Aluminium VDC Casting - swiss

JASPER
GmbH
Aluminium
Innovative Gießereitechnik
Rund- und Walzbarren
Aluminium VDC Casting
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JASPER
GmbH
Ralf Lüngen hat seinen fachlichen Hintergrund in der Entwicklung bei der VAW
Aluminium AG und durch langjähriges Engagement in der Gießereiindustrie als
selbstständiger Unternehmer erworben und ist heute Geschäftsführer der swisscast engineering gmbh .
Die High Tech Schmiede aus der Schweiz ist mit 30 Jahren Erfahrung im Bereich
VDC-Casting darauf spezialisiert maßgeschneiderte Gießmaschinen für Rund- und
Walzbarren anzubieten. Unsere besonderes Spezialisierung liegt auf dem Bereich
harte Legierungen oder große Durchmesser. Verstellbare Kokillen für Walzbarren
sind Teil unseres Lieferprogramm.
Durch die Verknüpfung zur Jasper GmbH in Deutschland sind wir als Gruppe in der
Lage Konzepte anzubieten, die das gesamte Spektrum der Gießereitechnik abdeckt.
Die Gruppe liefert die gesamte Anlagentechnik vom Schrottplatz bis zur Bolzen /
Barrensäge.
Ralf Lüngen
Geschäftsführer swiss-cast
Robert Jasper
Geschäftsführer swiss-cast / Jasper
Hans Dieter Jasper
Geschäftsführer Jasper
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Bei der Konzeption unserer Gießanlagen stehen vor allem vier
Gesichtspunkte im Vordergrund:
1. Ein hoher Qualitätsstandard für das Gießprodukt, insbesondere
für:
•
•
•
•
•
•
Randzone
Gefüge Ausbildung
Oberfläche
Nichtmetallische Einschlüsse
Reproduzierbarkeit
Sicherheit für das Personal
2. Konzentration des Gießpersonals auf die Kontrolle des
Gießprozesses ohne im Detail Entscheidungen zum Ablauf des
Prozesses treffen zu müssen
3. Ein gesteigerter Sicherheitsanspruch für den Gießbetrieb
4. Erfüllung der Anforderungen für Aerospace-, Automotive- oder
MIL-Standard-Qualitäten.
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•
Unsere Qualitätsstandards sind kompromisslos und orientieren sich am Stand der Technik.
•
Die Qualität wird im wesentlichen von den Faktoren
Bediener,
Kokille,
Angießstein,
Metallbehandlung,
Metalllevel, und Gießtischführung beeinflusst. Diesen
wesentlichen Faktoren widmet sich daher das Konzept der
Gießmaschine.
Der Bediener soll sich möglichst unbelastet auf die Kontrolle,
d.h. die Beobachtung des Gießprozesses konzentrieren, um
Abweichungen frühzeitig zu erkennen und gegebenenfalls
adäquate Maßnahmen einleiten zu können. Dazu wird er
von der Regelung oder Rezeptvorgabe für den Gießprozess
entbunden. Diese wird durch die übergeordnete Steuerung
übernommen. Entsprechend der Kenngrößen des zu
gießenden Produktes, Legierung, Durchmesser und Länge
wird ein Rezept, das basierend auf den Erfahrungen der
Gießereileitung hinterlegt wurde, abgerufen.
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Das Kernelement für einen Bolzen hoher Qualität ist die Kokille. Um
den Qualtitäts-Anforderungen zu entsprechen wird daher eine
entsprechend ausgefeilte Kokillentechnik verwendet. Dabei spielen
die Konzeption der Kokille, die konstruktive Ausführung und die
Fertigung sowie die Regelung und Überwachung der Medienflüsse
ineinander.
Konzeptionell sind heute im einfachsten Fall offene Kokillen mit
Schwimmer und Düse, die einfachen Hot-Top Kokillen mit und ohne
Graphitring bis hin zum Konzept der Air-Oil-Flow Kokille gebräuchlich.
Dabei sind alle heute üblichen Kokillen mit einer kontinuierlichen
Ölschmierung ausgestattet, um eine zeitgemäße Oberflächenqualität
sicherzustellen.
