DE10039589A1 - Vorrichtung zum Druckgiessen von metallischen Formkörpern - Google Patents

Abstract

Um eine Vorrichtung zum Druckgießen von metallischen Formkörpern zu erhalten, mit welcher wesentlich kürzere Zykluszeiten möglich sind und insbesondere bei Temperaturen des metallischen Materials >= 500 DEG C wirtschaftlich gearbeitet werden kann, wird vorgeschlagen, daß diese Vorrichtung ein Aufbereitungsaggregat zum Aufbereiten eine metallischen Materials bei Temperaturen >= 500 DEG C zu einer fließfähigen Masse enthält, außerdem eine Akkumulationszone zum Akkumulieren einer vorgegebenen Menge an fließfähigem, metallischen Material, ein Einspritzaggregat, ein Druckgießwerkzeug und einen Strömungskanal mit einer Austrittsdüse, wobei der Stömungskanal das Einspritzaggregat mit dem Druckgießwerkzeug verbindet und eine von dem Einspritzaggregat getrennte Verschlussvorrichtung mit einem Verschließelement vorhanden ist, mit welchem die Düse nach dem Einspritzen verschließbar ist, wobei die Verschlussvorrichtung werkzeugseitig angeordnet ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Druckgießen von metallischen Formkör­ pern mit einem Aggregat zum Aufbereiten eines metallischen Materials bei Tempe­ raturen ≧ 500°C zu einer fließfähigen Masse, einer Akkumulationszone zum Akku­ mulieren einer vorgegebenen Menge der fließfähigen Masse, mit einem Einspritzag­ gregat, einem Druckgießwerkzeug und einem Strömungskanal mit einer Austrittsdü­ se, wobei der Strömungskanal das Einspritzaggregat mit dem Druckgießwerkzeug verbindet. Die Düse wird nach dem Einspritzen des Materials verschlossen, das metallische Material im Werkzeug gekühlt und verfestigt, danach das Druckgieß­ werkzeug geöffnet und das Formteil entformt.

Die eingangs genannte Vorrichtung ist beispielsweise aus der WO 97/21509 be­ kannt.

Der Verschluss der Düse wird hierbei durch Einfrieren des in der Düse zunächst noch fließfähigen vorhandenen metallischen Materials als Pfropfen realisiert. Beim nächsten Druckgießvorgang wird der Pfropfen aus der Düse herausgedrückt und muss von einem sogenannten Pfropfenfänger aufgefangen und aus der Vorrichtung ausgetragen werden.

Da das Arbeiten mit metallischem Material in fließfähigem Zustand hohe Arbeitstem­ peraturen erfordert und eine Vielzahl von mit dem vorliegenden Verfahren verarbeit­ baren metallischen Materialien in diesem Zustand an Luft brennen oder zumindest leicht oxidieren, darf ein Druckaufbau in dem Aufbereitungsaggregat nicht erfolgen, solange der Pfropfen die Düse nicht sicher verschließt. Ein Unsicherheitsfaktor bleibt jedoch immer, da der Pfropfen nur so weit halten darf, dass er beim nächsten Ein­ spritzvorgang noch aus der Düse herausgedrückt werden kann.

Die Vorrichtung gemäß der EP 0 765 198 A1 verwendet eine vertikal angeordnete Schnecke in der schmelzflüssig zugeführtes Material in den thixotropen Zustand ab­ gekühlt und in eine Formkavität eingespritzt wird. Die Technologie wird im Zusam­ menhang mit weit unter 500°C schmelzenden Metalllegierungen beschrieben. Um zu verhindern, dass schmelzflüssiges metallisches Material aus der Düse der Schneckenmaschine austritt, wird hier vorgeschlagen, die Düse der Schneckenma­ schine mit einem federbelasteten Ventil zu verschließen, wobei die Feder im Innern angeordnet ist und mit dem schmelzflüssigen Material in Berührung steht. Die Feder stützt sich dabei im Bereich der Düsenöffnung ab.

