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技術 鋳造または成形用鋳型の壁を次の鋳造サイクルに備えて準備するための方法および装置、遠心分離および空気制御を伴う噴霧素子、並びに本質的に溶剤のない鋳型壁処理剤を噴霧するためのこの噴霧素子の使用法

出願人 アチスンインダストリーズ,インコーポレーテッド
発明者 ハンス−ディーターレンクルドウヴェマルテンコックトーマスユンカーカール−ハインツカイム
出願日 1998年9月22日 (21年2ヶ月経過) 出願番号 1998-268343
公開日 1999年9月21日 (20年2ヶ月経過) 公開番号 1999-254086
状態 特許登録済
技術分野 鋳型又は中子の材料 鋳型又は中子及びその造型方法 鋳型の造型装置
主要キーワード 漏斗面 機械操作員 処理調節 急速脱着 圧搾空気供給管 凹面領域 赤外線測定装置 入力変量
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(1999年9月21日)のものです。
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図面 (9)

課題

鋳造または鋳造品成形用鋳型12の鋳型壁12a,12bを、鋳造サイクルが完了後に、次の鋳造サイクルに備えて準備するための方法および装置10を廃液処理に問題のないように環境適合性を改善すること。

解決手段

本発明によれば、鋳型壁12a,12bへの熱の供給、またはそれらからの熱の除去と鋳型壁12a,12bへ鋳型壁処理剤の塗布をこの順序で、互いに独立に、即ち、それらの間に時間の重複がなく、制御した方法、好ましくはプログラム制御した方法で行う。即ち、鋳型壁12a,12b、特にそれらの表面を最初に所望の温度にしてから、それらを鋳型壁処理剤で塗被する。それで、冷却剤として水が使え、且つライデンフロスト効果が殆ど無いので処理剤が少量で済み、環境適合性が良く、コストが低くなる。

概要

背景

この種の方法は、現状技術では知られ、例えば、鋳型鋳造、チキソ鋳造、チキソ成形バキュラル鋳型鋳造、スキーキャスティング等のような名前専門家集団に知られているような鋳造方法鋳造品生産する際に使われている。この技術の現状は、例として、金属のダイカスト用鋳型の鋳型壁の準備を基礎として以下に説明するが、鍛造のような他の成形法でも類似の問題が起こることを強調すべきである。

鋳造品を作るためには、軽金属または重金属合金から成る液体または半液体金属を、通常加圧して、分割し、閉じた鋼の鋳型に導入して、固化させる。同時に、この鋳型は、固化する材料からそれへの熱伝達の結果として加熱する。生産状態では、即ち、可能な最短時間でできるだけ多くの鋳造品を生産する間は、鋳型の温度が上がり続けるだろう。しかし、品質の良い鋳造品を作るためには、鋳型が、各生産サイクルの初めに同じ初期温度であるべきである。従って、生産状態では、通常鋳型から絶えず熱を取り出して、金属が鋳型に伝える熱の量と鋳型が輻射として周囲に放出し、またはそれから補足冷却によって取り除く熱の量の間で熱平衡に達し、ほぼ均一な鋳型温度を維持する結果となるようにしなければならない。

勿論、補足冷却の代わりに、鋳型に補足加熱を施すことも必要かも知れない。これは、例えば、非常に重い鋳型に少量の金属しか入れない場合、即ち、非常に薄い部材の鋳造品を作る場合だろう。この場合、従って、この鋳型が、鋳型温度をこの鋳造法好都合な鋳型温度を維持するために望ましいより多くの熱を周囲に放出することが起こり得る。従って、本発明に関しては、鋳型を加熱しなければならない可能性とそれを冷却しなければならない可能性の両方を含めるために、鋳型を“調熱する”と非常に一般的な表現で言う。

鋳型を調熱する必要に加えて、最後の鋳造品を取り出した後で、新しい液体金属を鋳型に導入する前に、鋳型壁の表面を潤滑および離型剤で処理することも必要である。この鋳型壁処理剤は、導入した金属が鋳型材料に焼き付きまたは付着するのを防ぎ、完成した部品を鋳型から取り出せることを保証し、およびエゼクタまたはプッシャのような鋳型の可動部品を潤滑するという主な仕事を有する。ある方法では、充填工程中に、鋳型壁処理剤が導入した金属と鋳型の間の熱移動を減らすという付加的仕事を有する。鋳型壁に付けた鋳型壁処理剤の層は、この層が最も薄い点で破損することがあり、次にこれが導入した金属の鋳型材料への焼き付きの結果となるので、可能な最均一厚さであるべきである。更に、これらの層が薄過ぎると、導入した金属から鋳型へ移動する熱が多過ぎることがあり、導入した金属が導入直後に冷めるのが速過ぎ、それで鋳型の十分な充填を妨げる結果となる。しかし、厚過ぎる層も鋳型を占める体積が多過ぎて鋳造品の品質を損なう。

従来の方法によれば、例えば、西独国特許4,420,679A1および西独国特許195−11,272A1に記載されているように、鋳造品を鋳型から取り出す度に、鋳型壁を鋳型壁処理剤と水の混合物噴霧する。処理剤と水の混合物を使用する利点は、鋳型壁表面を噴霧した水で冷やすと同時に、鋳型壁処理剤をこれらの壁に付けられることで、時間の節約ができる。しかし、この方法で扱わねばならない問題の一つは、ライデンフロスト効果である。即ち、噴霧の液滴が鋳型壁の熱い表面に当ると、これらの液滴と表面の間に蒸気障壁ができる。この障壁は、液滴が表面を完全に濡らすのを妨げる。従って、噴霧した処理剤と水の混合物のあるものは、鋳型壁の表面から流れ去り、鋳型壁を冷却、潤滑または湿潤および必要な離型特性を与えるこどができない。

この問題があるにも拘わらず、鋳型壁表面を冷却し、それを鋳型壁処理剤で十分に塗被できるためには、過剰な処理剤・水混合物を付けることが必要である。しかし、すると、かなりの量の処理剤・水混合物が使われずに鋳型壁の表面を流れ去り、これを集めて処分しなければならないというトレードオフ容認しなければならない。これは、環境適合性の点で、問題が有る。この点を一つの例に基づいて以下に詳細に説明する。

鋳物工場鋳造アルミニウム1,000kg当り、約5kgの鋳型壁処理剤濃縮物を使用し、この濃縮物を噴霧前に水で1:100の比に薄め、即ち、合計で約500lの処理剤・水混合物を噴霧するとし、更にこの量の約80%が過剰として使われずに鋳型壁から流れ去るとすると、これは、鋳造アルミニウム1t当り約400lの廃液を処分しなければならないことを意味する。これは、内輪見積もりである。それほど好意的でないが同等に現実的な見積もりは、アルミニウム1t当り約900lの量を処分する結果となる。年当り約5,000tのアルミニウムの能力の中程度の鋳造工場では、従って2,000〜4,500m3の廃液を処分することが必要である。

概要

鋳造または鋳造品の成形用鋳型12の鋳型壁12a,12bを、鋳造サイクルが完了後に、次の鋳造サイクルに備えて準備するための方法および装置10を廃液処理に問題のないように環境適合性を改善すること。

本発明によれば、鋳型壁12a,12bへの熱の供給、またはそれらからの熱の除去と鋳型壁12a,12bへ鋳型壁処理剤の塗布をこの順序で、互いに独立に、即ち、それらの間に時間の重複がなく、制御した方法、好ましくはプログラム制御した方法で行う。即ち、鋳型壁12a,12b、特にそれらの表面を最初に所望の温度にしてから、それらを鋳型壁処理剤で塗被する。それで、冷却剤として水が使え、且つライデンフロスト効果が殆ど無いので処理剤が少量で済み、環境適合性が良く、コストが低くなる。

目的

この背景に対して、本発明の課題は、上に説明した一般的型式の方法の環境適合性を改善することである。

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
3件

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請求項1

鋳造または鋳造品成形用鋳型(12)の鋳型壁(12a,12b)を、鋳造サイクルが完了してこの鋳造品を鋳型からの取り出した後に、次の鋳造サイクルに備えて準備するための方法であって:(a)これらの鋳型壁(12a,12b)を所望の温度にする工程;および(b)これらの鋳型壁(12a,12b)に鋳型壁処理剤を塗布する工程を含む方法に於いて、工程(a)および工程(b)を表示した順序に且つ互いに独立に行い、工程(a)では、鋳型壁(12a,12b)への熱の供給、またはそれらからの熱の除去を、このプロセス条件および/または環境条件関数として、制御した方法(20a)、好ましくはプログラム制御した方法で行い;並びに工程(b)では、この鋳型壁処理剤を制御した方法(20b)、好ましくはプログラム制御した方法で塗布することを特徴とする方法。

請求項2

請求項1による方法に於いて、直ぐに使える鋳型壁処理剤を使い、それを運搬容器(56,58)から希釈することなく取り出して、鋳型壁(12a,12b)に塗布することを特徴とする方法。

請求項3

請求項2による方法に於いて、上記直ぐに使える鋳型壁処理剤が少なくとも98重量%の潤滑および離型特性のある物質、並びに2重量%以下の補助材料、例えば、殺細菌剤乳化剤、水のような溶剤等を含むことを特徴とする方法。

請求項4

請求項2または請求項3による方法に於いて、上記直ぐに使える鋳型壁処理剤が20℃の温度で約50から2,500mPa・sの範囲の粘度を有することを特徴とする方法。

請求項5

請求項1から請求項4の一項による方法に於いて、上記鋳型壁処理剤の引火点が少なくとも280℃であることを特徴とする方法。

請求項6

請求項1から請求項5の一項による方法に於いて、上記鋳型壁処理剤を、遠心霧化および空気制御を伴う少なくとも一つの噴霧素子(26)によって上記鋳型壁(12a,12b)に塗布することを特徴とする方法。

請求項7

請求項1から請求項6の一項による方法に於いて、上記鋳型壁(12a,12b)上に単位時間当りに排出する上記鋳型壁処理剤の量(V)を検出することを特徴とする方法。

請求項8

請求項1から請求項7の一項による方法に於いて、上記鋳型壁(12a,12b)に塗布する鋳型壁処理剤の層の厚さを、上記鋳型壁処理剤を排出するための噴霧素子(26)の経路(B)の変動によって制御し、少なくとも一つのそのような素子を設け、および/またはこの噴霧素子(26)の速度(v)の変動によって制御し、少なくとも一つのそのような素子を設け、および/またはこの噴霧素子(26)が単位時間当りに排出する上記鋳型壁処理剤の量(V)の変動によって制御し、少なくとも一つのそのような素子を設けることを特徴とする方法。

請求項9

請求項1から請求項8の一項による方法に於いて、上記鋳型壁(12a,12b)へ熱を供給し、またはそれらから熱を除去するために、適当に調熱した流体を上記鋳型壁(12a,12b)に付与することを特徴とする方法。

請求項10

請求項9による方法に於いて、上記鋳型壁(12a,12b)に液体を塗布し、好ましくは噴霧し、且つ蒸発させて上記鋳型壁(12a,12b)を冷却することを特徴とする方法。

請求項11

請求項10による方法に於いて、脱塩水を使って上記鋳型壁(12a,12b)を冷却することを特徴とする方法。

請求項12

請求項10または請求項11による方法に於いて、上記鋳型壁(12a,12b)に上記冷却液を過剰に塗布することを特徴とする方法。

請求項13

請求項12による方法に於いて、上記鋳型壁(12a,12b)から流れ落ちる冷却液を集めて、多分浄化後に、再利用することを特徴とする方法。

請求項14

請求項10から請求項13の一項による方法に於いて、上記鋳型壁(12a,12b)を上記液体で冷却した後、それらを乾燥、好ましくは吹き付け乾燥することを特徴とする方法。

請求項15

請求項1から請求項14の一項による方法に於いて、上記鋳型壁(12a,12b)の少なくともある領域(12f)を伝熱装置(44)と伝熱接触させることを特徴とする方法。

