DE102008009311A1

DE102008009311A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Reinigen von Gussteilen von Rückständen des Gießereiprozesses

Info

Publication number: DE102008009311A1
Application number: DE200810009311
Authority: DE
Inventors: Lutz Scheibe
Original assignee: HALBERG GUSS GmbH; HALBERG-GUSS GmbH
Current assignee: Neue Halberg-Guss De GmbH
Priority date: 2008-02-15
Filing date: 2008-02-15
Publication date: 2009-09-10
Anticipated expiration: 2028-02-16
Also published as: DE102008009311B4

Abstract

Bei einem Verfahren zum Reinigen von Innenräumen von Gussteilen, insbesondere Zylinderkurbelgehäusen, zur Entfernung von aus dem Gießereiprozess anfallenden Rückständen erfolgt eine Reinigung von Innenräumen der Zylinderkurbelgehäuse in zwei Stufen, die aufeinanderfolgend geschaltet sind, wobei das Zylinderkurbelgehäuse in eine Strahlkabine eingeführt, nach dem ersten Strahlvorgang wieder herausgenommen, das Zylinderkurbelgehäuse umgesetzt und für den zweiten Strahlvorgang erneut in die Strahlkabine eingeführt wird, um die Innenräume des Zylinderkurbelgehäuses durch Strahlmittel zu reinigen, welches unter hoher Energie zugeführt wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie eine Vorrichtung gemäß Anspruch 5.
Die Herstellung von Gussteilen ist gekennzeichnet durch eine zunehmende Integration von funktionalen Elementen des Gussbauteiles. Dies trifft insbesondere für Motorblöcke, insbesondere Zylinderkurbelgehäuse zu. Derartige Gussgehäuse weisen komplizierte Innenräume auf, die im Finish-Prozess eine komplizierte Reinigung zur Entfernung der Sand- und Schlichterückstände aus dem Gießereiprozess erfordern. Auch Gussdefekte, wie Blattrippen oder Vererzungen müssen dabei entfernt werden. Insbesondere Motorenkomponenten, wie Zylinderkurbelgehäuse oder Zylinderköpfe neuester Generation, besitzen heute eine Vielzahl von integrierten gegossenen innen liegenden Funktionen, wie Wassermänteln, Passagen und Kanälen für Wasser oder Öl, die nach dem Gießen gereinigt werden müssen. Für diese hoch belasteten Motorenkomponenten sind die Anforderungen an die Bauteilsauberkeit in der letzten Zeit stark gestiegen.
Im Stand der Technik werden für die Reinigung Schleuderradstrahlmaschinen verwendet, die im Wesentlichen die Außenkonturen von Rückständen des Gießprozesses säubern. Innenkonturen werden in der Regel mit Druckstrahlgeräten gereinigt, wobei der Handprozess sowie typenbezogene Sondermaschinen aufgrund der komplexen Innenräume dominieren. Flexible und kompakte industrielle Lösungen für Großserien, die den gestiegenen Anforderungen gerecht werden, sind derzeit auf dem Markt nicht vorhanden.
Aufgabe der Erfindung ist es die Nachteile des Stands der Technik zu beheben, insbesondere ein einfach handhabbares, auf entsprechende Gussteile leicht umrüstbares und damit flexibleres Verfahren und eine Vorrichtung zum Reinigen von Gussteilen, insbesondere Motorkomponenten, wie Zylinderkurbelgehäusen und Zylinderköpfen, zu schaffen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst, wobei zweckmäßige Weiterbildungen durch die in den Unteransprüchen enthaltenen Merkmale gekennzeichnet sind. Für die Vorrichtung wird die Aufgabe durch die Merkmale des Anspruches 5 gelöst.