Die Air-Oil-Flow Kokille stellt die qualitative Spitze der Kokillensysteme dar. Die Kokille ist zunächst wie eine Standard-Kokille mit
einem umlaufenden Wasserverteilring ausgestattet. Das Wasser wird
über einen umlaufenden Spalt, der im unteren Bereich angeordnet ist,
als Schleier auf den sich bildenden Bolzen gespritzt. Im oberen Bereich
ist die Kokillen mit dem Heißkopf, einem isolierten Ring, ausgestattet.
Dadurch ist niveaugleiches Gießen möglich.
Die Zuführung des Metalls zur Kokille erfolgt über einen Einlass im
Bereich des Heißkopfes. Bei Ausfall einer einzelnen Kokille kann dieser
Einlass geschlossen werden und es tritt kein Metall mehr in die
gesperrte Kokille ein. Gleichzeitig wird über diese Art der Zuführung
eine gleichmäßigere Verteilung des Metalls auf die Kokillen erzielt.
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Die Metallzuführung in den Heißkopf erfolgt entweder seitlich
niveaugleich aus der Gießrinne oder aber zentral in den Heißkopf über
eine Bohrung. Das Bild zeigt Kokillengießanlagen, bei denen die
beiden voran beschriebenen Metallzuführungsformen eingesetzt
werden.
Bei einem niveaugleichen Zulauf aus der Gießrinne ist die Packungsdichte der Kokillen auf der Gießanlage nicht so hoch wie bei einer
zentralen Metallzuführung in den Heißkopf, da Platz für die Gießrinnen benötigt wird.
Ein wesentlicher Qualitätsvorteil gegenüber der zentralen Zuführung
ist der geringere metallostatischen Druck der flüssigen Metallsäule im
Heißkopf und somit auf den Meniskus- bzw. Meniskushohlraum.
Weiterhin entsteht bei seitlicher und niveaugleicher Zuführung eine
zirkulare Bewegung mit positivem Einfluss auf die Erstarrungsfront
und die Keimbildung (Kornfeinung) nahe der Erstarrungsfront sowie
eine homogenere Temperaturverteilung der Schmelze im Heißkopfund Sumpfbereich.
Bei einer zentralen Metallzuführung ist dagegen die Gießrinne über
die Kokillen verlegt. Hier müssen als Nachteile angesehen werden,
dass Kokillen und Barren während des Gießvorganges nicht sichtbar
sind und dass die große Menge an Schmelze über den Kokillen bei
Durchbruch eines oder mehrerer Barren nur schwer kontrollierbar ist.
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Der Metallstand in der Verteilerrinne wird mittels eines Laser-Sensors gemessen und
auf den im Rezept festgelegten Wert geregelt. Durch die Regelung des Metallstandes
in der Verteilerrinne wird dabei seitens des Flüssigmetalls ein für alle Kokillen gleicher
Arbeitspunkt eingestellt.
Alle Medien werden durch die Steuerung überwacht und entsprechend der
vorgegebenen Rezept-Parameter geregelt. Dazu wird der Durchfluss von Wasser und
Öl gemessen und durch geeignete Elemente auf den Sollwert ausgeregelt. Die
Verteilung des Öls auf die einzelnen Kokillen erfolgt durch Progressiv-Verteiler, die die
gleichmäßige Zuteilung zu allen Kokillen des Kokillentisches sicherstellen.
Die Luft wird für jede Kokille auf einen im Rezept hinterlegten Druck geregelt. Dazu ist
jede Kokille mit einem Drucksensor ausgestattet. Nur so lässt sich die Luft
prozesskonform den einzelnen Kokillen zuteilen.
Alle für die Bedienung und Regelung der Gießanlage erforderlichen Daten und
Regelungen sind in der „Visualisierung / HMI“ zusammengefasst. Diese auf hohe
Bedienerkomfort und einfaches Verständnis ausgerichtete Bedienoberfläche ist sowohl
vor Ort an der Gießmaschine als auch im Meisterbüro auf einem PC oder auch im
übergeordneten Firmennetzwerk verfügbar.
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Unsere Kokillen sind angepasst an die zu vergießenden Legierungen.
Kokillen für Legierungen aus der Reihe 6xxx mit Blei und Wismut wie
zum Beispiel Leg. 6012 oder 6026 sind konzeptionell anders aufgebaut
als Kokillen für Legierungen aus der Reihe 2xxx und 7xxx mit Kupfer, Zink
und Zirconium (sogenannte Hard Aluminium Alloys) wie zum Beispiel
Leg. 2014, 2219, 7075 oder 7175.