請求項16

請求項15による方法に於いて、上記伝熱装置(44)が、調熱すべき上記鋳型壁(12a,12b)の上記領域(12f)の輪郭に合うように設計された、少なくとも一つの吸熱体および/または発熱体(44b)を含むことを特徴とする方法。

請求項17

請求項16による方法に於いて、上記吸熱体および/または放熱体(44b)を互いに隣り合っておよび/またはキャリヤ(44a)に弾性的に取付けることを特徴とする方法。

請求項18

請求項15から請求項17の一項による方法に於いて、上記伝熱装置(44)を、少なくともその伝熱面(44c)の領域で、少なくとも部分的に銅、銅合金アルミニウムアルミニウム合金等のような熱良導体で作ることを特徴とする方法。

請求項19

請求項15から請求項18の一項による方法に於いて、上記伝熱装置(44)を、熱を奪い去りまたは供給するための加熱・冷却ユニット(32)に接続することを特徴とする方法。

請求項20

請求項15から請求項19の一項による方法に於いて、上記伝熱装置(44)を、熱を奪い去りまたは供給するための加熱・冷却浴(46)に浸漬することを特徴とする方法。

請求項21

請求項15から請求項20の一項による方法に於いて、上記伝熱装置(44)を上記鋳型壁(12a,12b)と伝熱接触させるために、上記鋳型(12)を少なくとも部分的に閉じることを特徴とする方法。

請求項22

請求項1から請求項21の一項による方法に於いて、上記鋳型(12)を、熱を奪い去りまたは供給するための加熱・冷却ユニット(32)に接続することを特徴とする方法。

請求項23

請求項1から請求項22の一項による方法に於いて、上記鋳型壁(12a,12b)の温度(TF1、TF2)を検出することを特徴とする方法。

請求項24

請求項23による方法に於いて、上記鋳型壁(12a,12b)の温度分布を代表する少なくとも一つの位置に、温度センサ(48)を設けることを特徴とする方法。

請求項25

請求項23または請求項24による方法に於いて、上記鋳型壁(12a,12b)の温度分布を赤外線測定装置(50)によって測定することを特徴とする方法。

請求項26

請求項23または請求項24による方法に於いて、上記鋳型から取り出した鋳造品の表面の温度分布を赤外線測定装置(50)によって測定することを特徴とする方法。

請求項27

請求項23から請求項26の一項による方法に於いて、周囲温度(TU)を検出することを特徴とする方法。

請求項28

請求項23から請求項27の一項による方法に於いて、作業過程(A)を考慮に入れることを特徴とする方法。

請求項29

請求項23から請求項28の一項による方法に於いて、上記鋳型壁(12a,12b)への熱の供給、またはそれらからの熱の除去を、上記鋳型壁(12a,12b)に単位時間当りに付与する流体の量の変動によりおよび/または付与時間の変動により制御することを特徴とする方法。

請求項30

請求項23から請求項29の一項による方法に於いて、上記鋳型壁(12a,12b)への熱の供給、またはそれらからの熱の除去を、上記鋳型壁(12a,12b)と上記伝熱装置(44)の間の伝熱接触の持続時間の変動により、および/または上記伝熱装置(44)の初期温度の変動により制御することを特徴とする方法。

請求項31

請求項6から請求項30の一項による方法に於いて、遠心霧化および空気制御を伴う少なくとも一つの噴霧素子(26)を噴霧工具(22)に取付けることを特徴とする方法。

請求項32

請求項31による方法に於いて、調熱流体を排出するための少なくとも一つの素子(24)を上記噴霧工具(22)に取付けることを特徴とする方法。

請求項33

請求項31または請求項32による方法に於いて、吹き込み空気を排出するための少なくとも一つの素子(28)を上記噴霧工具(22)に取付けることを特徴とする方法。

請求項34

請求項31から請求項33の一項による方法に於いて、上記噴霧工具(22)を好ましくは6軸ロボット(30)のロボットアームによって、好ましくはプログラム制御の下で、動かすことを特徴とする方法。

請求項35

鋳造または鋳造品の成形用鋳型(12)の鋳型壁(12a,12b)を、鋳造サイクルが完了してこの鋳造品を鋳型(12)からの取り出した後に、次の鋳造サイクルに備えて準備するための、好ましくは請求項1から請求項34の一項を実施するための、装置(10)に於いて、調熱調節器(20a)および鋳型壁処理調節器(20b)を備える制御装置(20)を含み、この調熱調節器(20a)および鋳型壁処理調節器(20b)は、上記鋳型壁処理剤を上記鋳型壁(12a,12b)に塗布する前に、上記鋳型壁(12a,12b)を最初に所望の温度に調熱するように設計され、且つ互いに調整されていて、この調熱調節器(20a)が上記鋳型壁(12a,12b)への熱の供給、またはそれらからの熱の除去をこのプロセル条件および/または環境条件の関数として制御することを特徴とする装置。

請求項36

請求項35による装置に於いて、直ぐに使える鋳型壁処理剤の入った運搬容器(56,58)、およびこの運搬容器(56,58)から直ぐに使える鋳型壁処理剤を取り出し、それを予め希釈することなく上記鋳型壁(12a,12b)上へ供給する、取り出し装置(64)を含むことを特徴とする装置。

請求項37

請求項35または請求項36による装置に於いて、少なくとも二つの運搬容器(56,58)を含み、少なくともその一つ(56)は、上記処理剤を排出するための噴霧素子(26)に接続され、一方、他の少なくとも一つの容器(58)は、排出の準備を整えて保持されていることを特徴とする装置。

請求項38

請求項35から請求項37の一項による装置に於いて、遠心霧化および空気制御を伴う少なくとも一つの噴霧素子(26)を上記鋳型壁処理剤の排出のために備えることを特徴とする装置。

請求項39

請求項35から請求項38の一項による装置に於いて、排出した鋳型壁処理剤の量(V)を検出するための測定装置(60)を少なくとも一つの鋳型壁処理剤用噴霧素子(26)に割り当てることを特徴とする装置。

請求項40

請求項35から請求項39の一項による装置に於いて、熱供給または熱除去液体、好ましくは脱塩水、のような熱供給または熱除去流体を上記鋳型壁(12a,12b)に付与するための素子(24)を備えることを特徴とする装置。

請求項41

請求項40による装置に於いて、上記鋳型壁(12a,12b)から滴下する過剰な熱供給または熱除去液体のための収集装置(34)および熱供給または熱除去液体溜(40)への戻り管路(36a,38a)を備えることを特徴とする装置。

請求項42

請求項41による装置に於いて、フィルタユニット(36)および事によると収集した液体を浄化するための装置(38)を備えることを特徴とする装置。

請求項43

請求項35から請求項42の一項による装置に於いて、上記鋳型壁(12a,12b)の少なくともある領域(12f)と伝熱接触させ得る伝熱装置(44)を含むことを特徴とする装置。

請求項44

請求項43による装置に於いて、上記伝熱装置(44)が、調熱すべき上記鋳型壁(12a,12b)の上記領域(12f)の輪郭に合うように設計された、少なくとも一つの吸熱体および/または発熱体(44b)を含むことを特徴とする装置。

請求項45

請求項43または請求項44による装置に於いて、上記吸熱体および/または放熱体(44b)を互いに隣り合っておよび/または支持体(44a)に弾性的に取付けることを特徴とする装置。

請求項46

請求項43から請求項45の一項による装置に於いて、上記伝熱装置(44)を、少なくともその伝熱面(44c)の領域で、少なくとも部分的に銅、銅合金、アルミニウム、アルミニウム合金等のような熱良導体で作ることを特徴とする装置。

請求項47

請求項43から請求項46の一項による装置に於いて、熱を奪い去りまたは供給するために、上記伝熱装置(44)を加熱・冷却ユニット(32)に接続できることを特徴とする装置。

請求項48

請求項43から請求項47の一項による装置に於いて、上記伝熱装置(44)用に加熱・冷却浴(46)を設けることを特徴とする装置。

請求項49

請求項35から請求項48の一項による装置に於いて、吹き込み空気を向けるために、少なくとも一つのブロワ素子(28)を設けることを特徴とする装置。

請求項50

請求項35から請求項49の一項による装置に於いて、上記鋳型壁(12a,12b)の温度分布を代表する少なくとも1点に、温度センサ(48)を設けることを特徴とする装置。

請求項51

請求項35から請求項50の一項による装置に於いて、上記鋳型壁(12a,12b)および/または上記鋳型から取り出した鋳造品の温度分布を測定するために、赤外線測定装置(50)を設けることを特徴とする装置。

請求項52

請求項35から請求項51の一項による装置に於いて、周囲温度(TU)を検出するために、温度センサ(50)を設けることを特徴とする装置。

請求項53

請求項35から請求項52の一項による装置に於いて、作業手順プロトコルを記録するために、記録ユニット(54)を設けることを特徴とする装置。

請求項54

請求項38から請求項53の一項による装置に於いて、遠心霧化および空気制御を伴う少なくとも一つの噴霧素子(26)を噴霧工具(22)に取付けることを特徴とする装置。

請求項55

請求項54による装置に於いて、調熱流体を排出するための少なくとも一つの素子(24)を上記噴霧工具(22)に取付けることを特徴とする装置。

請求項56

請求項54または請求項55による装置に於いて、吹き込み空気を排出するための少なくとも一つの素子(28)を上記噴霧工具(22)に取付けることを特徴とする装置。

請求項57

請求項54から請求項56の一項による装置に於いて、上記噴霧工具(22)を好ましくは6軸ロボット(30)のロボットアームに取付けることを特徴とする装置。

請求項58

鋳造または成形用鋳型(12)の壁(12a,12b)に鋳型壁処理剤を噴霧するための、事によると、請求項1から請求項34の一項による方法を実施するためのような、請求項35から請求項57の一項による装置(10)で使うための、噴霧素子(26;26’;26”)に於いて、この噴霧素子(26;26’;26”)が噴霧素子本体(116;116’;116”)に回転軸(R)周りに回転自由に取付けられたロータ(110)を含み、そのロータの縦方向の一端に霧化素子(114;114’;114”)が取付けられ;−そこでこの噴霧素子(26;26’;26”)が鋳型壁処理剤用供給管路(124)および制御空気用供給管路(128)を含み、その供給管路(124)から上記鋳型壁処理剤が上記霧化素子(114;114’;114”)に達し、上記制御空気は、上記霧化素子(114;114’;114”)によって霧化された鋳型壁処理剤を噴霧すべき上記鋳型壁(12a,12b)の方へ向ける役目をし;並びに−そこでこの制御空気用供給管路(128)の出口(130b)が上記霧化素子(114;114’;114”)の外周近くに位置することを特徴とする素子。

請求項59

請求項58による噴霧素子に於いて、上記制御空気供給管路(128)の出口が、上記霧化素子の周りに円形に配置された複数の開口を含むことを特徴とする素子。

請求項60

請求項58による噴霧素子に於いて、上記制御空気供給管路(128)の出口(130b)が、上記霧化素子(114)の周りに円を形成するスロット(130b)を含むことを特徴とする素子。

請求項61

請求項60による噴霧素子に於いて、上記制御空気供給管路(128)が上記出口スロット(130b)の上流リング形チャンネル(130)を含むことを特徴とする素子。

請求項62

請求項58から請求項61の一項による噴霧素子に於いて、上記制御空気供給管路(128)は、少なくとも部分的に上記噴霧素子本体(116)のヘッド部(116d)によって形成され、それを上記噴霧素子本体(116)のベース部(116a,116c)に対して、例えば、好ましくはプログラム制御サーボ駆動によって、動かし得ることを特徴とする素子。

請求項63

請求項61および請求項62による噴霧素子に於いて、上記リング形チャンネル(130)は、半径方向に外方側を上記ヘッド部(116d)が制限し、半径方向に内方側を上記ベース部(116a,116c)またはそれに結合された素子が制限することを特徴とする素子。

