Verfahren und Einrichtung zum Druckgiessen mit Giessharzen
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Einrichtung zum Druckgiessen, insbesondere unter Vakuum, mit unter Zusatz eines Härters härtenden Giessharzen, wobei Härter und Giessharz aus Vorratsbehältern über eine Mischvorrichtung der Form zugeführt werden.
Zum serienweisen Herstellen und Umgiessen von Gegenständen aus unter Zusatz eines Härters erhärtenden Giessharzen hat sich das Druckgiessverfahren als sehr vorteilhaft erwiesen. Bei diesem Verfahren wird die Form gegebenenfalls evakuiert und das bereits mit dem Härter vermischte Giessharz unter Druck in die Form eingespritzt. Der Druck wird beispielsweise erzeugt, indem man in einem kleinen Vorratsbehälter die Oberfläche des Giessharzes unter Druck setzt, wobei die Behältermündung beim Giessen mit dem Einguss der Form verbunden wird. Um ein schnelles Füllen der Form (Leichtflüssigkeit des Giessharzes) und ein schnelles Aushärten, im ganzen gesehen also ein schnelles Aufeinanderfolgen der Giessvorgänge zu erreichen, wird das Harz auf eine hohe Temperatur gebracht. Dies hat aber den Nachteil, dass damit gleichzeitig die Standzeit des mit Härter vermischten Harzes verringert wird.
Bei einem bekannten Verfahren dieser Art werden Giessharz und Härter aus zwei getrennten Vorratsbehältern über eine Mischeinrichtung direkt der Giessform zugeführt. Für das Harz-Härter-Gemisch selbst wird kein Vorratsbehälter verwendet. Hierbei wird das Mischungsverhältnis Harz-Härter über die Niveaus in den beiden Vorratsbehältern geregelt.
Diese Methode ist jedoch ziemlich ungenau bzw. umständlich und hat ausserdem den Nachteil einer Rückwirkung des Giessvorganges auf das Komponentenverhältnis des Gemisches, insbesondere bedingt durch den Rückstau am Ende jedes Giessprozesses
Anderseits ist es bekannt, zwischen die Vorratsbehälter für Harz und Härter und die Mischvorrichtungen sowie hinter diese Mischvorrichtungen Dosiervorrichtungen einzuschalten, um jeweils genau eingestellte Stoffmengen yergiessen zu können. Diese starre Dosierung ist insbesondere beim Guss einer Serie von Gegenständen, deren Volumen innerhalb gewisser Grenzen (Toleranz) schwankt, nachteilig.
Die geschilderten Nachteile werden beim erfindungsgemässen Verfahren dadurch vermieden, dass das mit dem Härter versetzte Giessharzgemisch einem dritten Vorratsgefäss zugeleitet wird, aus dem das Gemisch zum aufeinanderfolgenden Füllen der Formen entnommen wird, wobei die Mischvorrichtung für Giessharz und Härter in Abhängigkeit vom Inhalt des dritten Vorratsgefässes so gesteuert wird, dass laufend und unabhängig vom Giessvorgang jeweils nur die für einen einzigen Giessvorgang benötigte Menge Giessharz mit Härter in dieses Vorratsgefäss eingefüllt wird.
Die Niveaueinstellung im Vorratsbehälter erfolgt in der Regel jeweils zu Beginn des aufeinanderfolgenden Gusses einer Serie volumgleicher Gegenstände unter Berücksichtigung von deren oberer Volumtoleranzgrenze.
Das Merkmal, das jeweils nur die für einen einzigen Giessvorgang benötigte Menge Giessharz-Härter Gemisch in Vorrat gehalten wird, ist-besonders wichtig, da hierdurch vermieden wird, dass grössere Mengen des bereitgestellten Gemisches aushärten und somit für die Produktion verlorengehen. Diese Gefahr besteht insbesondere bei unvorhergesehenen Betriebsunterbrechungen.