Nachteilig bei dieser Lösung ist aber, dass bei dem verwendeten federbelasteten Verschluss ein Flattern der Feder bei unterschiedlichen Belastungszuständen vor­ kommen kann und dass zur Verwirklichung unterschiedlicher Staudrücke die Federn ausgewechselt werden müssen. Trotz solcher Anpassungsmaßnahmen herrschen bei den Verschlüssen je nach Betriebsbedingungen unterschiedliche Kräfteverhält­ nisse, und die Zuverlässigkeit des Verschlusses bleibt fraglich. Für höher schmel­ zende Legierungen mit einer Solidustemperatur ≧ 500°C, wie z. B. Magnesium- und Aluminiumlegierungen, ist diese Vorrichtung nicht geeignet, da die Feder aufgrund der schnell einsetzenden Relaxationsvorgänge im Material der Feder ermüdet und die Verschließfunktion in kürzester Zeit erheblich beeinträchtigt wird. Dies würde zumindest einen extrem häufigen Wechsel der Feder verlangen, der unwirtschaftlich ist und extreme Stillstandszeiten der Druckgießvorrichtung bedingen würde.

Außerdem würden sich in Abhängigkeit des Verschleiß- oder Ermüdungszustands der Feder sowie der Temperaturführung unterschiedliche Kräfteverhältnisse erge­ ben, die von der Feder nicht ausgeglichen werden könnten.

Aus diesen Gründen ist ein wirtschaftliches und sicheres Arbeiten nach diesem Verfahren in einem Temperaturbereich ≧ 500°C nicht zu verwirklichen.

In der US-A-5,983,976 wird die Abkehr von der Verwendung von thixotropem Mate­ rial empfohlen und flüssiges, d. h. vollständig geschmolzenes metallisches Material verwendet. Als Alternative zu dem passiven Verschließen der Düse (siehe z. B. WO 97/21509) wird vorgeschlagen, diese mittels einer Platte, die zwischen Düsenöffnung und Werkzeug eingeschoben werden muss, zu verschließen. Vor dem Einspritzen des metallischen Materials muß dann die Platte entfernt und das gesamte Auf­ bereitungs- und Einspritzaggregat in Richtung zum Druckgießwerkzeug verfahren werden, um ein dichtes Anliegen der Düse an dem Werkzeug zu erreichen. Um überhaupt eine Dichtigkeit zu erreichen muss das Einspritzaggregat mit großer Kraft gegen die Verschlussplatte gepresst werden.

Als weitere Alternative wird in der US-A-5,983,976 vorgeschlagen einen Verschluss­ stempel koaxial in einem als Einspritzaggregat verwendeten Druckgießzylinder als Teil des Kolbens auszubilden, wobei der Stempel beim Einspritzen zurückgezogen gegen die Stirnfläche des Kolbens ruht und mit diesem mitbewegt wird und am Ende des Einspritzhubes des Kolbens die Düsenöffnung verschließt. Beim Dekompres­ sionshub des Kolbens verbleibt der Stempel in seiner Schließstellung und sichert die Düsenöffnung, während der Kolben alleine in seine zurückgezogene Position verfah­ ren wird. Erst für den nachfolgenden Einspritzvorgang wird der Stempel zurückge­ zogen und die Düsenöffnung freigegeben.

Nachteilig bei der ersten Lösung ist, daß zum Verschließen der Düse zunächst eine Trennung von Düsenöffnung und Druckgießwerkzeug erfolgen muß und dabei nahe­ zu zwangsläufig flüssiges metallisches Material austreten muß. Daneben kann die Ausbildung von Pfropfen aus verfestigtem Metall nicht ausgeschlossen werden. Da für ein ausreichendes Abdichten das Aufbereitungs- und Einspritzaggregat mit ent­ sprechendem Druck gegen das Werkzeug gepresst werden muß, ist ein vorzeitiger Verschleiß der betroffenen Anlagenteile (Düse und werkzeugseitige Angießbuchse) vorprogrammiert.

Die zweite Lösung vermeidet zwar diese Probleme, ist jedoch auf bestimmte Aufbe­ reitungs- und Einspritzvorrichtungen und die Verarbeitung von vollständig aufge­ schmolzenem Metall limitiert. Außerdem wird der Aufbau des Einspritzaggregats sehr komplex und der in dem Druckgießzylinder verbleibende Anteil an fließfähigem metallischem Material ist relativ groß.

Die Steuerung des Verfahrensablaufs ist in beiden Fällen ebenfalls komplex, so dass Zykluszeiten unter 30 sec nicht realisierbar sind.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Vorrichtung zum Druckgießen von metallischen Formkörpern vorzuschlagen, mit welcher wesentlich kürzere Zyklus­ zeiten möglich sind und insbesondere bei Temperaturen des metallischen Materials ≧ 500°C wirtschaftlich gearbeitet werden kann.

Diese Aufgabe wird beider eingangs beschriebenen Vorrichtung erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass eine von der Einspritzvorrichtung getrennt vorgesehene Ver­ schlussvorrichtung mit einem Verschließelement zum aktiven Verschließen der Düse vorhanden ist, wobei die Verschlussvorrichtung werkzeugseitig angeordnet ist.