Unsere Gießlinien sind, je nach Anforderung ob Aerospace, Automotive
oder MILITARY STANDARD, flexibel ausgelegt.
Bolzen mit Durchmesser von 50 – 1000 mm oder Barren mit bis zu 2400
x 640 mm sind je nach Legierung möglich.
Abgußgewichte von bis zu 80 to/drop sind realisierbar.
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Beim Stranggießverfahren mit AOF-Kokillen wird flüssiges
Aluminium einer oder mehreren Kokillen zugeführt. Zur Erzielung
einer hohen Oberflächenqualität der dabei entstehenden
Gießbarren wird ein Luftpolster zwischen dem noch flüssigen
Aluminium und dem Kokillenformteil aufgebaut. Das Luftpolster
vermindert den Wärmeentzug über die Kokillenwandung und
verbessert
dadurch
den
Erstarrungsprozess
an
der
Barrenoberfläche.
Um eine optimale Oberflächenqualität zu erzielen, müssen die
Luftpolster - Druck-Schwankungen so gering wie möglich gehalten
werden. Da jedoch während des Gießvorganges der durch die
Kokillen gebildete Strömungswiderstand infolge von Metallstandsund/oder Temperaturschwankungen ständigen Veränderungen
unterworfen ist, muss der Luftdruck p(t), bzw. je nach BetriebsZustand der Luftvolumenstrom Q(t), mittels einer geeigneten
Regeleinrichtung stabilisiert werden.
Ein wichtiges Merkmal der Regeleinrichtung ist deren Fähigkeit, den
Luftdruck p(t) während der stationären Gießphase solange konstant
zu regeln, wie sich der Wert des zugehörigen Luftvolumenstromes
Q(t) zwischen den voreingestellten Grenzwerten Qmin und Qmax
bewegt.
Es gilt:
P(t) = Psoll
solange die Bedingung:
Qmin < Q(t) < Qmax
erfüllt ist.
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Der Fußtragrahmen wird als verwindungsarme, spannungsarm geglühte
Schweißkonstruktion ausgeführt. Die Auflagefläche für den Gießtisch ist
mechanisch in einer Aufspannung bearbeitet. Als Bauform ist wie in der
Abbildung zu sehen, eine Dachform gewählt. Als Anstrich gegen Korrosion
und zugleich auch als Schutz gegen Explosionen wird ein bewährter 2Schichten-Anstrich gewählt. Das gilt für alle mit Wasser in Berührung
kommende Teile. Zentrierleisten und Führungsbolzen sind aus rostfreiem
Edelstahl vorgesehen.
Die Fußzentrierung ist eine patentierte Entwicklung zur passgenauen
Einführung der Angießsteine in die Kokilleneinheiten. Die Angießsteine
sind schwimmend gelagert um eine Zerstörung der Laufflächen beim
Einfahren in die Startposition zu vermeiden.
Der Angießstein besteht aus einem Aluminium-Oberteil und einem StahlUnterteil. Das Unterteil hat ein Innengewinde für die Befestigung am
Fußtragrahmen und dient gleichzeitig als Vorzentrierung. Das Oberteil ist
mit einem Konus versehen, der Kernrisse verhindern und die
Standfestigkeit erhöhen soll.
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Der Kokillentragrahmen wird als verwindungsarme Schweißkonstruktion ausgeführt. Alle Wasserführenden Teile sind aus Werkstoff 1.4301.
Die Auflagefläche für die Kokillen ist mechanisch in einer Aufspannung
bearbeitet. Die Zuführung aller notwendigen Medien erfolgt von unten
und wird durch stabile Abdeckungen geschützt. Eine Feuerfestisolierung mit aufgesetzter Stahlplatte schützt den Rahmen vor
übergelaufenem Metall. Schnellkupplungen ermöglichen einen
schnellen Wechsel der Gießeinheiten. Die Kokillen sind zum Schutz
komplett mit Alu- Riffelblech Ein gehaust.
Die Gießrinne dient zur optimalen Verteilung der Schmelze nach dem
Keramikfilter. Die Gießrinne ist mit feuerfest Formstücken ausgekleidet
und mit Ab- und Zulaufschiebern ausgestattet. Die Ablaufschieber sind
auch Not- Ablaufschieber. Die Gießrinne ist eine stabile SchweißKonstruktion aus Kantprofilen. Der Kokilleneinlauf besteht ebenfalls aus
Formstücken, die bei Beschädigung schnell gewechselt werden können.