請求項64

請求項58から請求項63の一項による噴霧素子に於いて、その出口(130b)の領域で、上記制御空気供給管路(128,130)が上記制御空気の出口方向に先細りになるように設計されていることを特徴とする素子。

請求項65

請求項58から請求項64の一項による噴霧素子に於いて、上記ロータ(110)をその回転軸(R)の周りに回転させるために駆動ユニット(120)を備えることを特徴とする素子。

請求項66

請求項65による噴霧素子に於いて、上記駆動ユニット(120)が圧搾空気駆動タービン(120a)を含むことを特徴とする素子。

請求項67

請求項65による噴霧素子に於いて、上記駆動ユニット(120)が電気モータ(120b)を含むことを特徴とする素子。

請求項68

請求項65から請求項67の一項による噴霧素子に於いて、上記駆動ユニット(120)が、上記噴霧素子本体(116)のベース部(116a)から分離し、好ましくはそれに取外し可能に締結されたハウジング(116e)に取付けられていることを特徴とする素子。

請求項69

請求項58から請求項68の一項による噴霧素子に於いて、上記霧化素子(114)が上記ロータ(110)と単一ユニットを形成するように設計されていることを特徴とする素子。

請求項70

請求項58から請求項68の一項による噴霧素子に於いて、上記霧化素子(114)が上記ロータ(110)に、例えば、急速脱着ファスナによって、取外し可能に結合されていることを特徴とする素子。

請求項71

請求項58から請求項70の一項による噴霧素子に於いて、上記霧化素子(114”)が上記鋳型壁表面に向いた霧化面(114i1”)を有することを特徴とする素子。

請求項72

請求項71による噴霧素子に於いて、上記霧化面(114i1”)が円錐形であること、およびこの円錐半開先角(α)が約30°と約60°の間、好ましくは約45°であることを特徴とする素子。

請求項73

請求項71または請求項72による噴霧素子に於いて、上記霧化素子(114”)は、上記鋳型壁表面の方に開く霧化漏斗(114i1”)を有し、その内面が霧化面(114i1”)として作用することを特徴とする素子。

請求項74

請求項71から請求項73の一項による噴霧素子に於いて、上記霧化面(114i1”)の上流に分配室(114f”)を設けることを特徴とする素子。

請求項75

請求項74による噴霧素子に於いて、鋳型壁処理剤を導入するために、上記分配室(114f”)が、回転軸(R)に隣接して、回転軸(R)を囲む開口(114g”)を有することを特徴とする素子。

請求項76

請求項75による噴霧素子に於いて、分配室境界面(114e1”)が半径方向に外方に伸び噴霧方向(H)に上記開口(114g”)の外円周縁と隣接することを特徴とする素子。

請求項77

請求項76による噴霧素子に於いて、上記分配室境界面(114e1”)が円錐形であること、およびこの円錐の半開先角(β)が約20°と約60°の間、好ましくは約45°であることを特徴とする素子。

請求項78

請求項74から請求項77の一項による噴霧素子に於いて、上記霧化面(114i1”)に通ずる分配通路(114h”)を上記分配室(114f”)にその上記回転軸(R)から離れる円周領域(114f1”)で結合することを特徴とする素子。

請求項79

請求項78による噴霧素子に於いて、上記分配室(114f”)と上記鋳型壁の間の境界を形成する素子(114b”)の外円周縁が上記分配通路(114h”)の半径方向の外端を超えて半径方向に突出し、上記霧化面(114i1”)からある距離離れているとを特徴とする素子。

請求項80

請求項74から請求項79の一項による噴霧素子に於いて、回転軸(R)と本質的に同軸の上記分配室(114f”)の円筒形境界面(114a1”)からの上記回転軸(R)と本質的に直角の境界面(114b1”)への移行部(114c”)に丸みが付いていることを特徴とする素子。

請求項81

請求項58から請求項70の一項による噴霧素子に於いて、上記霧化素子が霧化円盤(114)であることを特徴とする素子。

請求項82

請求項58から請求項81の一項による噴霧素子に於いて、上記鋳型壁処理剤用供給管路(124)から出る上記鋳型壁処理剤が回転軸の近くで上記霧化素子(114)に当ることを特徴とする素子。

請求項83

請求項58から請求項82の一項による噴霧素子に於いて、複数の鋳型壁処理剤用供給管路(124)を設けることを特徴とする素子。

請求項84

請求項58から請求項83の一項による噴霧素子に於いて、上記噴霧素子(26)の主排出方向(H)を上記ロータ(110)の回転軸(R)の延長から離して偏向するための装置を設けることを特徴とする素子。

請求項85

請求項59および請求項84による噴霧素子に於いて、上記偏向装置が上記開口の数および/または直径を変えるための装置を含むことを特徴とする素子。

請求項86

請求項60および請求項84による噴霧素子に於いて、上記偏向装置が上記出口スロット(130b’)の幅を変えるための装置(138)を含むことを特徴とする素子。

請求項87

請求項84による噴霧素子に於いて、複数の制御空気供給管路(128)を設け、それらの空気処理量を互いに独立に調整できることを特徴とする素子。

請求項88

請求項84による噴霧素子に於いて、上記偏向装置が少なくとも一つの偏向空気供給管路(136)を含むことを特徴とする素子。

請求項89

請求項58から請求項88の一項による噴霧素子に於いて、鋳型壁(12a,12b)に塗布する鋳型壁処理剤の層の厚さを、好ましくはプログラム制御方法で、制御できることを特徴とする素子。

請求項90

請求項89による噴霧素子に於いて、上記鋳型壁(12a,12b)に塗布する鋳型壁処理剤の層の厚さを、上記噴霧素子(26)の経路(B)の変動により、および/または上記噴霧素子(26)の速度(v)の変動により、および/または上記噴霧素子(26)が単位時間当りに排出する上記鋳型壁処理剤の量(V)の変動により制御することを特徴とする素子。

請求項91

鋳造または成形用鋳型(12)の壁(12a,12b)に鋳型壁処理剤を噴霧するための、もし望むなら、請求項35から請求項57の一項による装置(10)の一部として、および併せて、もし望むなら、請求項1から請求項34の一項による方法を実施する範囲内で、請求項58から請求項90の一項による噴霧素子(26)を使用すること。

技術分野

0001

本発明は、鋳造または鋳造品成形用鋳型鋳型壁を、鋳造サイクルが完了してこの鋳造品を鋳型からの取り出した後に、次の鋳造サイクルに備えて準備するための方法であって:
(a)これらの鋳型壁を所望の温度にする工程;および(b)この鋳型の壁に鋳型壁処理剤を塗布する工程を含む方法に関する。

背景技術

0002

この種の方法は、現状技術では知られ、例えば、鋳型鋳造、チキソ鋳造、チキソ成形バキュラル鋳型鋳造、スキーキャスティング等のような名前専門家集団に知られているような鋳造方法で鋳造品を生産する際に使われている。この技術の現状は、例として、金属のダイカスト用鋳型の鋳型壁の準備を基礎として以下に説明するが、鍛造のような他の成形法でも類似の問題が起こることを強調すべきである。

0003

鋳造品を作るためには、軽金属または重金属合金から成る液体または半液体金属を、通常加圧して、分割し、閉じた鋼の鋳型に導入して、固化させる。同時に、この鋳型は、固化する材料からそれへの熱伝達の結果として加熱する。生産状態では、即ち、可能な最短時間でできるだけ多くの鋳造品を生産する間は、鋳型の温度が上がり続けるだろう。しかし、品質の良い鋳造品を作るためには、鋳型が、各生産サイクルの初めに同じ初期温度であるべきである。従って、生産状態では、通常鋳型から絶えず熱を取り出して、金属が鋳型に伝える熱の量と鋳型が輻射として周囲に放出し、またはそれから補足冷却によって取り除く熱の量の間で熱平衡に達し、ほぼ均一な鋳型温度を維持する結果となるようにしなければならない。

0004

勿論、補足冷却の代わりに、鋳型に補足加熱を施すことも必要かも知れない。これは、例えば、非常に重い鋳型に少量の金属しか入れない場合、即ち、非常に薄い部材の鋳造品を作る場合だろう。この場合、従って、この鋳型が、鋳型温度をこの鋳造法好都合な鋳型温度を維持するために望ましいより多くの熱を周囲に放出することが起こり得る。従って、本発明に関しては、鋳型を加熱しなければならない可能性とそれを冷却しなければならない可能性の両方を含めるために、鋳型を“調熱する”と非常に一般的な表現で言う。

0005

鋳型を調熱する必要に加えて、最後の鋳造品を取り出した後で、新しい液体金属を鋳型に導入する前に、鋳型壁の表面を潤滑および離型剤で処理することも必要である。この鋳型壁処理剤は、導入した金属が鋳型材料に焼き付きまたは付着するのを防ぎ、完成した部品を鋳型から取り出せることを保証し、およびエゼクタまたはプッシャのような鋳型の可動部品を潤滑するという主な仕事を有する。ある方法では、充填工程中に、鋳型壁処理剤が導入した金属と鋳型の間の熱移動を減らすという付加的仕事を有する。鋳型壁に付けた鋳型壁処理剤の層は、この層が最も薄い点で破損することがあり、次にこれが導入した金属の鋳型材料への焼き付きの結果となるので、可能な最均一厚さであるべきである。更に、これらの層が薄過ぎると、導入した金属から鋳型へ移動する熱が多過ぎることがあり、導入した金属が導入直後に冷めるのが速過ぎ、それで鋳型の十分な充填を妨げる結果となる。しかし、厚過ぎる層も鋳型を占める体積が多過ぎて鋳造品の品質を損なう。

0006

従来の方法によれば、例えば、西独国特許4,420,679A1および西独国特許195−11,272A1に記載されているように、鋳造品を鋳型から取り出す度に、鋳型壁を鋳型壁処理剤と水の混合物噴霧する。処理剤と水の混合物を使用する利点は、鋳型壁表面を噴霧した水で冷やすと同時に、鋳型壁処理剤をこれらの壁に付けられることで、時間の節約ができる。しかし、この方法で扱わねばならない問題の一つは、ライデンフロスト効果である。即ち、噴霧の液滴が鋳型壁の熱い表面に当ると、これらの液滴と表面の間に蒸気障壁ができる。この障壁は、液滴が表面を完全に濡らすのを妨げる。従って、噴霧した処理剤と水の混合物のあるものは、鋳型壁の表面から流れ去り、鋳型壁を冷却、潤滑または湿潤および必要な離型特性を与えるこどができない。

0007

この問題があるにも拘わらず、鋳型壁表面を冷却し、それを鋳型壁処理剤で十分に塗被できるためには、過剰な処理剤・水混合物を付けることが必要である。しかし、すると、かなりの量の処理剤・水混合物が使われずに鋳型壁の表面を流れ去り、これを集めて処分しなければならないというトレードオフ容認しなければならない。これは、環境適合性の点で、問題が有る。この点を一つの例に基づいて以下に詳細に説明する。

0008

鋳物工場鋳造アルミニウム1,000kg当り、約5kgの鋳型壁処理剤濃縮物を使用し、この濃縮物を噴霧前に水で1:100の比に薄め、即ち、合計で約500lの処理剤・水混合物を噴霧するとし、更にこの量の約80%が過剰として使われずに鋳型壁から流れ去るとすると、これは、鋳造アルミニウム1t当り約400lの廃液を処分しなければならないことを意味する。これは、内輪見積もりである。それほど好意的でないが同等に現実的な見積もりは、アルミニウム1t当り約900lの量を処分する結果となる。年当り約5,000tのアルミニウムの能力の中程度の鋳造工場では、従って2,000〜4,500m3の廃液を処分することが必要である。