Die Erfindung betrifft weiter eine Einrichtung zur Durchführung des neuen Verfahrens, bei der für jede der beiden miteinander zu vermischenden Kom ponenten je ein Vorratsbehälter vorgesehen ist und diese beiden Vorratsbehälter mit einer Mischvorrichtung verbunden sind. Diese Vorrichtung ist erfindungsgemäss dadurch gekennzeichnet, dass der Mischvorrichtung ein dritter Vorratsbehälter für das Gemisch nachgeschaltet ist, der einen in den Eingusstrichter einer Form passenden Ausgusskegel aufweist, und dass weiter zwischen den Vorratsbehältern für die Komponenten und der Mischvorrichtung je eine Dosierpumpe angeordnet ist, wobei diese Dosierpumpen mit verschiedenen Drehzahlen antreibbar sind und der Antrieb mittels eines im dritten Vorratsbehälter angebrachten Niveauschalters regelbar ist.
Wie bereits erwähnt, weisen die bekannten Giess vorrichtungen nachteiligerweise keinen Vorratsbehältere für das Harz-Härter-Gemisch auf. Bei einer solchen bekannten Einrichtung ist die Mischvorrichtung in einem evakuierbaren Behälter angeordnet.
Die Giessformen werden in vakuumdichte Kapseln eingebracht, die mit dem Vakuumbehälter dicht verbindbar sind. Das giessfertige Gemisch wird in freiem Strahl in die Form gefüllt. Hierbei ist es nicht möglich, das Gemisch unter Druck in die Form zu bringen. Es besteht daher, insbesondere beim Umgiessen von Wickeln oder dergleichen, immer die Gefahr der Hohlraumbildung. Dies wird beim Erfindungsgegenstand durch Verwendung dichtend zusammenpassender Eingusstrichter und Ausgusskegel und der hierdurch möglichen Einpressung des Gemisches in die Form sicher vermieden.
Bei einer bevorzugten Ausführung der Erfindung steht die Giessform auf einer heb- und senkbaren Unterlage, deren Fläche in Giessstellung zusammen mit einer Haube die Vakuumkammer für die Form bildet. Vorzugsweise ist die Anordnung so getroffen, dass die Unterlage als durch einen Druckluftzylinder nach oben verschiebbaren Tisch ausgebildet und die Haube in Richtung der Tischbewe- gung gegen die Wirkung einer Feder verschiebbar ist.
Die Haube ist dabei mit einem Führungsteil an der Aussenwand des Vorratsbehälters dicht abschliessend geführt und über eine flexibel angeschlossene Leitung evakuierbar. Die zeitliche Abstimmung der Funktionen ist derart, dass die Haube mit ihrem Rand zuerst dichtend auf die Unterlage zu liegen kommt, wonach die Evakuierung einsetzt und vorzugsweise so lange andauert, bis sich der Eingusstrichter der Form dichtend über den Ausgusskegel des Vorratsbehälters schiebt.
Diese Anordnung ist sowohl im Aufbau als auch in der Funktion bedeutend einfacher als die zuletzt beschriebene bekannte Konstruktion und ermöglicht ausserdem, dass das Giessharz in die vorgängig evakuierte Form unter Druck eingebracht wird, was bei der bekannten Einrichtung nicht möglich ist.
Nachstehend wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung schematisch dargestellten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemässen Einrichtung näher erläutert.
Darstellungsgemäss befindet sich die Giessform 10 für den herzustellenden Gegenstand auf einem Tisch 12, der von einer Hubvorrichtung, beispielsweise einem Pressluftzylinder 14, getragen wird. Oberhalb der Form 10 befindet sich eine Haube 16, welche gegen die Wirkung einer Feder 18 auf der Aussenwand des zylindrischen Vorratsbehälters 20 gleiten kann. Hubzylinder 14 und Vorratsbehälter 20 sind auf einem gemeinsamen Rahmen 21 angeordnet. Der Vorratsbehälter besitzt an seinem unteren Ende einen Ausgusskegel 22, welcher in den Eingusstrichter 24 der Form 10 passt. Ferner mündet in den oberen Teil des Vorratsbehälters eine Druckgasleitung 23, durch welche das Giessharz von oben unter Druck gesetzt werden kann. Der Ausguss des Behälters ist durch ein Kegelventil 26 verschlossen, welches über einem Ventilstössel 28, darstellungsgemäss durch einen Pressluftzylinder 30, betätigt werden kann.