Die Erfindung zeichnet sich durch einen zweistufigen Reinigungsvorgang innerhalb einer Strahlkabine aus und erleichtert eine gezielte Reinigung auch komplexer Innenräume in Folge von multifunktional positionierbaren Düsen. Diese sind hierzu zweckmäßiger Weise verstellbar auf Düsenleisten angebracht, die vorzugsweise am Gehäuse der Strahlkabine montiert und vorzugsweise in den drei Raumachsen verstellbar montiert sind. Die geeignete Positionierung der Düsen über Düsenhalter erfolgt unter Zwischenschaltung von Zwischenadaptern, die zwischen die Düsenhalter setzbar sind.
In einer ersten Stufe wird auf einem Strahltisch das Zylindergehäuse insbesondere auf einer geeignet angepassten Aufnahmeplatte positioniert und in eine Kabine eingefahren, die dann verschlossen wird. Dann erfolgt der erste Reinigungsvorgang, bei welchem Strahlmittel unter hohem Druck in die Öffnungen der Innenräume des Zylinderkurbelgehäuses bzw. des Gussteils eingestrahlt werden, wobei durch mehrfaches Aufprallen an den Innenwänden der Innenräume die Reinigung erfolgt. Das Zylinderkurbelgehäuse wird dann wieder aus der Strahlkabine über den Tisch herausgefahren, neu positioniert, insbesondere um 180° gewendet, wieder in die Kabine eingefahren und dann erneut gestrahlt.
Erfindungsgemäß ergibt sich eine kompakte Strahlanlage, die es erlaubt, Innenräume von Gussteilen, insbesondere von Zylinderkurbelgehäusen mit einer Taktzeit kleiner 40 Sekunden zu reinigen. Die Reinigungsvorrichtung zeichnet sich durch große Flexibilität hinsichtlich der zu strahlenden Öffnungen als auch der unterschiedlichsten Gussteile aus. Die Anordnung der Strahldüsen erlaubt eine vollständige Nutzung der Energie des Strahlgutes für die Reinigung der Innenräume des Bauteils.
Die Erfindung zeichnet sind insbesondere als Einstationen-Maschine mit kompakter Flexibilität und raumsparender Bauweise für Strahlkammer und Infrastruktur zur Strahlmittelzufuhr und Reinigung des Strahlmittels bei hoher Zugänglichkeit aus. Die Maschine weist ein Minimum an bewegten Teilen auf, woraus ein geringer Verschleiß und geringe Instandhaltungskosten resultieren. Ferner zeichnet sich die Vorrichtung durch geringe Rüstzeiten beim Wechsel auf andere Typen aus, was insbesondere durch den neu gestalteten Düsenaufbau erfolgen kann. Keinen Verschleiß gibt es an den Düsenleisten durch kompletten Schutz im Strahlraum durch geeignete Zwischenadapter und Düsenhalter.
Nachfolgend wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung beschrieben. Darin zeigen in rein schematischer Darstellung
1 eine Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Reinigungsvorrichtung;
2 eine Schnittansicht der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Darstellung des Innenaufbaus;
3 eine Teildarstellung einer Düsenleiste mit daran angeordneten Düsenhaltern gem. der Reinigungsvorrichtung nach den 1 und 2;
4 eine Schnittansicht eines zu reinigenden Zylinderkurbelgehäuses sowie
5 eine weitere Ansicht des in 4 dargestellten Gehäuses.
In 1 ist mit 1 eine Strahlkabine für die Reinigung eines Gussteils, insbesondere eines Zylinderkurbelgehäuses, bezeichnet, welches im dargestellten Ausführungsbeispiel auf einem Stützrahmen mit vier Stützfüßen angeordnet ist. Das zu reinigende Bauteil wird auf einem Strahltisch 2 geeignet angeordnet, der im dargestellten Ausführungsbeispiel horizontal, bei Bedarf jedoch auch vertikal verfahrbar ist. Über diesen Strahltisch 2 wird das zu reinigende Zylinderkurbelgehäuse in die Strahlkabine 1 eingebracht. Die Strahlkabine 1 weist bodenseitig einen Auffangtrichter 3 auf, in welchem das Strahlmittel für die Reinigung des Gehäuses aufgefangen wird.