発明が解決しようとする課題

0009

この背景に対して、本発明の課題は、上に説明した一般的型式の方法の環境適合性を改善することである。

課題を解決するための手段

0010

この課題は、本発明によれば、問題の一般的型式の方法で、工程(a)および工程(b)を表示した順序に、互いに独立に行うことで解決する。それで、工程(a)では、鋳型壁への熱の供給、またはそれらからの熱の除去を、このプロセス条件および/または環境条件関数として、好ましくはプログラムの制御の下で、制御し;一方、工程(b)では、この鋳型壁処理剤を制御した方法、好ましくはプログラム制御した方法で塗布する。従って、本発明によれば、鋳型壁、特にそれらの表面を最初に所望の温度にしてから、それらをこの調熱と独立の方法で塗被する。即ち、特に、鋳型の調熱と鋳型壁処理剤の塗布の間に時間の重複がない。本発明による方法の利点を、やはり単に例として、鋳型壁の調熱が通常冷却の形を採る、先に議論した鋳造法を使うことを基礎に、以下に説明する。

発明の効果

0011

調熱と塗被の間の時間を分離した結果、二つの構成工程の各々を、それ単独に最も都合のよい可能な条件で進めさせることが可能であり、それが本発明による方法の環境適合性に有利な影響を有する。

0012

第1に、プロセス条件および/または環境条件を考慮して、鋳型壁表面を制御した方法で冷却する。この制御した冷却は、ライデンフロスト効果に対抗するために、冷却剤、好ましくは純水を、少なくとも或る時間、鋳型壁に過剰に付与する可能性を排斥しない。過剰な水で冷却する結果として、大量の熱を鋳型から比較的短時間に取り除くことができ、それが次の充填工程に望ましい鋳型温度に急速に到達できるようにする。しかし、調熱工程の最終段階中に、冷却工程の制御がこの温度を所望の値に調整可能にする。しかし、過剰量による冷却は、環境の点で完全に安全である。何故なら、水を本発明による冷却剤として使え、且つ鋳型から流れ出る過剰な水から濾過遠心分離、沈降、沈殿等によって金属または鋳型壁処理剤の残渣を取り除き、次に再利用するか、または地方条例を遵守して、市営下水システムに容易に放流できるからである。

0013

次に、鋳型壁処理剤を制御した方法で塗布する。鋳型壁を最初に冷却してあるので、ライデンフロスト効果が鋳型壁表面の濡れを妨げる程度は、あったとしても、少なくとも現状技術によるよりはかなり小さい。従って、十分な塗被を行うために、過剰量の鋳型壁処理剤を塗布する必要はない。せいぜい、事によると非常にわずかな過剰量を鋳型壁表面に塗布するだけでよく、それは処分問題が全くないか、または対応して少ない処分問題しか残っていないことを意味する。鋳型壁処理剤の制御した塗布は、過剰を最少にしまたは無くするだけでなく、鋳型壁の微細構成に関係なく鋳型壁表面に鋳型壁処理剤の均一な厚さの層を付けることも可能にする。

0014

本発明による方法の環境適合性が良いために、あらゆる鋳造法に関連する処分コストが、この方法を使えば、対応して下がり、それで、調熱と鋳型壁の塗被の間の時間を分離したにも拘わらず、本発明による方法の経済性は、現状技術による方法のそれより確かに悪くなく、事によると全体として良い。その上、制御した調熱および鋳型壁処理剤の制御した塗布によって、準備サイクルに要する時間を最少にすることが可能であることに注意すべきである。

発明を実施するための最良の形態

0015

本発明による方法の環境適合性に於けるもう一つの改善は、例えば、運搬容器から希釈することなく取り出して、鋳型壁に塗布する、直ぐに使える鋳型壁処理剤を使うことによって達成できる。製造業者が供給する鋳型壁処理剤を希釈する工程の除去によって、鋳型壁処理剤濃縮物を直ぐに使える濃度に希釈する必要の結果としてこれまで現状技術を苦しめた種々の問題を回避できる。即ち、水で希釈した混合物は、細菌または菌類により冒され易く、それがこの鋳型壁処理剤の潤滑および離型特性を損なうことがある。従って、殺細菌剤を供給された鋳型壁処理剤濃縮物に加えねばならず、これらの薬剤は、それらに関する限り鋳型壁処理剤の潤滑および離型特性に悪影響する。その上、殺細菌剤は、流れ出た過剰混合物を環境に安全な方法で処分することを更に困難にする。

0016

提案したように、鋳型壁処理剤を運搬容器から直接取り出し、鋳型壁に塗布する、即ち、閉システムで管理するので、然も鋳型壁処理剤を直ぐ使えるので、本発明によれば、上に議論した希釈工程が無くなり、本発明による方法で細菌または菌類により冒される危険性は最小になる。この危険性は、運搬容器を注意深く密封して保つことにより、適当な設計の取り出し装置を使うことにより、および類似の対策により更に減少できる。それで、殺細菌剤の使用を完全に無くすることが可能である。その上、鋳型壁処理剤の準備および希釈システムの操作、保守、および監視のための人件費も無くなる。

0017

対応する論理防食剤の使用に当てはまり、その防食剤は、鋳型を保護するために水で薄めた混合物に加えるが、鋳型壁表面上の鋳型壁処理剤の膜の形成を妨げる。しかし、本発明による処理剤は水で薄めないので、そのような防食剤の添加を減らし、または完全に無くすることさえできる。

0018

鋳型噴霧システムが少なくとも二つの運搬容器を含み、少なくともその一つがそれに処理剤を供給するための噴霧素子に結合され、一方、他の少なくとも一つの容器が同じ目的の準備を整えて保持されている装置を使えば、一つの運搬容器が完全に空になってから、自動的にまたは手動で他の運搬容器に切り換え、それから処理剤を取り出し続けられるという利点が得られる。それで、生産作業中断する必要が無く;それどころか、空の容器を鋳型壁処理剤で満たした新しい運搬容器と、作業が中断せずに交換することができる。

0019

鋳型壁処理剤が、少なくとも98重量%の潤滑および離型物質(例えば、この鋳型壁処理剤は、潤滑および離型物質として少なくとも1種類のシリコンオイルまたは類似の合成オイルおよび/または少なくとも1種類のポリエチレンまたはポリプロピレン蝋のようなポリオレフィン蝋を含むことができる)並びに2重量%以下の補助材料、例えば、防食剤、殺細菌剤、乳化剤、水のような溶剤等を含めば、もう一つの問題を回避することが可能である。それらを直ちに使わなければ、水で希釈した鋳型壁処理剤は、乳化剤を添加したにも拘わらず分離しがちである。この分離は、例えば、この混合物を攪拌することによって避けられる。しかし、練り混ぜ機または遠心ポンプによるような攪拌は、鋳型壁処理剤の潤滑および離型物質に繰り返し剪断応力掛け、それらの潤滑および離型特性を損ねる。しかし、溶剤が無いために、分離を恐れる必要はなく、従って鋳型壁処理剤の攪拌を無くすることが可能である。これは、鋳型壁処理剤の潤滑および離型特性に有利な影響を有し、同時に、練り混ぜ機の必要を無くすることによって、このシステムの取得および保守コストを低下する。最後に、それは、潤滑および離型物質の効果的利用を可能にする。

0020

更に、水成分が少ないために、熱い鋳型壁表面への鋳型壁処理剤の塗布がライデンフロスト効果による妨害を殆どまたは全く受けない。従って、例えば、20℃の温度で大体50〜2,500mPa・s(ブルックフィールド粘度計で20rpmで測定して)の範囲の粘度を有する鋳型壁処理剤を、上に現状技術に従って説明した鋳型壁処理システムで可能であるより遙かに熱い鋳型壁表面と接触させることができる。それで、この鋳型壁表面は、それほど冷ます必要が無く;これが、第1に、時間節約の利点および、第2に、鋳型への熱応力の減少の利点をもたらす。この直ぐに使える鋳型壁処理剤が鋳型壁を濡らし、約350〜400℃の鋳型壁温度ででもその上に潤滑および有効な離型層を作ることができるので、この鋳型壁を次の鋳造サイクルに都合のよい温度で処理できる。これらの都合のよい温度は、通常150〜350℃の範囲内にあるが、それらは高くても良い。高温濡れ特性を有する鋳型壁処理剤は、例えば、米国特許5,346,486に記載されている。

0021

鋳型壁処理剤の水成分が少ないことは、鋳型壁表面に付けた層も、もしあったとしても、少しの水含有物しか含まないという利点ももたらす。そのような水含有物が存在すると、液体金属をこの鋳型に注ぐとこれらの水含有物からできる水蒸気が鋳型から逃れられず、鋳造品に孔を作ることにになり、それがその品質をかなり損なう危険がある。この危険は、本発明による水のない鋳型壁処理剤を使えば、完全に無くならないまでもかなり減り、あったとしても非常にわずかな孔しかない鋳造品が得られる結果となる。

0022

鋳型壁処理剤の塗布中に鋳型壁表面で一般的な、上に引用した温度範囲に関して、この鋳型壁処理剤の引火点が少なくとも280℃であることを提案する。

0023

鋳型壁処理剤を微細霧化することを保証するために、例えば、鋳型壁処理剤を、上に示したようなその成分および高粘度のために、遠心霧化および空気制御を伴う、少なくとも一つの噴霧素子によって鋳型壁に塗布することを提案する。この様な噴霧素子の設計および機能は、以下で更に詳細に議論する。

0024

しかし、本発明による方法は、特に水で希釈した鋳型壁処理剤を使うとき、従来の噴霧素子ででも実施できることを強調すべきである。例えば、西独国特許4,420,679A1および西独国特許195−11,272A1から知られる噴霧素子を使うことができる。

0025

鋳型壁処理剤の制御した塗布の一部として、鋳型壁上に単位時間当りに排出する鋳型壁処理剤の量を、例えば、体積流量および/または質量流量を測定するセンサによって検出することができる。鋳型壁に塗布する鋳型壁処理剤の層の厚さは、少なくとも一つある噴霧素子の経路の変動により、および/または噴霧素子の速度の変動により、および/または噴霧素子が単位時間当りに排出する鋳型壁処理剤の量の変動によって制御することができる。

0026

上に既に述べたように、潤滑または離型特性を欠く物質が殆ど無い鋳型壁処理剤を使うとき、および非常に少量のガス性成分しか放出しない、プログラム制御した塗布に関連して鋳型壁処理剤を微細に霧化するとき、鋳型壁処理剤の薄く、均一な層を鋳型壁の熱い表面上に作ることができる。これは、特に目的が低多孔性のまたは溶接可能な鋳造品を作ることであるときに重要である。

0027

熱は、種々の方法で鋳型壁に供給し、およびそれから除去することができる。設計上の第1変形によれば、例えば、鋳型壁に適当に調熱した流体を付与することが可能である。原則的に、この調熱した流体は、適当に調熱したガスであることができる。しかし、液体の伝熱特性が良いために、調熱した、水のような液体を使うことが好ましい。

0028

例えば、鋳型壁に液体を塗布し、好ましくは噴霧し、且つ蒸発させることによってそれらを冷却することができる。有益な労作によれば、このために脱塩水を使用し、その結果、潤滑および離型特性の点で高度に効果的な鋳型壁処理剤層が得られる。即ち、もし、現状技術による方法で普通であるように、水道水を使えば、この水道水の中にあるCaOおよびMgOが、鋳型壁の表面から蒸発すると、水垢のような被膜を作り、それがその後塗布する鋳型壁処理剤の潤滑および離型作用を損なう。最悪の場合、この損傷は、金属を注入するとき、鋳型壁処理剤膜の破損に、従ってこの金属の鋳型への焼き付きにつながることがある。これは、脱塩水の使用によって防ぐことができる。原則的に、調熱効果を増す添加剤を使うことが可能であるが、上に述べたことに従って、これらの添加剤が鋳型壁処理剤の潤滑および離型特性を妨げないことを保証するように注意を払うべきである。水、特に脱塩水の腐食効果は、防食剤の添加によって改善できる。脱塩の程度および添加する防食剤の量は、全ての経済的側面を考慮して選択することができる。