Der Vorratsbehälter 20 ist mit dem zu vergiessenden Giessharz Härter-Gemisch gefüllt.
Der Vorratsbehälter 20 wird durch eine absatzlos (kontinuierlich) arbeitende Giessharz-Härter Mischvorrichtung gespeist. Diese besteht aus einer Dosierpumpe 32 für das Giessharz, einer weiteren Dosierpumpe 34 für den Härter und einer Mischvorrichtung 36 für die von den beiden Dosierpumpen gelieferten Stoffe und den Vorratsgefässen 33 und 35 für Giessharz und Härter. Der Antrieb der beiden Dosierpumpen 32 und 34 erfolgt durch einen gemeinsamen Motor 38, welcher beide Pumpen über die gegebenenfalls erforderlichen Getriebe, darstellungsgemäss über ein Reduziergetriebe 37, antreibt, wobei zusätzlich noch im Antriebszweig der Dosierpumpe 34 für den Härter sich ein weiteres Einstellgetriebe 40 mit einstellbar veränderlicher Dberset- zung befindet.
Die Inbetriebsetzung des Motors 38 und damit der beiden Dosierpumpen, sowie auch der Mischvorrichtung 36 erfolgt durch einen Niveauschalter 42 im Vorratsbehälter 20.
Die Anordnung arbeitet nun wie folgt. Die leere Giessform befindet sich auf dem Tisch 12 in der dargestellten untern Lage. Wird jetzt, sei es von Hand, sei es automatisch, der Giessvorgang eingeleitet, so wird durch den Druckzylinder 14 zunächst der Tisch 12 mit der Giessform 10 nach oben bewegt.
Dabei stösst der Tisch 12 zunächst gegen den Rand der Haube 16, die sich mittels ihres elastischen Randes 44 dicht an die Tischfläche anlegt. Die so aus Tisch 12 und Haube 16 gebildete Vakuumkammer wird durch die Vakuumleitung 46 evakuiert. Gleichzeitig bewegt sich der Tisch weiter nach oben, bis der Eingusstrichter 24 mit dem Ausgusskegel 22 in Berührung kommt. Der Tisch bleibt in dieser Lage stehen, wobei der Druck im Zylinder 14 für eine gute Dichtung zwischen Eingusstrichter und Kegel sorgt. Hat das Vakuum den erforderlichen Wert erreicht, so wird der Giessvorgang durch Öffnen des Kegelventils 26 eingeleitet. Der durch die Leitung 23 auf die Giessharzoberfläche im Gefäss ausgeübte Druck fördert das Harz in die Giessform, bis diese gefüllt ist.
Jetzt wird der Tisch wieder nach unten gefahren, nachdem die Vakuumkammer der Haube 16, sei es automatisch, sei es von Hand, zuvor entlüftet wurde. Die gefüllte Giessform wird durch eine neue ersetzt, und ein neuer Giessvorgang kann eingeleitet werden. Die ausgegossene Form bleibt zum Aushärten stehen, oder kommt beiwarmhärtenden Giessharzen in den Ofen. Der Giessling verbleibt in der Form bis zum Aushärten des Harzes oder zumindestens so lange, bis der Gegenstand ohne Gefahr der nachträglichen Formveränderung aus der Giessform entfernt werden kann. Als Giessformen können Einfach- oder Mehrfachgiessformen verwendet werden. Auf diese Weise kann bei Verwendung einer der Aushärtzeit entsprechenden Zahl von Formen eine ununterbrochene Fertigung erreicht werden.