Hierbei wird insbesondere metallisches Strahlmittel verwendet. Am Trichterboden bei 4 schließt eine Leitung 5 für die Strahlmittelrückführung an, welche hier aus einem horizontal verlaufenden Abschnitt 5a, einen vertikal verlaufenden Abschnitt 5b und einen wieder horizontal verlaufenden oberen Abschnitt 5c gebildet ist. Das rückgeführte Strahlmittel wird in einen Windsichter 6 eingeführt, von wo es in einen Bunker 7 gelangt, unter dem sich eine Anzahl von Strahlkesseln 8, hier insgesamt 10 Strahlkessel befinden, die über schematisch dargestellte Ventile separat zugeschaltet werden können. Die Strahlkessel 8 sind jeweils durch Strahlschläuche 9 mit der Strahlkabine 1 verbunden und zwar münden sie in die besser aus den 2 und 3 ersichtlichen Düsenhalter 10, von denen mehrere in geeignetem Abstand zu einander auf einer Düsenleiste 11 angeordnet sind. Im dargestellten Ausführungsbeispiel sind insgesamt zwei Düsenleisten 11 vorgesehen. Jeder Düsenhalter 10 ist mit einem Strahlschlauch 9 verbunden und nimmt jeweils eine Strahldüse 12 auf. Bei Bedarf kann jeder Düsenhalter auch mehr Strahldüsen aufnehmen.
Die in 1 dargestellte Strahlkabine 1 ist kammerartig aufgebaut und weist beidseitig verriegelbare Schiebetüren 13 auf. Diese Schiebetüren 13 sind zur Wartung und zur Einstellung der sich innerhalb der Strahlkabine 1 befindenden Strahldüsen 12 vorgesehen.
Die in 1 links dargestellte Eingabeöffnung wird durch eine am Strahltisch 2 angesetzte Strahltür 14 geschlossen, wobei das Schließen mit dem Einfahren des Strahltisches 2 über einen nur schematisch links dargestellten Antrieb 15, etwa in Art eines Schubkolbengetriebes, erfolgt. Auf dem Strahltisch 2 ist eine geeignete Aufnahmeplatten 16 vorgesehen oder montiert, die an die Zylinderbohrungen des zu reinigenden Zylinderkurbelgehäuses 17 angepasst und ausgerichtet ist und das Zylinderkurbelgehäuse 17 in der notwendigen Strahlposition hält. Zweckmäßigerweise weist die Aufnahmeplatte 16 hierzu Aussparungen auf, die an das zu positionierende Zylinderkurbelgehäuse angepasst und auswechselbar ist.
Die Zufuhr des Zylinderkurbelgehäuses 17 auf den Strahltisch 2 erfolgt durch eine geeignete Zuführeinrichtung bzw. Manipulator, der hier in Art eines mehrarmigen Gelenkmechanismus 18 bzw. Roboters ausgebildet ist.
2 zeigt das schematisch nur blockartig dargestellte Zylinderkurbelgehäuse 17 nach Einfahren in die Strahlkabine 1. Aus 2 ist ersichtlich, dass die Düsenleisten 11 in der Strahlkabinenwand 19 gelagert sind, wobei eine Düsenleiste bodenseitig und eine Düsenleiste oben, also oberhalb des zu reinigenden Zylinderkurbelgehäuses angeordnet ist, so dass Strahlmittel geeignet in die zu reinigenden Innenräume gestrahlt werden kann.
3 zeigt im Detail, gleichwohl in rein schematischer Darstellung, den Düsenaufbau. Durch Pfeile ist gekennzeichnet, dass jede Düsenleiste relativ zur Strahlkabine 1 vertikal und horizontal verfahrbar ist, um geeignet auf die Öffnungen der zu reinigenden Innenräume des Zylinderkurbelgehäuses ausgerichtet zu werden. Bei Bedarf ist die Düsenleiste 11 auch in Längsrichtung der Düsenleiste verschiebbar, wie durch Pfeil in 3 gekennzeichnet ist. Diese Verfahrbarkeit bzw. Verstellbarkeit erfolgt über an sich bekannte geeignete Einrichtungen, die hier nicht dargestellt werden müssen.