0029

本発明による方法では、が環境上の心配を何も生じないので、現状技術に於けると同様に、冷却液を過剰に鋳型壁に塗布することができる。その上、鋳型から流れ落ちる冷却液を集めて、多分、濾過、遠心分離、沈降、沈殿等のような浄化処理後に、再利用できる。

0030

もし必要なら、鋳型壁を液体で冷却してから、それを乾燥することができ;それは吹き付け乾燥であるのが好ましい。

0031

鋳型壁の表面で所望の温度に到達するための、本発明の第2変形によれば、鋳型壁の表面の少なくともある領域を伝熱装置と接触させることができる。この接触調熱は、上に議論した流体調熱に加えても使用できると理解する。例えば、接触調熱を、鋳型壁表面の特に熱い領域を冷却するために使うことができる。

0032

鋳型壁表面と伝熱装置の間で可能な最高伝熱を行うために、この伝熱装置(44)が、調熱すべき鋳型壁の領域の輪郭に合うように設計された、少なくとも一つの吸熱体および/または発熱体を含むことを提案する。この吸熱体および/または放熱体キャリヤにおよび/または互いに弾性的に取付けることができ、これがこの吸熱体および/または発熱体の熱膨張または熱収縮均等化を容易にする。

0033

この代替形の更なる労作では、この伝熱装置を、少なくともその伝熱面の領域で、少なくとも部分的に銅、銅合金、アルミニウム、アルミニウム合金等のような熱良導体で作ることを提案する。

0034

この伝熱装置が鋳型壁表面と接触している間に、それに熱を供給し、またはそれらから熱を除去できるために、この熱を除去しまたは供給するための伝熱装置を加熱・冷却機に接続することを提案する。しかし、その上または代替形として、この伝熱装置を伝熱接触に備えて、熱を奪い去りまたは供給するための加熱・冷却浴に浸漬することも可能である。

0035

伝熱装置と鋳型壁の間のこの伝熱接触をさせるために、鋳型を少なくとも部分的に閉じることができる。この伝熱装置は、本質的に自明の工業用ロボット、好ましくは6軸ロボットによって、鋳型の中へ動かし、鋳型と接触させ、次に再びそれから引き戻すことができる。

0036

鋳型に熱を供給し、またはそれらから熱を除去するための、もう一つの設計的変形は、鋳型を加熱・冷却機に直接接続し、これにより伝熱流体をこの鋳型のチャンネルシステムに流すことである。

0037

鋳型壁の温度は、鋳型壁表面の制御した調熱のためにあり得る入力変量として検出できる。これができる一つの方法は、鋳型壁の温度分布を代表する、および/または温度の点で特に重要な、少なくとも一つの位置に温度センサを設置することである。その上、またはその代わりに、時間分解し、ほぼ瞬間的でもある、鋳型壁表面のディジタル空間分解した熱画像を供給する赤外線測定装置によって鋳型壁表面の温度を測定することもできる。もし、この赤外線測定装置による鋳型壁表面の温度分布の直接測定が不可能ならば、この分布を鋳型から出したばかりの鋳造品の熱画像の解析によって間接的に推論することができる。鋳造品の温度が重要な位置を温度センサと接触させることもできる。

0038

上に説明した、完成したばかりの鋳造品の測定による、鋳型壁表面の温度分布の間接測定は、赤外線測定装置または温度センサを鋳型に隣接した場所に永久に取付けることができるという利点を有し、それは、この測定装置またはセンサを動かすために、特にこの測定装置を鋳型の中へ導入するために、ロボットアームの必要がもうないことを意味する。

0039

特に、上に議論した赤外線測定装置を使うときは、鋳型壁表面の所定の位置での温度を、鋳型を開いて鋳造品を取り出した後、所定の時間の長さで検出できる。そこで、連続する鋳造および鋳型壁処理サイクルでこの様にして得た、時間および場所に特有な温度を互いに比較できる。この様にして、鋳造および鋳型壁処理サイクル作業全体の安定性に関する結論を引き出し、必要に応じて調整策を間に入れることが可能になる。例えば、時間および空間の所定の点での温度がサイクル毎に増していることが分かれば、鋳型壁表面の冷却強度をそれに応じて増すことができる。もし、温度が所定値を超えれば、調熱装置欠陥があると結論することが可能であり、それで全鋳造プロセスを止めて欠陥品の生産を防ぎ、鋳型への損傷を避けることができる。同様な種類の決定を、排出する鋳型壁処理剤が少な過ぎることを上に議論した体積流量および/または質量流量センサが検出したときに行うこともできる。

0040

その上、鋳型の場所で一般的な外部温度も鋳型からの熱放射強度に影響するので、上に説明した熱平衡計画環境温度を考慮に入れることもできる。しかし、この周囲温度は、例えば、季節によって、および日光に曝された結果としても変る。

0041

その上、このシステムが遊休している間に鋳型が冷え切離り、その場合に鋳型壁表面の温度が所望値以下に下がる危険があるので、作業または生産手順考慮すべきである。同じことが、稼働日の初めにこの鋳型壁処理システムの運転を開始するときも真である。

0042

流体調熱を使用するとき、鋳型壁への熱の供給またはそれからの熱の除去は、鋳型壁に単位時間当りに供給する流体の量の調整によりおよび/またはこの付与持続時間の調整により制御できる。接触調熱を使用するとき、鋳型壁への熱の供給またはそれからの熱の除去は、鋳型壁と伝熱装置の間の伝熱接触の持続時間の調整によりおよび/またはこの伝熱装置の初期温度の調整により制御できる。

0043

上に簡単に述べ、以下に更に詳細に説明する、遠心霧化および空気制御を伴う噴霧素子−少なくともその一つを備える−を噴霧工具に取付けることができ、その工具がそれを鋳型の中へ導入する。更に、鋳型壁表面を流体で調熱するときは、この調熱流体分配するための、少なくとも一つの排出素子もこの噴霧工具に取付けることができる。その上、吹き込み空気を分配するための、少なくとも一つの排出素子もこの噴霧工具に取付けることができ;この空気を、例えば、鋳型から処理剤の残渣を取り除くため、または鋳型を吹き付け乾燥するために使うことができる。最後に、この噴霧工具を好ましくは6軸ロボット、好ましくはプログラム制御ロボットアームによって動かすことができる。これは、この噴霧工具が高度に移動性で、その経路に沿う適当な点から鋳型壁上のあらゆる点へ、適当な方向に噴霧でき、切込みやくぼみのような複雑な輪郭の鋳型領域でも所望の均一さで塗被できるという利点を有する。

0044

もう一つの観点から、本発明は、鋳造または鋳造品の成形用鋳型の鋳型壁を、鋳造サイクルが完了してこの鋳造品を鋳型からの取り出した後に、次の鋳造サイクルに備えて準備するための装置に関する。この鋳型壁処理装置の設計および機能並びにそれを使うことによって得られる利点に関しては、上に議論した本発明による方法の議論を参照する。

0045

更にもう一つの観点によれば、本発明は、鋳造または成形用鋳型の壁に鋳型壁処理剤を噴霧するための噴霧素子に関し、この噴霧素子は、噴霧素子本体に回転軸周りに回転自由に取付けられたロータを含み、そのロータの縦方向の一端に霧化素子が取付けられ、この噴霧素子が鋳型壁処理剤用供給管路および制御空気用供給管路も含み、その供給管路から鋳型壁処理剤が上記霧化素子へ達することができ、上記制御空気は、上記霧化素子によって霧化された鋳型壁処理剤を噴霧すべき鋳型壁の方へ向ける役目をし、並びにそこでこの制御空気用供給管路の出口が上記霧化素子の外周近くに設けられている。即ち、本発明は、既に上に数回述べたように、遠心霧化および空気制御を伴う噴霧素子にも関する。

0046

遠心霧化および空気制御を伴う噴霧素子は、塗装技術から知られている。単なる例として、西独国特許4,105,116A1、西独国特許2,804,633C2、およびヨーロッパ特許0,037,645B1を参照できる。この噴霧技術では、塗装工程中、噴霧素子に高圧を掛け、一方、塗装すべき本体は、例えば、接地する。この回転霧化素子に供給される塗料は、遠心力の作用によって霧化され、微細な塗料液滴が同時に静電的に帯電する。塗料液滴は、ロータの軸に直角な霧化素子によって振り飛ばされるが、それらが帯電しているという事実は、それらが噴霧素子と塗装すべき本体の間の電場力線を辿って塗装すべき表面に達することを意味する。上に説明した、遠心霧化および静電制御を伴う噴霧素子は、この装置および静電制御を使うために必要な安全システムのコストが、この鋳造または成形方法を全体として経済に合わなくする程高いので、鋳造または成形用の鋳型の壁の噴霧用には考えられない。その上、ファラデー効果が鋳型壁表面の凹面領域、特に、エンジンブロッククランクシャフト等のような鋳造品用の鋳型にしばしば見られるもののような、孔、リブ、隙間等の噴霧を妨害する。

0047

この噴霧素子は、鋳型壁表面を正確に測定し、細かく分布し、且つ均一な状態に噴霧するために上に考慮したもののような、本質的に溶剤のない鋳型壁処理剤を塗布することを意図することも思い出さねばならない。既に述べたように、この種の本質的に溶剤のない鋳型壁処理剤、即ち、少なくとも98重量%の潤滑および離型特性のある物質、並びに2重量%以下の殺細菌剤、乳化剤、水のような溶剤等のような補助材料を含む鋳型壁処理剤は、通常20℃で大体50〜2,500mPa・s(ブルックフィールド粘度計、20rpm)の範囲の粘度を有し、現状技術に従って使用するより遙かに少量で鋳型壁表面に塗布する。鋳型壁処理剤の生産業者が納める濃縮物は、潤滑および離型特性のある物質を約5〜40重量%しか含まず、使用前に更に1:40〜1:200の比で薄めさえすることを覚えておかねばならない。従って、本発明による噴霧素子では、単位時間当りに噴霧する体積は、従来の噴霧素子のそれより約1,000倍小さい。

0048

しかし、本発明の課題は、鋳造または成形用鋳型の壁を二つの連続する鋳造サイクルの間に塗被するための噴霧素子、即ち、本質的に溶剤のない、粘性の鋳型壁処理剤でも次の鋳造サイクルに適した層厚で鋳型壁表面に塗布できる噴霧素子を提供することであり、これを鋳造法の利益を同時に保存しながら達成する。

0049

鋳型壁処理剤の処理量が少ないにも拘わらず、本発明による噴霧素子が使う遠心霧化は、この処理剤を時間が経っても必要な均一さで正確に測ったように霧化できる。次に、この霧化した鋳型壁処理剤を制御空気によって取り上げ、それが推進されている方向、つまり、ロータ軸と直角方向からそらし、本質的に主噴霧方向、即ち、ロー多軸延長方向に鋳型壁表面の方へ動くようにする。鋳型壁処理剤の噴霧ミストを案内するために圧搾空気を使うことは、これが通常既に鋳造または成形用システムで利用でき、それで追加の投資が何も必要ないという利点を有する。この側面は、既存の噴霧システムを本発明による噴霧素子で改造するという点からも興味がある。その上、圧搾空気は、機械操作員および保守要員が永い間慣れている、比較的安全な媒体である。

0050

しかし、本発明による噴霧素子は、水で薄めた鋳型壁処理剤および水の噴霧にも適することを覚えておかねばならない。低粘度の材料への適合は、例えば、霧化素子の回転数の適当な選択により、および制御空気処理量の適当な調整により達成することができる。

0051

霧化素子から離れる鋳型壁処理剤噴霧ミストを制御空気ができるだけ完全に巻き込むことを保証できるためには、制御空気供給管路の出口が、第1代替設計変形に従って、霧化素子の周り円形に配置された複数の開口を含むことができる。第2代替設計変形によれば、制御空気供給管路の出口が霧化素子の周りに円を形成する出口スロットを含む。制御空気の圧力が円周方向にできるだけ均一であることを保証できるためには、制御空気供給管路がこの出口スロットの上流リング形チャンネルを含むことを提案する。

