (16, 27, 53) horizontal relativ
zu der Gießform (10, 21, 43) verlaufend ausgebildet sind oder dass die erste Achse
(17) horizontal und die zweite Achse (18) vertikal relativ zu der Gießform (10, 21,
43) verlaufend ausgebildet sind.
17. Gießmaschine nach einem der Ansprüche 13 bis 16,
dadurch gekennzeichnet,
dass die erste Achse (15, 17, 26, 52) und die zweite Achse (16, 18, 27, 53) durch die
Gießform (10, 21, 43) verlaufend, bevorzugt durch einen Schwerpunkt (19) der Gießform,
ausgebildet sind.
18. Gießmaschine nach einem der Ansprüche 13 bis 17,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Schwenkvorrichtung (25) je Achse (15, 16, 17, 18, 26, 27, 52, 53) mit zumindest
einem zumindest abschnittsweise kreissegmentförmig ausgebildeten Rahmen (28, 34) ausgebildet
ist, wobei das Kreissegment (29, 35) des Rahmens auf einem Lager (32, 36) der Schwenkvorrichtung
aufliegt und mittels einer Antriebeinrichtung (31, 39) der Schwenkvorrichtung entlang
des Lagers bewegbar ist.
19. Gießmaschine nach einem der Ansprüche 13 bis 18,
dadurch gekennzeichnet,
dass beim Einfüllen der Schmelze (55) ein Einguss (14, 48) der Gießform (10, 21, 43) an
einer geneigten, horizontalen oder vertikalen Seitenfläche (13) der Gießform angeordnet
ist.