Das Nachfüllen des Vorratsbehälters 20 erfolgt unabhängig vom Giessvorgang durch die absatzlos arbeitende Mischvorrichtung. Sobald der Stand des Giessharz-Härter-Gemisches im Vorratsbehälter 20 den durch den Niveauschalter bestimmenden Wert unterschritten hat, setzt dieser die Motoren in Betrieb. Die beiden Dosierpumpen fördern Giessharz und Härter in einem durch das veränderliche Einstellgetriebe 40 innerhalb der gegebenen Grenzen beliebig einstellbare Mengenverhältnis. Die Mischvorrichtung liefert das homogen gemachte Giessharz Härter-Gemisch zum Vorratsbehältere, bis in diesem das erwünschte Niveau erreicht ist und der Niveauschalter abstellt.
Auf diese Weise wird erreicht, dass im Vorratsbehälter 20 stets die erforderliche Menge an Gemisch vorhanden ist, wobei die Vorratsmenge zumindest etwas grösser sein muss als das Volumen der Form.
Das Wiederauffüllen ist dabei völlig unabhängig vom Giessvorgang. Dies ist besonders wichtig beim Umgiessen oder Vergiessen von Gegenständen, z. B. von elektrischen Wickeln, Spulen, Kondensatoren, Widerständen usw., da bei diesen das Volumen des zu umgiessenden Gegenstandes innerhalb gewisser Grenzen schwanken kann, und so die benötigte Menge Giessharz verschieden gross ist. Würde man statt dessen bei jedem Giessvorgang zwangläufig eine fest dosierte Menge nachfüllen, so würde sich im Laufe der Zeit das Vorratsgefäss leeren bzw. überlaufen, da sich die Volumenschwankungen der Formen im allgemeinen nicht gegenseitig kompensieren. Anderseits hat die vorliegend beschriebene Vorrichtung den Vorteil, dass stets nur eine Minimalmenge von Giessharz- und Härter gemischt wird. Bei unvorhergesehenem Stillsetzen der Anlage geht beispielsweise nur eine unerhebliche Menge Giessharz zu Verlust.
Dies ist wichtig, da bekanntlich ein einmal angesetztes Giessharz-Härter-Gemisch durchhärtet und nicht wie thermoplastische Stoffe wieder eingeschmolzen werden kann.
Das Giessen erfolgt unter verhältnismässig geringem Druck, der im allgemeinen einige Atmosphären nicht überschreitet. Mit Rücksicht auf diesen geringen Druck können die Formen sehr einfach und billig sein, und beispielsweise aus einem Kunststoff bestehen, was wiederum ihren Preis erheblich verringert.
Der beim Giessen auf das im Vorratsbehälter 20 befindliche Giessharzgemisch ausgeübte Druck kann den Erfordernissen des Giessvorganges und der Giessform angepasst werden. Unter bestimmten Vor aus setzungen kann er bis nahe auf Null verringert werden, solange als er ausreicht, um das Giessharzgemisch in die Form zu befördern.
Selbstverständlich ist die Erfindung nicht auf das in der Zeichnung dargestellte Ausführungsbeispiel beschränkt. So ist es beispielsweise möglich, statt eines gemeinsamen Antriebsmotors getrennte Antriebsmotoren für die beiden Dosierpumpen 32 und 34 vorzusehen, deren Drehzahlen durch geeignete Mittel so aufeinander abgestimmt werden, dass das gewünschte Mischungsverhältnis erhalten wird.
Method and device for die casting with casting resins
The invention relates to a method and a device for die casting, in particular under vacuum, with casting resins which harden with the addition of a hardener, the hardener and the casting resin being supplied to the mold from storage containers via a mixing device.
The die-casting process has proven to be very advantageous for the series production and encapsulation of objects from casting resins which harden with the addition of a hardener. In this process, the mold is evacuated if necessary and the casting resin, which has already been mixed with the hardener, is injected into the mold under pressure. The pressure is generated, for example, by putting the surface of the casting resin under pressure in a small storage container, the container mouth being connected to the pouring of the mold during casting. In order to achieve rapid filling of the mold (light fluidity of the casting resin) and rapid hardening, that is to say, viewed as a whole, rapid succession of the casting processes, the resin is brought to a high temperature. However, this has the disadvantage that it simultaneously reduces the service life of the resin mixed with hardener.