0052

噴霧円錐開先角を調整するために、例えば、制御空気供給管路を、少なくとも部分的に噴霧素子本体のヘッド部によって形成し、それをこの噴霧素子本体のベース部に対して、例えば、好ましくはプログラム制御サーボ駆動によって、動かし得るようにすることができる。このリング形チャンネルの境界は、半径方向に外方側をこのヘッド部により、半径方向に内方側をこのベース部またはそれに結合された素子により形成できる。

0053

制御空気を、制御した方法で、ジェット状に噴出できるように、制御空気供給管路を制御空気の出口方向に先細りになるように、出口端近くにテーパを付けて設計することができる。

0054

ロータをその回転軸周りに回転運動させるための駆動ユニットは、例えば、圧搾空気で作動するタービンを含むことができ、それは、圧搾空気が何れの場合も制御空気として噴霧素子に供給されるので、低コストの設計変形を代表する。その代わりに、この駆動ユニットが電気モータまたはその他の適当な種類の回転駆動装置でもよい。この駆動ユニットは、噴霧素子本体のベース部から分離し、それに取付けられる、ハウジングに取付けてもよい。これは、例えば、保守のためのアクセスを容易にする。

0055

霧化素子は、ロータと単一ユニットを形成することができ、またはそれに、例えば、急速脱着装置によって取外し可能に結合することができる。

0056

第1代替設計変形によれば、霧化素子が鋳型壁表面に向いた霧化面を有するようにできる。霧化面が半径方向に外方に噴霧素子を離れて回転方向伸び、この霧化面が円錐を形成し、この円錐の半開先角が、例えば、約30°と60°の間、好ましくは約45°であるようなのが有利である。この設計の霧化面は、鋳型壁処理剤がそれに作用する遠心力によってこの霧化面に押し付けられ、それによって摩擦の影響の下で効果的に霧化され得るので、有利である。それで、この霧化素子は、例えば、鋳型壁表面の方向に開く霧化漏斗を有し、この漏斗の内面が霧化面として作用することができる。

0057

鋳型壁処理剤を可能な最も均一な方法で霧化面上に排出できるように、霧化面の上流に分配室を設けることを提案する。この分配室は、回転軸付近に回転軸周りに伸びる開口を有することができ、それを通して鋳型壁処理剤を導入し;半径方向に外方に、回転軸から離れるように向いて伸びる分配室境界面がこの開口の外円周縁と隣接することができる。この分配室境界面は、例えば、円錐形で、この円錐の半開先角が約20°と約60°の間、好ましくは約45°であってもよい。

0058

半径方向に内方の開口から分配室の導入した鋳型壁処理剤は、この室内でそれに作用する遠心力によって半径方向に外方に押され;この分配室の境界面が鋳型壁処理剤のこの分配室から再出現を防ぎ、それによって噴霧素子を汚染から保護する。この分配室から霧化面に通ずる分配通路を、少なくとも部分的にこの分配室の境界面によって形成される、この半径方向に外方の保持空間の領域に、即ち、分配室の回転軸から遠い円周領域に設けることができる。これらの分配通路は、この霧化素子の製造コストを最小にするために、単純な孔またはスロットであってもよい。生産技術の点から、これらの孔またはスロットを半径方向に伸ばすのも有利である。しかし、原則的に、これらの孔またはスロットを半径方向に所定の角度にすることも考えられる。霧化素子を製作するために適当な方法を使うことによって、ガイドベーンに相当する効果が得られるように、これらの分配通路を曲げることもできる。

0059

もし、分配室と鋳型壁の間の境界を形成する素子の外円周縁が分配通路の半径方向の外端を超えて突出し、霧化面からある距離離れて取付けられているなら、これらの分配通路の損傷からの或る保護を与えることが可能である。

0060

しかし、特に、上の設計で、霧化面と、分配室と鋳型壁の間の境界を形成する素子との間に存在する隙間がもう一つの有利な効果を有する。もし、霧化素子を空運転すると、即ち、それに鋳型壁処理剤を何も供給せずに運転すると、この隙間に閉じ込められた空気が遠心力によって半径方向に外に押し出され、分配室から空気を引き出す負圧を分配通路の出口の領域に生ずる。従って、全体的に見て、生ずるものはブロワ状効果で、それが究極的に鋳型壁表面の塗被が完了した後の霧化素子の自浄に通ずる。

0061

鋳型壁処理剤を分配室に導入した後の、その分配通路への移動は、回転軸と本質的に同軸である、分配室の円筒形境界面から、この回転軸と本質的に直角に伸びる、分配室の境界面まで、丸みが付いた移行部を設けることによって容易にできる。これは、特に、上述の霧化素子の自浄の完全性を保証する方法として重要である。

0062

上に議論した、本発明の第1代替設計変形による霧化素子は、単一部品として、または数部品として設計することができる。後者の場合、この霧化素子の個々の部品をプレッシングフランジング等によって一緒に結合できる。

0063

第2代替設計変形によれば、この霧化素子が霧化円盤を含むことができる。

0064

霧化素子の遠心効果の最大の利点が得られるように、鋳型壁処理剤供給管路から出る鋳型壁処理剤を回転軸の近くでこの霧化素子に当てること提案する。

0065

もし、噴霧素子が複数の鋳型壁処理剤供給管路を含むならば、特別な処理を要する鋳型壁の領域を1種類以上の鋳型壁処理剤で別々に塗被することができる。しかし、全鋳型壁表面を種々の鋳型壁処理剤の多層被膜で塗被することも可能である。混合層は、少なくとも二つの鋳型壁処理剤供給管路からの鋳型壁処理剤の同時排出によって塗布することもできる。

0066

リブ、隙間は勿論、孔のような凹面鋳型壁部を噴霧するためには、噴霧素子の主排出方向をロータの回転軸の延長から離して偏向するための装置を設けることが有利であることがある。そのような偏向装置を実現するために使える、種々の設計変形がある。例えば、この偏向装置が出口開口の数および/または直径を変えるための装置であり、例えば、絞りリングから成ることができる。しかし、その代わりに、この偏向装置が出口スロットの幅を変えるための装置であり、例えば、やはり絞りリングから成ることができる。しかし、複数の制御空気供給管路を設け、それらの空気処理量を互いに独立に調整できるようにすることも可能である。この場合、偏向効果は、これらの供給管路の大多数を通る空気処理量を異なる値に適当に調整することによって達成される。最後に、この偏向装置を少なくとも一つの偏向空気供給管路で構成する;即ち、必要に応じて“付ける”追加の偏向空気供給管路を設けることも可能である。

0067

本発明の更なる労作として、鋳型壁に塗布する鋳型壁処理剤の層の厚さを、好ましくはプログラム制御方法で、制御できるようにする。塗布する層の厚さは、例えば、噴霧素子が移動するの速度の調整により、および/または少なくとも一つの噴霧素子が単位時間当りに排出する鋳型壁処理剤の量の調整により制御することができる。

0068

異なる観点から、本発明は、もし望むなら、本発明による鋳型噴霧装置の一部として、および併せて、もし望むなら、鋳造または成形用鋳型の壁を本質的に溶剤のない鋳型壁処理剤で噴霧するための本発明による上に説明した鋳型壁処理方法を実施する範囲内で、本発明による噴霧素子を使用することに関する。この使用の利点は、上の議論から導き出すことができる。

0069

添付の図面に基づいて、以下に本発明を更に詳しく説明する。

0070

図1は、本発明による方法が使える、以下で10と称する鋳型噴霧装置の概略図を示す。鋳型噴霧装置10は、ここに示す実施例では、例えば、アルミニウムダイカスト法による鋳造品生産の一部として、次の作業手順のために鋳型12の鋳型壁12a,12bを用意するために使う。

0071

鋳型12には、二つの半分12c,12dがあり、その一つ、即ち12は、複式矢印Fの方向に動きうるクランプ板14aに取付けられ、一方、他の半分は、固定クランプ板14bに取付けられている。それで、鋳型12を閉じて密閉鋳型キャビティ16を作ることができ、且つ鋳造品(図示せず)を取り出すために再び開くことができる。例としてここで議論するダイカスト法では、鋳型12を閉じ、次に鋳型キャビティ16を供給管路18からの液体金属で満たす。鋳造品が完全に硬化し、鋳型12を開いてから、この鋳造品を鋳型12から取り出し、運び去る。図1には、二つの鋳型半分12c,12dが付いた、二つのクランプ板14a,14bしか示さないが、勿論、二つより多い部品から成る鋳型を使うことも可能である。

0072

鋳型12を次の鋳造サイクルに備えるためには、最初に鋳型壁表面12a,12bを次の鋳造サイクルに好都合な温度にしなければならない。鋳型キャビティ16を満たす液体金属は、それが固化するときにその熱を鋳型12に移すので、通常鋳型壁表面12a,12bを冷却してそれらの温度を次の鋳造サイクルに適した温度にすることが必要であろう。それは、熱放射によってだけ生ずる冷却は十分でないからである。それにも拘わらず、鋳造品の連続生産、または比較的少量の液体金属から成る、非常に細かく分けた鋳造品の生産を中断する場合に、鋳型壁12a,12bを次の鋳造サイクルに好都合な温度にするためにそれらを加熱しなければならないことも起こり得る。

0073

第2に、鋳型壁12a,12bを鋳型壁処理剤の可能な最均一層で塗被しなければならない。この鋳型壁処理剤は、第1に、固化した部品を鋳型12から排出する、図1には示さない、エゼクタを潤滑する役目、並びに第2に、導入した金属がこの鋳型材料に焼き付きまたは付着するのを防ぎ、および導入した金属の早過ぎる固化を防ぎ、それによって所望の品質の鋳造品の達成を支援する役目を有する。或る条件の下では、これらの壁を調熱しおよび塗被する前に、例えば、圧搾空気でできる、鋳型壁12a,12bからの鋳型壁処理剤または金属の残渣の除去も必要になることがある。

0074

従来技術と違って、本発明によれば、鋳型12の調熱と鋳型壁処理剤による鋳型壁12a,12bの塗被とを別の工程、即ち、時間が重ならない工程で行う。しかし、図1に示す実施例では、両工程を図2に示す制御ユニット20の制御の下で全く同一の鋳型噴霧装置10によって行う。

0075

鋳型噴霧装置10は、複数の噴霧または吹込み素子24,26,28を備える噴霧工具22を含み、それを6軸工業用ロボット30によって、所望の経路Bに沿って所望の速度vで動かし、開いた鋳型半分12c,12dの間に挿入し、最後に鋳型12から引き戻す。この処置中、噴霧工具22は、ロボット30によって経路Bに沿うどの点ででも空間での所望のどの方向にすることもできる。

0076

工業用ロボット30の設計および機能は、本質的に自明であり、従ってここで詳しくは説明しない。

0077

図1による説明では、鋳型壁表面12a,12bを次の鋳造サイクルに適した温度にできる三つの異なる可能性を示す:

0078

第1に、加熱・冷却ユニット32を設け、それが供給管路32aを介して鋳型12内部のチャンネル12eのシステムに加熱・冷却流体、好ましくは加熱・冷却液体を供給する。加熱・冷却ユニット32によって、液体金属が鋳型キャビティ16の中で固化する間でも、鋳型12から熱を奪いまたはそれに熱を供給することができる。理想的には、以下に更に詳しく議論する“外部”調熱法に比べて、この“内部”調熱は、鋳型材料に最小の熱応力しか生じなく、従って変温応力の結果として最小量の鋳型摩耗しか生じないので、それは、鋳型を所望の温度にするために使用する唯一の手段であるべきである。この“内部”調熱は、鋳型キャビティ16に導入した金属が固まり始めると直ぐ始めることができ、一方、“外部”調熱の場合は、鋳型半分12c,12dを開き、完成した鋳造品を取り出す後までその方法を始められない。