Im dargestellten Ausführungsbeispiel weist die Düsenleiste 11 am oberen Ende einen V-förmigen Führungsabschnitt auf, auf dem die entsprechend konfigurierten Düsenhalter 10 aufgesetzt sind, welche jeweils die Strahldüsen 12 tragen. Der geeignete Abtand der Strahldüsen bzw. Düsenhalter 10 zu einander erfolgt durch Anordnung von produktspezifischen Zwischenadaptern 15, die gleichfalls auf der Düsenleiste 11 angeordnet werden und entsprechende V-Form am oberen Ende aufweisen. Diese Zwischenadapter sind mit den Bezugszeichen 20 gekennzeichnet. Nach Anordnung der Düsenhalter auf der Düsenleiste 11 und Anordnung der entsprechenden Abstands-Zwischenadapter 20 wird über einen Druckblock 21 Druck aufgebaut, so dass der beschriebene Aufbau aus Düsenhaltern und Zwischenadaptern 20 gegen einen auf der Düsenleiste 11 montierten Festanschlag 22 gedrückt und somit die Düsenhalter 10 auf der Düsenleiste 11 fest und zwar in ausgerichteter Position für die Reinigung montiert sind.
Die 4 und 5 zeigen einen zu reinigenden Gussblock, hier Zylinderkurbelgehäuse 17. Daraus sind die Zylinderbohrungen 23 sowie die zu reinigenden Innenräume, insbesondere Kanäle für Wasser oder Öl, die hier mit 24 und 25 bezeichnet sind, ersichtlich, wobei auf die entsprechenden Ausgangsöffnungen in den Zylinderblöcken die Düsenhalter mit den daran angeordneten Düsen 12 ausgerichtet werden. Dies ergibt sich aus der Darstellung in 4, wobei 4 einen Schnitt A-A von 5 darstellt.
Der Reinigungsvorgang läuft wie folgt ab: Der Strahlprozess ist hierbei in zwei Zyklen aufgegliedert. Der erste Zyklus beginnt mit dem Einladen des Zylinderkurbelgehäuses 17 durch den Manipulator 18 auf dem Strahltisch 2. Hierbei zeigt die Brennraumfläche nach unten. Nach Positionierung des Gehäuses 17 wird der Strahltisch 2 in die Kabine 1 eingefahren und werden die Düsen auf die zu reinigenden, also zu strahlenden Durchtritte durch die Kopfplatte des sog. Dop-Decks 25 bzw. der Ölkanäle 24 am Kurbelgehäuse 17 ausgerichtet. Nach dem Ausrichten der Düsen auf die entsprechenden Öffnungen zur Reinigung der Innenräume 24 und 25 und dem Schließen der Kabine beginnt der erste Strahlgang, in dem durch Druckluft beschleunigtes metallisches Strahlmittel aus den Strahlkesseln 8 über die Schläuche 9 in die Strahldüsen 12 transportiert und von dort aus mit hoher Strahlenergie in die zu reinigenden Öffnungen gelangt. Das Strahlmittel trifft dabei auf die zu reinigende Gusswand der Innenräume und reinigt diese. Durch Abprallen des Strahlmittels von einer Gusswand zur gegenüberliegenden Gusswand wird dieser Prozess bis zum kompletten Abbau der Strahlenergie des Strahlmittels wiederholt. Die Dauer des Strahlvorganges wird über die Druckluft und die Strahlmittelzufuhr in geeigneter Weise gesteuert. Aufgrund der gegenseitigen Beeinflussung von Strahldüsen beim Strahlen in nahe zusammen liegende Öffnungen gleicher Innenräume ist es notwendig, dass ein geeigneter Abstand zwischen den Strahldüsen 12 gewählt wird, so dass sich das Strahlmittel nicht gegenseitig in Folge Zusammenstöße in seiner Wirkung aufhebt. Dies wird durch die Zwischenschaltung der Adapter 20 erreicht.