In a known method of this type, casting resin and hardener are fed directly to the casting mold from two separate storage containers via a mixing device. No storage container is used for the resin-hardener mixture itself. The resin-hardener mixing ratio is regulated via the levels in the two storage tanks.
This method, however, is rather imprecise and laborious and also has the disadvantage that the casting process has a retroactive effect on the component ratio of the mixture, in particular due to the back pressure at the end of each casting process
On the other hand, it is known to connect metering devices between the reservoirs for resin and hardener and the mixing devices and behind these mixing devices in order to be able to pour precisely set amounts of substance in each case. This rigid dosage is particularly disadvantageous when casting a series of objects whose volume fluctuates within certain limits (tolerance).
The disadvantages described are avoided in the method according to the invention in that the casting resin mixture mixed with the hardener is fed to a third storage vessel, from which the mixture is removed for successive filling of the molds, the mixing device for casting resin and hardener depending on the contents of the third storage vessel as follows it is controlled that continuously and independently of the casting process, only the amount of casting resin with hardener required for a single casting process is poured into this storage vessel.
The level in the storage container is usually set at the beginning of the successive casting of a series of objects of the same volume, taking into account their upper volume tolerance limit.
The feature that in each case only the amount of casting resin-hardener mixture required for a single casting process is kept in stock is particularly important, since this prevents larger quantities of the mixture provided from hardening and thus being lost for production. This risk arises especially in the event of unforeseen business interruptions.
The invention further relates to a device for carrying out the new method, in which a storage container is provided for each of the two components to be mixed with one another and these two storage containers are connected to a mixing device. According to the invention, this device is characterized in that the mixing device is followed by a third storage container for the mixture, which has a pouring cone that fits into the pouring funnel of a mold, and that a metering pump is also arranged between the storage containers for the components and the mixing device Dosing pumps can be driven at different speeds and the drive can be regulated by means of a level switch installed in the third storage container.
As already mentioned, the known casting devices disadvantageously do not have a storage container for the resin-hardener mixture. In such a known device, the mixing device is arranged in an evacuable container.
The casting molds are placed in vacuum-tight capsules that can be tightly connected to the vacuum container. The ready-to-pour mixture is poured into the mold in a free jet. It is not possible to bring the mixture into the mold under pressure. There is therefore always the risk of cavities being formed, especially when encapsulating coils or the like. In the subject matter of the invention, this is reliably avoided by using pouring funnels and pouring cones that fit together in a sealing manner and the possible pressing of the mixture into the mold as a result.
In a preferred embodiment of the invention, the casting mold stands on a base that can be raised and lowered, the surface of which in the casting position together with a hood forms the vacuum chamber for the mold. The arrangement is preferably such that the base is designed as a table that can be moved upwards by a compressed air cylinder and the hood can be moved in the direction of the table movement against the action of a spring.
The hood is guided tightly with a guide part on the outer wall of the storage container and can be evacuated via a flexibly connected line. The timing of the functions is such that the edge of the hood first comes to lie on the base in a sealing manner, after which the evacuation begins and preferably lasts until the pouring funnel of the mold slides sealingly over the pouring cone of the storage container.
This arrangement is significantly simpler both in structure and in function than the known construction described last and also enables the casting resin to be introduced under pressure into the previously evacuated mold, which is not possible with the known device.
The invention is explained in more detail below with the aid of an exemplary embodiment of the device according to the invention shown schematically in the drawing.
According to the illustration, the casting mold 10 for the object to be produced is located on a table 12 which is carried by a lifting device, for example a compressed air cylinder 14. Above the mold 10 there is a hood 16 which can slide against the action of a spring 18 on the outer wall of the cylindrical storage container 20. Lifting cylinder 14 and storage container 20 are arranged on a common frame 21. The storage container has a pouring cone 22 at its lower end which fits into the pouring funnel 24 of the mold 10. Furthermore, a pressurized gas line 23 opens into the upper part of the storage container, through which the casting resin can be pressurized from above. The spout of the container is closed by a conical valve 26, which can be actuated via a valve stem 28, as shown by a compressed air cylinder 30.