0079

もし、上述の鋳型の“内部”調熱が生産に関連する技術的理由で、または経済的理由で十分でないならば、鋳型12を外的に調熱することもできる。これは、例えば、噴霧工具22によって、冷却流体、好ましくは脱塩水、を噴霧ノズル24から鋳型壁表面12a,12b上に噴霧し、これらの表面から蒸発させることで行うことができる。脱塩水の使用は、次に付けるべき鋳型壁処理剤の層の品質を損なうことがある、鋳型壁表面12a,12b上の水垢を避けるという利点をもたらす。噴霧ノズル24は、例えば、西独国特許4,420,679A1に記載されている方法で設計できる。この冷却法加速するためには、しばしば熱い鋳型表面12a,12bから自然に蒸発できる以上の冷却液を付ける。滴下する過剰な水は、収集トレー34に集める。この過剰な水の中にある粗い粒子フィルタユニット36が保持する。次に、集めた水を管路36aから浄化装置38へ送り、そこで、例えば、遠心分離、沈降、沈殿等によって、油膜懸濁物質等を取り除く。次に、浄化した水を管路38aからタンク40へ送り、噴霧装置10で再利用する。更に、管路40aを使って新鮮な脱塩水を噴霧し、管路40bから噴霧装置10へ常に十分な冷却水の供給が利用できるようにする。

0080

西独国特許4,420,679A1による噴霧素子が動作するためには、噴霧すべき液体だけでなく、吹き付ける空気も必要であることを付け加えるべきである。この空気は、圧搾空気管路42から鋳型噴霧システム10へ供給する。ロボットアーム30に沿って伸びる圧搾空気用供給管路、調熱流体、および鋳型壁処理剤は、明確にするために図1から省いた。

0081

外部調熱のもう一つの可能性は、伝熱装置44を鋳型壁表面12a,12bと、またはこの鋳型壁表面の特別な冷却が必要な領域12fと接触させることにある。このために、この伝熱装置は、キャリヤ本体44aおよびこのキャリヤに沿って案内され、それと良い熱的接触をする、少なくとも一つの伝熱体44bを含む。この伝熱体の表面44cは、調熱すべき鋳型壁表面12a,12bの領域12fに適合するように設計されている。伝熱装置44は、例えば、図1に示さない、追加の工業用ロボットによって、もし望むなら、鋳型半分12c,12dの間へ動かし、鋳型壁表面12a,12bと接触させることができる。

0082

伝熱装置44か鋳型12への損傷を避け、同時に伝熱体44bと調熱すべき鋳型12の領域12fの間の良好な伝熱接触を保証するために、伝熱体44bをばね44dによってキャリヤ44a上で緩衝する。伝熱体44bに熱を供給しまたはそれから熱を取り除くように、キャリヤ44aに流体チャンネル44eのシステムを設け、次にそれを加熱・冷却ユニット32に接続することができる。伝熱装置44に熱を供給しまたはそれから熱を取り除くもう一つの可能性は、それをこの調熱法に備えて加熱・冷却浴46に浸すことにある。

0083

上に議論した鋳型12を調熱する三つの可能性の全てで、次の鋳造サイクルに好都合な温度に達するために必要な丁度十分な熱だけを鋳型から除去し、または鋳型に供給することが望ましい。従って、加熱・冷却ユニット32の作動、開いた鋳型半分12c,12dの間への噴霧工具22の移動、噴霧素子24からの冷却液の噴出、伝熱装置44と鋳型壁表面12a,12bの間の接触持続時間等は、以下に議論するセンサ信号の少なくとも一つを基礎として、制御ユニット20の制御の下で行われる。

0084

例えば、鋳型12の温度は、鋳型12の温度分布を代表する点に設置した温度センサ48によって絶えず監視することができる。図2によれば、温度センサ48は、鋳型温度信号TF1を制御ユニット20へ伝える。もし望むなら、幾つかのこの様な鋳型温度センサを設けることができる。

0085

しかし、鋳型壁表面12a,12bの温度分布は、対応するディジタルの空間分解温度信号TF2を制御ユニット20に伝える、熱画像記録装置50によっても測定できる。熱画像記録装置50は、永久的に設置することができ、または旋回装置またはロボットアームによって、この熱画像を記録するために最も好都合な位置へ運ぶことができる。もう一つの変形は、鋳型壁表面12a,12bの熱分布を直接測定することにあるのではなく、鋳造品を鋳型から取り出した直後のその熱画像から間接的に測定することにある。

0086

例えば、季節によって変り、または日光に曝された結果であり、鋳型壁表面の温度にも影響することがある、生産工場の地域の温度変動を考慮に入れるために、制御ユニット20は、調熱過程を制御するために、周囲温度センサからの温度信号TUも入力として受け入れることができる。

0087

その上、作業手順についてのデータAも調熱工程の制御に関しての関心事になり得る。例えば、生産サイクルの中断は、鋳型12が完全に冷え切ることにつながることがあり、それは、生産を再開するときは、最初に鋳型を加熱しなければならず、次に後で生産が最大限活発になると冷却しなければならないことを意味する。生産の経過についてのこの様な情報は、図2に単なる例としてテープレコーダ図記号によって示す、適当なデータ記憶ユニット54によって制御ユニット20に利用できるようになし得る。

0088

信号TF1、TF2、TU、およびAから、並びに、もし望むなら、追加のセンサ信号から、制御ユニット20の温度調節器20aが、噴霧工具22を動かす工業用ロボット30のための出力信号、特にこの工具の運動の経路、位置、および速度;噴霧素子24またはタンク40から冷却液を供給するためのポンプおよび弁並びに圧搾空気管路42から吹き付け空気を供給するためのポンプおよび弁のような、これらの噴霧素子に役立つ装置のための作動信号;加熱・冷却ユニット32のための作動信号;並びに伝熱装置44のための作動信号を決定する。

0089

鋳型壁表面12a,12bを調熱してから、噴霧工具22、特に噴霧素子26が今度は調熱した鋳型壁表面12a,12bを鋳型壁処理剤で塗被することができる。本発明によれば、本質的に溶剤のない鋳型壁処理剤を使い、それは、次の鋳造サイクルに好都合な温度、即ち、350〜400℃の範囲の温度ででも鋳型壁表面12a,12bを濡らし且つこれらの表面上に厚さ約5〜10μmの潤滑および離型特性のある膜を作ることができる。この“溶剤のない鋳型壁処理剤”という表現が、少なくとも98重量%の潤滑および離型特性のある物質、並びに2重量%以下の補助材料、例えば、殺細菌剤、乳化剤、溶剤等を含む鋳型壁処理剤を意味することは言うまでもない。

0090

この鋳型壁処理剤は、運搬容器56,58の中に直ぐに使える濃度で用意され、それを直接噴霧装置10に接続し、そこから鋳型壁処理剤を直接、即ち、水またはその他の溶剤による事前希釈なしに噴霧素子26に供給する。この処理剤は、これらの容器から圧搾空気作動取り出し装置64によって取り出す。この直接の、希釈しない取り出しは、第1に希釈システムを取得し維持するコストを節約でき、第2に希釈に関連して細菌または菌類により冒されることから殆ど完全に排除できるという利点をもたらす。二つの運搬容器56,58を備えることは、一つの容器56を完全に空にしてから、このシステムを制御ユニット20の制御の下で自動的にまたは手動で、生産作業を中断することなく、他の容器58からの取り出しに切り換えられるという付加的利点をもたらす。その代わりに、空の容器56を鋳型壁処理剤で満たした新しい運搬容器に、作業を中断せずに交換することができる。

0091

この塗被工程は、制御ユニット20の制御の下でも実施する。図2によれば、噴霧工具22の経路、速度、および位置、即ち、工業用ロボット30の動作、並びに噴霧素子26によって単位時間当りに排出する鋳型壁処理剤の量を制御ユニット20の塗被調節器20bによって制御する。噴霧工具22の経路Bのあらゆる点で、この噴霧工具の速度および位置に対して適当な量の鋳型壁処理剤を鋳型壁表面12a,12bに付けることを確実にするために、即ち、全鋳型壁表面12a,12bを鋳型壁処理剤の可能な最も均質で均一な層で塗被することを保証するために、対応する処理量信号Vを制御ユニット20に伝える、液量を測る流量測定装置または質量流量を計る流量センサなど、排出量センサ60を噴霧工具22に設ける。勿論、各噴霧素子26がそれぞれ別の流量センサ60を持つのが好ましい。これらの流量センサ60の検出信号を基にして、制御ユニット20およびその塗被調節器20bが層厚の自動制御を達成することが可能である。

0092

既に上で説明したように、噴霧工具22は、圧搾空気を排出するための送風ノズル28も含む。この圧搾空気は、例えば、最も細菌に完成した鋳造品を取り出した後で調熱の前に、鋳型12から金属または鋳型壁処理剤の残渣を除去するためにおよび/または鋳型を鋳型壁処理剤で塗被する前に鋳型を吹き付け乾燥するために使うことができる。この空気吹き付け掃除または乾燥は、制御ユニット20の制御の下でも達成できる。

0093

制御ユニット20が他の制御作業、例えば、鋳型半分12c,12dの開閉の制御、鋳造品が完成すると直ぐ鋳型12から取り出すこと、および図2にまとめて参照文字Zで示すように、起こるかも知れない類似の制御作業を肩替わりできることも付け加えるべきである。

0094

記憶すべき点は、噴霧装置10の運転をプログラム制御様式で進められることである。制御ユニット20をデータ入出力ターミナル62に接続し、この種の制御プログラムを書き込み、呼び出せるようにする。

0095

所定の称呼温度からの偏差は、鋳造サイクルのどの点ででも上述の制御システムによって検出ことができ、そこでは制御プログラムを適当なデータを基にまたは、好ましくは自動的に実行する、適当なソフトウエアプログラムによって調整できる。それで、プロセス技術の点から最も好都合な熱平衡を如何なる場合にも常に狭い公差範囲で維持できる。これは、完成した鋳造品の品質に有利な影響を有する。

0096

図3は、鋳型壁処理剤を噴霧するための噴霧素子26を詳細に示す。噴霧素子26は、本質的に溶剤のない鋳型壁処理剤を高温濡れ特性で噴霧するように設計されている。この種の鋳型壁処理剤、即ち、少なくとも98重量%の潤滑および離型特性のある物質、並びに2重量%以下の殺細菌剤、乳化剤、溶剤等のような補助材料を含み、例えば、350〜400℃の温度で鋳型壁表面を濡らしてその上に鋳型壁処理剤の均一な層を作ることができる薬剤は、20℃で大体50〜2,500mPa・s(ブルックフィールド粘度計で20rpmで測定して)の範囲の粘度を有する。

0097

噴霧素子26は、回転軸線Rの周りに回転するロータ軸112を備えるロータ110、およびこの軸と単一部品を構成するように設計された、またはこの軸に締結された(概略的に示すねじS参照)霧化円盤114を含む。ロータ110は、この噴霧素子のベース本体116に、または、更に厳密には、このベース本体116の軸通路116aに回転軸線R周りに回転自由に保持され;軸受組立体118がロータ110を回転可能にする。ロータ軸112の霧化円盤114と反対の端に、駆動ユニット120を設け、それがロータ110を約10,000rpmから約40,000rpmのオーダの速度で駆動する。

0098

図3による実施例で、駆動ユニット120は、圧搾空気供給管路122から圧搾空気が供給される圧搾空気タービン120aによって作られている。圧搾空気タービン120aおよび圧搾空気供給管路122は、図3には端に概略的に示す、ハウジング116eに設置され、そのハウジングは、取外し可能な方法でベース部116に取付けられ、それが保守容易の利点をもたらす。図4の示す設計の変形によれば、駆動ユニット120が電気モータ120bでもよい。圧搾空気タービン120aは、以下の議論から分かるように、それを駆動するために必要な圧搾空気をどんな場合も噴霧素子26に供給しなければならないという利点を有するが、電気モータ120bの場合は、噴霧素子26に電力線布設するという追加の作業が必要である。