Falls der Strahlvorgang im ersten Zyklus beendet ist, wird der Strahltisch 2 wieder über den Antrieb 15 aus der Strahlkabine 1 gefahren. Es beginnt nunmehr der zweite Zyklus. Hierzu greift der Manipulator 18 das Zylinderkurbelgehäuse 17 an, dreht es vertikal um 180° und setzt es wieder in der Aufnahmeplatte 16 ab. Nach entsprechender Positionierung des Gehäuses auf dem Tisch 2 wird dieser wieder in die Kabine 1 eingefahren. Dadurch wird die Kabine durch die Tür 14 verschlossen. Durch eine gezielte Auswahl der Düsenpositionen, was geeignet durch Ventile und ggf. auch durch entsprechende Anordnung der Düsenhalter erreicht wird, werden bisher noch nicht gestrahlte Öffnungen im zweiten Zyklus ausgestrahlt. Diese Vorgehensweise nutzt die symmetrische Anordnung der zu strahlenden Öffnungen um die Mitte der Zylinder sowie den konstanten Zylinderabstand eines Zylinderkurbelgehäuses. Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung können die Düsen so eingestellt werden, dass sie für den ersten und zweiten Zyklus nicht neu positioniert werden müssen, vielmehr wird lediglich durch gezielte Auswahl der Düsenpositionen der zweiten Zyklus durchgeführt wird, was natürlich vom Aufbau des zu reinigenden Gussteils abhängig ist.
Nach Abschluss dieses zweiten Strahlgangs wird das Zylinderkurbelgehäuse wieder mittels des Tisches 2 und des Antriebs 15 aus der Strahlkabine 1 gefahren und der Manipulator 18 entnimmt das gereinigte Zylinderkurbelgehäuse 17, wodurch der Reinigungsvorgang beendet ist.
Zusammen mit der flexiblen Positionierung der Strahldüsen auf der Düsenleiste ist die Maschine in der Lage die unterschiedlichsten Strahlpositionen für diverse Typen von Zylinderkurbelgehäusen zu erreichen. Die entsprechende Umrüstung ist sehr einfach und bedarf lediglich des Aufsetzens der entsprechenden Düsenhalter auf die Düsenleiste und die entsprechende Positionierung und die Abstandsanordnung der Düsenhalter, was über geeignete Zwischenadapter erfolgt, die zwischen den Düsenhaltern auf die Düsenleiste gesetzt werden. Mit der erfindungsgemäßen Erfindungsvorrichtung werden gegossene Innenräume von Zylinderkurbelgehäusen, wie Wassermantel, Ölrücklaufkanäle, Wasserkanäle von Restschmutz aus dem Gießprozess (Restsand und Schlichte) gereinigt, wodurch in hohem Maße die Anforderungen an die Bauteilsauberkeit erfüllt werden können. Anzumerken ist noch, dass die Türen 13 als Schiebetüren ausgebildet sind und auf einer geeigneten Führung, die aus 1 ersichtlich ist, mittels Rollen verfahrbar sind, um für die Düsenpositionierung einen seitlichen Zugang zum Innenraum der Kabine 1 zu ermöglichen.