Der Fanggitterrahmen ist ein Sicherheitselement. Mit dem Fanggitterrahmen wird verhindert, dass nach Abguss die Barren beim ausheben
umkippen. Weiterhin dient der Fanggitterrahmen als Laufsteg, um die
Barren besser anschlagen zu können.
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Durch die gewählte Ausführung der Gießmaschine mit einem
selbstgeführten Gießzylinder mit integrierter Verdrehsicherung ist
eine gleichmäßige, ruhige Führung des direkt steif auf dem
Zylinder montierten Gießtisches gewährleistet. Diese Art der
inneren Führung und Verdrehsicherung macht die sonst bekannte
außen liegende Führung des Gießtisches überflüssig. Dadurch wird
die Instandhaltung vereinfacht und die Betriebssicherheit erhöht,
weil die nicht vermeidbare Verschmutzung der außen liegenden
Führungselemente ausgeschlossen wird. Durch die Ausbildung des
Gießzylinders ist eine sichere Führung des Gießtisches auch für
den Fall gewährleistet, dass ein Teil der Bolzen aufgrund eines
Fehlers nicht in kompletter Länge gegossen werden kann.
Durch die spezielle Konstruktion der Stangendichtung und
Kolbenführung wird ein absolut Stick-Slip freier Betrieb erzielt.
Dieser ist unbedingt erforderlich, um die gewünschte OberflächenQualität zu erzielen.
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Das Hydraulikaggregat ist unter anderem mit vier Pumpen ausgestattet. Drei der Pumpen erzeugen den Druck für die
Aufwärtsbewegung des Gießtisches, die vierte Pumpe erzeugt den
Druck für die Aufrichtbewegung des Kipprahmens.
Während eine der drei Pumpen für den Gießtisch ständig läuft,
werden die anderen beiden Pumpen nur bei schneller
Hubbewegung des Gießzylinders zugeschaltet und ca. 50 cm vor
Erreichen der Angießposition abgeschaltet. Eine gleichmäßige
Auslastung der drei Pumpen wird dadurch gewährleistet, dass nach
jeder schnellen Hubbewegung eine andere Pumpe abgeschaltet
wird (Wechselbetrieb).
Um bei Ausfall einer Pumpe wenigstens einen Notbetrieb
gewährleisten zu können, wird in diesem Fall die komplette
Druckerzeugung von den verbleibenden Pumpen übernommen.
Dies bewirkt lediglich eine Verdopplung der Zeit für das Fahren in
Angießposition. Der eigentliche Gießprozess bleibt jedoch davon
unberührt.
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Unser „In-Line-Degasser“ System ist eine kompakte Trog-Einheit in
Segmentbauweise. Pro Segment gibt es 3 Spüleinheiten die
rechnergesteuert Spülgas in den Schmelze eindüsen. Dabei kann für
jedes Segment eine Spülmenge eingestellt werden. Durch die
Positionierung der Spüleinheiten im Trogboden und in den Trogwänden
erreichen wir eine sehr gute Verteilung der feinen Spülgasblasen in der
Schmelze. Je nach Durchsatz (to/h) können bis zu 7 Segmente installiert
werden, d. h. unser System kann bei Bedarf auch aufgerüstet werden.
Eine Vorwärmeeinrichtung bestehend aus bis zu 3 Gasbrenner,
ermöglicht ein schnelles Aufheizen vor dem Gießstart.
Ein besonderes Merkmal ist das Rückkippen nach Gießende, d. h.
Aluminium das nach erreichen der Gießlänge noch im Degasser ist wird
durch eine hydraulische Kippeinrichtung wieder in den Gießofen
überführt oder bei Legierungswechsel ausgeschleust.
Unsere Filtereinheiten sind beheizbare Boxen für Filtereinsätze bis zu 21
inches. Zwischen Degasser und Filter und zwischen Filter und
Gießmaschine steht jeweils eine gekühlte Lasereinheit.
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Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit.
Bei Fragen, Anregungen und Anmerkungen können Sie uns jederzeit ansprechen.
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www.swiss-cast.ch
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www.jasper-gmbh.com
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