0099

ベース本体116に、第1供給管路124を設け、それがこの本体の前端116bに通ずる。供給管路124から供給される鋳型壁処理剤を霧化円盤114に、即ち、この円盤がロータ軸112に結合されている近くの領域に排出するノズル本体126をこの供給管路124の前端でオリフィス124aに挿入する。霧化円盤114と接触するようになる鋳型壁処理剤を、この円盤の回転の結果として回転軸Rに直角に外方に振り飛ばし、それによって微細に霧化する。この霧化効果は、回転軸Rに関して半径方向に伸びる衝突リブ(図示せず)によって強化することができる。

0100

ヘッド部116dは、ベース部116の円筒形部116c上に回転軸Rの方向に移動自由に支持されている。例えば、回転対称ヘッド部116dを円筒形部116cにねじ込むことができる。しかし、ヘッド部116dを、例えば、プログラム制御できる制御ユニット20の制御の下で、回転軸Rの方向にサーボ駆動によって動かすことも可能である。噴霧素子本体116の前端116b近くでリング形チャンネル130に開く、圧搾空気供給管路128をこのヘッド部116dに設け;このリング形チャンネルの端130aで、このチャンネルがロータの回転軸Rの方に先細りになり、そこでリング形出口スロット130bに終わる。図3による実施例で、リング形チャンネル130は、半径方向に外方側をヘッド部116dで限定し、半径方向に内方側を円筒形部116cで限定する。リング形チャンネル130は、供給管路128から供給される圧搾空気と出口スロット130bにある圧搾空気の圧力を均等化する役目をする。

0101

出口スロット130bから排出する圧搾空気は、回転軸Rから半径方向に外方に振り飛ばされた、霧化した鋳型壁処理剤を偏向する。これは、回転軸Rの延長によって形成される、主噴霧方向Hに開く、噴霧円錐132を作る結果となる。ヘッド部116dの位置を回転軸Rの方向に移すことによって、出口スロット130bの幅、従ってこの出口スロット130bから排出する制御空気の量を変えることができる。それで、図3で、非常に広い出口スロットを上側に示し、そこからは大量の制御空気を排出し、一方、図3の下側には、非常に狭い出口スロットを示し、そこからは非常に少量の制御空気しか出ない。しかし、出口スロット130bから排出する圧搾空気の量が多ければ多いほど、この圧搾空気が霧化した鋳型壁処理剤に加える巻き込み効果が大きく、噴霧円錐の開先角が小さい。同様に、ヘッド部116dが図3の上側に示す位置にあるとき、噴霧円錐132が非常に狭くなるが、ヘッド部116dが図3の下側に示す位置にあるときは、噴霧円錐132’が非常に広くなる。

0102

複数の型壁処理剤用供給管路124を設けることもでき、それを通して、第1代替形によれば、全く同一の型壁処理剤を供給し、またはそれを通して、第2代替形によれば、異なる型壁処理剤を供給して噴霧素子26から排出することも指摘すべきである。

0103

例えば、孔、リブ、隙間等のような凹んだ鋳型領域を塗被するためには、噴霧ジェット132を、図3に矢印H’で示すように、回転軸Rの延長によって形成される、主噴霧方向Hから横にそらすのが有利なことがある。このため、例えば、空気をそらすための追加の供給管路136を噴霧素子本体116のヘッド部116d上に配置し、またはそれに組み込むように設計することができる。

0104

しかし、ヘッド部116dの周囲に分布した、複数の制御空気供給管路128を設けることもでき、その制御空気処理量を互いに独立に制御することができる。これらは、噴霧素子本体116の排出端に直接開くか、または、図3による実施例に類似して、それらをリング形チャンネルの中に開くことができ、その場合は、このチャンネルの長さを圧力が円周方向に均等化できないように短くし、または少なくともそれは、空気が出口スロット130bに達する時までに完全には均等化できないようにしなければならない。

0105

もう一つの代替案図5および図6に示す。この噴霧素子26’では、円形断面で回転軸Rに関して偏心して配置した円形の円盤形絞り開口138aを備える絞り円盤138を噴霧素子本体116’のヘッド部116d’に設ける。絞り開口138aは、幅が円周方向に変わる出口スロット130b’が霧化器円盤114’と絞り138の間にできるような寸法になっている。それで、図5の上側では、出口スロット130b’が最大幅を有し、一方、図5の下側では、最小幅を有する。その結果、図5の上側では、多くの制御空気がこのスロットから出て、それが霧化した鋳型壁処理剤への巻き込み効果の対応する増加に、従って全体的に図5の噴霧円錐の下方偏向に繋がる。

0106

絞り138は、それを円周方向に回転して噴霧円錐が偏向する方向を変えられる用に、ヘッド部116d’に取付けることができる。それは、霧化円盤114’に関するその配置の偏心度を変えられるように、回転軸Rに関して半径方向に動かせるような方法で設計することもできる。最後に、絞り138は、絞り開口の直径、従って絞り隙間138aの幅を変えられるように、アイリス絞りとして設計することができる。

0107

図7および図8は、本発明による噴霧素子のもう一つの実施例26”の一部を示し、それは、本質的に図3による実施例のものに相当する。従って、図7および図8の類似の部品は、二重プライム符号を付けることを除いて、図3で使用したものと同じ参照文字を付ける。その上、図7および図8による噴霧素子26”は、図3による噴霧素子26と異なる部分だけ以下に説明する。これらの素子が同じである場合、これで先の素子の説明を参照するものとする。

0108

図7による噴霧素子26”の場合、駆動ユニット120”をベース本体116”の中央通路116a”に挿入し、適当な装置(図示せず)によってそこに締結する。駆動ユニット120”の駆動素子110”には、くぼみ110a”があり、その中に霧化素子114”の軸114a”がねじ込みテーパ素子170”によって回転しないように保持されている。このテーパ型取付は、本質的に自明な急速脱着接続である。

0109

図8に詳細に示すように、円盤素子114b”は、本質的に回転軸Rと直角で、主噴霧方向Hを指す軸114a”の端に一体に結合されている。軸114a”と円盤114b”の間の移行部は、丸みが付いている。円盤114b”の半径方向に外の端に、リング形の肩114e”を設け、それが主噴霧方向Hと反対方向、即ち、噴霧素子26”の方に伸びる。リング形の肩114e”の内円周面114e1”、軸114a”の円筒形面114a1”の一部、丸くなった領域114c”、および本質的に回転軸Rに直角伸びる円盤114b”の境界面114b1”が分配室114f”の境界を形成し、その中にノズル素子126”から軸114a”に隣接する開口114g”を通して鋳型壁処理剤を導入できる(図7参照)。

0110

それに作用する遠心力のために、この鋳型壁処理剤は、丸くなった領域114c”および境界面114b1”に沿って分配室114f”の外円周縁114f1”へ動き、またはリング形の肩114e”の境界面114e1”へ振り飛ばされる。ここに示す実施例では、この境界面114e1”が円錐形で、この円錐の半開先角αが約45°である。この円錐は、噴霧方向Hに拡がり、鋳型壁処理剤の当る領域114e1”が遠心力によって分配室114f”の外円周縁114f1”の方へ押される。

0111

分配室114f”の外端114f1”に、半径方向分配通路114h”を設け、そこを通って鋳型壁処理剤が分配室114f”から出て、従って、圧入によってリング形の肩114e”に結合された、漏斗素子114i”の霧化面114i1”に到達する。霧化面114i1”は、噴霧方向Hに開く円錐形漏斗面として設計され、本実施例で、この漏斗面の半開先角βは、約45°である。噴霧方向Hに拡がる面114i1”の形は、鋳型壁処理剤がそれに作用する遠心力によって霧化面114i1”に押し付けられ、そこでそれが、半径が増すと増加する遠心力によって、および霧化面114i1”との摩擦によって微細に霧化されるという作用効果を与える。離脱縁114i2”を通過してから、鋳型壁処理剤は、半径方向に外に振り飛ばされ、その後、出口隙間130b”から出る空気によって捕らえられ、噴霧円錐132”として鋳型壁へ運ばれる。

0112

上に説明した霧化素子114”の設計の結果として、この霧化素子を空運転するとき、即ち、鋳型壁処理剤が何も分配室114f”に供給されないとき、この遠心力並びに種々の面および隣接する空気層が働かす巻き込み効果によってブロワ効果が生ずることを指摘すべきである。このブロワ効果は、空気を分配室114f”から分配チャンネル114h”を通って霧化面114i1”に沿って流出させる。図8による霧化素子114”の設計で、このブロワ効果は、円盤素子114b”およびリング形の肩114e”の外境界面1142b2”が霧化面114i1”と本質的に平行であり、それからわずかに離れていて、噴霧方向Hに円錐形に拡がる、狭い、リング形隙間がこれら二つの面の間にできるという事実によって増大する。このリング形隙間のそこに存在する空気への巻き込み効果がこのブロワ効果を増大し、鋳型壁処理剤がもう分配室114f”に導入されないとき、この分配室内にまだ存在する鋳型壁処理剤は皆、この遠心力およびブロワ効果によって分配室114f”から完全に追い出される。この様に、霧化素子114”は、完全に自浄運転である。

0113

図7による噴霧素子の実施例26”では、ベース部116”と隙間形成リング172”が協同して非調整出口隙間130b”を形成し;このリングが制御空気供給管路128”に結合された分配室130”の境界を形成することも付け加えるべきである。しかし、図3による実施例類似して、図7による実施例の出口隙間130b”を調整可能に設計することもできる。図7では、鋳型壁処理剤用供給管路を124”で示す。

0114

本発明による噴霧素子、従って全鋳型噴霧システムは、従来の、水希釈鋳型壁処理剤の噴霧用にも適すると言うべきである。このシステムは、例えば、駆動ユニットの回転速度を適当に選択することによって、および対応して空気処理量を調整することによって、低粘度の処理剤・水の混合物に適合させることができる。

図面の簡単な説明

0115

図1本発明による噴霧素子を使って、本発明に従って運転できる、本発明による鋳型噴霧装置の概略図を示す。
図2図1による鋳型噴霧システムを制御するための制御ユニットの大まかな概略図を示す。
図3遠心霧化および空気制御を伴う、本発明による噴霧素子の断面側面図を示す。
図4図3による噴霧素子用駆動ユニットの代替設計を示す。
図5図3による噴霧素子の代替設計の排出端を表す、図3に類似する図を示す。
図6図4による設計の、図5で矢印VIの方向に見た前端面図を示す。
図7本発明による噴霧素子のもう一つの実施例の一部の、図3に類似する図を示す。
図8図7による設計の霧化素子の詳細図を示す。

--

0116

10鋳型噴霧装置
12 鋳型
12a,12b鋳型壁
12f 鋳型壁領域
20制御装置
20a 調熱調節
20b 鋳型壁処理調節
22噴霧工具
24 調熱流体排出素子
26,26’,26” 噴霧素子
28空気排出素子
30ロボット
32 加熱・冷却ユニット
34収集装置
36フィルタユニット
38液体浄化装置
40液体溜
44伝熱装置
44aキャリヤ
44b 吸・発熱体
44c伝熱面
46 加熱・冷却浴
48温度センサ
50赤外線測定装置
54記録ユニット
56,58運搬容器
60測定装置
64取り出し装置
110ロータ
114,114’,114”霧化素子
114a1”円筒形境界面
114b” 境界形成素子
114b1” 境界面
114c”移行部
114e1”分配室境界面
114f” 分配室
114f1”円周領域
114g” 開口
114h”分配通路
114i1” 霧化面
116,116’,116” 噴霧素子本体
116a,116c,116dヘッド部
116eハウジング
120駆動ユニット
120aタービン
120b電気モータ
124 鋳型壁処理剤供給管路
128制御空気供給管路
130リング形チャンネル
130b出口
130b’出口スロット
136偏向空気供給管路
138スロット幅変更装置
作業過程
B 噴霧素子経路
H噴霧方向
R回転軸
TF1 鋳型壁温度
TF2 鋳型壁温度
TU周囲温度
v 噴霧素子速度
V 鋳型壁処理剤量
α,β円錐半開先角

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