Claims

Verfahren zum Reinigen von Innenräumen von Gussteilen, insbesondere Innenräume von Zylinderkurbelgehäusen, zur Entfernung von aus dem Gießereiprozess anfallenden Rückständen, insbesondere Sand- und Schlichterückstände, so wie zur Entfernung von Gussdefekten, wie Blattrippen und Vererzungen u. dgl., dadurch gekennzeichnet, dass Innenräume des Zylinderkurbelgehäuses in einer ersten Stufe innerhalb einer geschlossenen Strahlkabine durch unter Druck zugeführtes Strahlmittel über Strahldüsen in die Öffnungen der zu reinigenden Innenräume geführt wird, dass nach Beendigung des Strahlvorgangs das Zylinderkurbelgehäuse aus der Strahlkabine herausgenommen und auf einem Strahltisch umgesetzt wird, und zwar vorzugsweise um 180°, und dass das Zylinderkurbelgehäuse in dieser Position erneut in die Kabine eingeführt wird, und dass das in der Kabine positionierte Zylinderkurbelgehäuse in einer zweiten Stufe mit unter Druck zugeführtem Strahlmittel beaufschlagt wird, welches über entsprechende Öffnungen in die zu reinigenden Innenräume geführt, und dass nach dem Strahlvorgang das Zylinderkurbelgehäuse wieder aus der Strahlkabine herausgenommen wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im ersten und zweiten Strahlvorgang das Strahlmittel, vorzugsweise metallisches Strahlmittel, mit hoher Strahlenergie in die zu reinigenden Räume eingeführt wird, so dass durch mehrfaches Abprallen der eingeführten Strahlräume an den Wänden der Innenräume die Reinigung der Innenräume erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass in der ersten und zweiten Stufe das Zylinderkurbelgehäuse außerhalb der Strahlkabine auf einem Strahltisch positioniert und nach dem Positionieren in die Strahlkabine zum Zwecke des Strahlens eingeführt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sowohl im ersten wie auch im zweiten Strahlvorgang die Strahldüsen über entsprechende Düsenhalter gezielt auf die Öffnungen der Innenräume ausgerichtet werden.
Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung einen von außen in die Strahlkabine (1) verfahrbaren Strahltisch (2) aufweist, der eine Aufnahmeplatte zur exakten Positionierung des zu reinigenden Gussteils, insbesondere Zylinderkurbelgehäuses, aufweist und dass an der Strahlkabine (1) Düsenleisten (11) angeordnet sind, die sich in das Innere der Strahlkabine (1) erstecken und auf denen Düsenhalter (10) positionierbar sind, welche die Strahldüsen (12) tragen, so dass die Strahldüsen geeignet auf das zu reinigende Gussteil ausrichtbar sind.
Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass zur Positionierung der Strahldüsen (12) die Düsenleisten (11), von denen eine oder mehrere vorgesehen sind, in allen drei Raumachsen verstellbar sind, und zwar relativ zur Strahlkabine, insbesondere in zwei Achsen verstellbar sind, nämlich vertikal und horizontal.
Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Düsen (12) über die Düsenhalter (10) auf der Düsenleiste (11) in gleichmäßigem Abstand positionierbar sind und zwar vorzugsweise unter Zwischenschaltung von Zwischenadaptern (20).
Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Aufbau aus Düsenhaltern mit den darin aufgenommenen Düsen (12) und den Zwischenadaptern 20 auf der Düsenleiste (11) gegen einen Festanschlag (22) durch einen Anschlagblock (21) festsetzbar ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 8 dadurch gekennzeichnet, dass die Düsen über jeweils den Düsen zugeordnete Strahlschläuche (9) mit Strahlmittel versorgt sind, welches über jeweils an den Strahlschläuchen (9) angeschlossene Strahlkessel (8) herbeiführbar ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Strahlmittel bodenseitig der Kabine (1) über einen Trichter (3) aufgefangen und über Strahlrückführleitungen (5a, 5b, 5c) einem Windsichter (6) und einem Bunker (7) zuführbar sind, von wo sie in die Stahlkessel (8) gelangen.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Strahltisch (2) eine Aufnahmeplatte (16) für die Positionierung des Gussteiles aufweist, wobei der Strahltisch (12) eine Strahltüre (14) aufweist und durch einen Antrieb (15) in die Strahlkabine (1) verfahrbar ist, wobei in eingefahrener Stellung die Strahltüre (14) die Strahlkabine (1) verschließt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlkabine (1) mit Schiebetüren (13) verschließbar ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass zwei Düsenleisten (11) vorgesehen sind, von denen eine innerhalb der Strahlkabine (1) oben und eine innerhalb der Strahlkabine (1) bodenseitig angeordnet ist, so dass das Kurbelbehäuse von beiden Seiten mit Strahlmittel beaufschlagbar ist.