The storage container 20 is filled with the casting resin hardener mixture to be cast.
The storage container 20 is fed by a cast resin-hardener mixing device that operates continuously (continuously). This consists of a metering pump 32 for the casting resin, another metering pump 34 for the hardener and a mixing device 36 for the substances supplied by the two metering pumps and the storage vessels 33 and 35 for casting resin and hardener. The two metering pumps 32 and 34 are driven by a common motor 38, which drives both pumps via the possibly required gears, according to the illustration via a reduction gear 37, with a further setting gear 40 also being adjustable in the drive branch of the metering pump 34 for the hardener variable ratio is.
The motor 38 and thus the two metering pumps as well as the mixing device 36 are started up by a level switch 42 in the storage container 20.
The arrangement now works as follows. The empty casting mold is on the table 12 in the illustrated lower position. If the casting process is now initiated, either by hand or automatically, the table 12 with the casting mold 10 is first moved upwards by the pressure cylinder 14.
The table 12 first strikes the edge of the hood 16, which by means of its elastic edge 44 rests tightly against the table surface. The vacuum chamber formed in this way from table 12 and hood 16 is evacuated through vacuum line 46. At the same time, the table continues to move upwards until the pouring funnel 24 comes into contact with the pouring cone 22. The table remains in this position, the pressure in the cylinder 14 ensuring a good seal between the pouring funnel and the cone. When the vacuum has reached the required value, the casting process is initiated by opening the cone valve 26. The pressure exerted on the casting resin surface in the vessel by the line 23 conveys the resin into the casting mold until it is filled.
Now the table is moved back down after the vacuum chamber of the hood 16 has been vented beforehand, either automatically or manually. The filled casting mold is replaced by a new one and a new casting process can be initiated. The poured shape remains in place to harden, or it is put in the oven with hot-hardening casting resins. The casting remains in the mold until the resin hardens or at least until the object can be removed from the mold without the risk of subsequent change in shape. Single or multiple casting molds can be used as casting molds. In this way, when using a number of molds corresponding to the curing time, uninterrupted production can be achieved.
The refilling of the storage container 20 takes place independently of the pouring process by the stepless mixing device. As soon as the level of the casting resin-hardener mixture in the storage container 20 has fallen below the value determined by the level switch, the latter starts the motors. The two metering pumps convey casting resin and hardener in a quantity ratio that can be set as required by the variable setting gear 40 within the given limits. The mixing device delivers the homogeneous casting resin hardener mixture to the storage container until the desired level is reached in this and the level switch turns off.
In this way it is achieved that the required amount of mixture is always present in the storage container 20, the storage amount having to be at least somewhat larger than the volume of the mold.
Refilling is completely independent of the pouring process. This is particularly important when pouring or potting objects, e.g. B. of electrical windings, coils, capacitors, resistors, etc., since with these the volume of the object to be encapsulated can fluctuate within certain limits, and so the required amount of casting resin is different. If, instead, a fixed amount were to be refilled with every pouring process, the storage vessel would empty or overflow over time, since the volume fluctuations of the molds generally do not compensate each other. On the other hand, the device described here has the advantage that only a minimal amount of casting resin and hardener is mixed. If the plant is shut down unexpectedly, for example, only a negligible amount of casting resin is lost.
This is important because, as is well known, once a casting resin-hardener mixture has been used, it cures through and cannot be melted down again like thermoplastic materials.
The casting is carried out under relatively low pressure, which generally does not exceed a few atmospheres. In view of this low pressure, the molds can be very simple and inexpensive, and for example consist of a plastic, which in turn significantly reduces their price.
The pressure exerted on the casting resin mixture in the storage container 20 during casting can be adapted to the requirements of the casting process and the casting mold. Under certain conditions it can be reduced to almost zero as long as it is sufficient to convey the casting resin mixture into the mold.
Of course, the invention is not limited to the embodiment shown in the drawing. For example, instead of a common drive motor, it is possible to provide separate drive motors for the two metering pumps 32 and 34, the speeds of which are matched to one another by suitable means so that the desired mixing ratio is obtained.