Das aktive Verschließen der Düse nach dem Einspritzen mittels einer gesondert vor­ zusehenden Verschlussvorrichtung erlaubt ein unabhängiges Arbeiten auf Seiten des Aufbereitungsaggregats, beispielsweise einer Schneckenmaschine, und das Ansam­ meln von aufbereiteter fließfähiger Masse unmittelbar nach Abschluss des Einspritz­ vorganges, wobei nicht mehr abgewartet werden muss, bis der Anteil an fließfähigem Material in der Einspritzdüse bis zur Verfestigung zum Verschlusspfropfen abgekühlt ist und somit das Druckgießwerkzeug gegenüber dem Materialaufbereitungsaggregat abgeschottet ist (passives Verschließen). Vielmehr wird erfindungsgemäß eine kon­ trollierte und auf den zeitlichen Ablauf des Gesamtprozesses abgestimmte Steuerung der Verschlussfunktion vorgenommen, so dass jederzeit definierte Verhältnisse vorlie­ gen.

Dies erlaubt vor allem ein paralleles Aufbereiten und Dosieren einerseits und Ent­ formen und Vorbereiten der Form für den folgenden Einspritzzyklus andererseits. Das Aufbereiten der fließfähigen Masse kann insbesondere kontinuierlich durchge­ führt werden.

Im Gegensatz zu den Lösungen der US-A-5,973,976 kann mit dem erfindungsgemä­ ßen Verfahren auch thixotropes Material verarbeitet und Pfropfenbildung sicher ver­ mieden werden.

Besonders bevorzugt ist es, wenn die Düse benachbart zur Formkavität des Druck­ gießwerkzeuges angeordnet wird, da damit ein minimaler Anguß seitens des Form­ körpers und damit ein minimaler Materialverlust realisiert werden kann. Falls die baulichen Gegebenheiten der Form es zulassen, kann die Düse praktisch direkt an­ grenzend zur Formkavität angeordnet werden.

Erfindungsgemäß kann jetzt erstens während dem weiteren Abkühlen des in das Druckgießwerkzeug eingespritzten Materials bis zur Entformung des fertigen Form­ körpers und während dem Vorbereiten der Form für den folgenden Einspritzzyklus unabhängig von diesem Vorgang erneut fließfähige Masse in dem Aufbereitungsag­ gregat aufbereitet und einer Akkumulationszone zugeführt werden, so dass sich die beiden beim vorliegenden Druckgießverfahren als die am zeitaufwendigsten heraus­ stellenden Vorgänge oder Teilvorgänge in großem Umfang überlappend durchführen lassen und nicht nacheinander alternierend durchgeführt werden müssen. Damit ist ein im wesentlichen kontinuierlicher Betrieb realisiert.

Zweitens kann die sonst notwendige Pfropfenbildung in der heißen Düse keinen Einfluß mehr auf des Zeitpunkt, zu dem die Form geöffnet werden kann, nehmen. Dadurch lässt sich der Zeitpunkt zum Öffnen der Form optimal gewählt werden, so dass sich die Probleme mit sogenannten Heißrissen und offenen Lunkern vermin­ dern. Die Entformung vereinfacht sich ebenfalls.

Insgesamt erhält man eine bessere Teilequalität bei gleichzeitigen erheblichen Zeit­ einsparungen und einer deutlich verkürzten Zykluszeit.

Bei einer Verfahrensweise wird die Düse unmittelbar nach dem Einspritzen ver­ schlossen, so dass unmittelbar nach dem Einspritzen das Aufbereitungsaggregat, beispielsweise die Schneckenmaschine, weiterhin fließfähige Masse aufbereiten, und in die Akkumulationszone fördern kann. Dies gilt insbesondere für den Fall der Herstellung dünnwandiger Formteile. Damit wird quasi eine kontinuierliche Aufbe­ reitung von fließfähiger Masse mittels der Schneckenmaschine möglich und die Ka­ pazität des Aufbereitungsaggregats, z. B. einer Schneckenmaschine, bezüglich der Aufbereitung an fließfähiger Masse maximal ausgenutzt.

Bevorzugt kann nach dem Einspritzen des metallischen Materials in das Werkzeug für eine vorgegebene Zeitspanne ein Nachdruck angewandt und die Düse erst nach Ablauf dieser Zeitspanne verschlossen werden.

Da die Zeitspannen für das Anwenden von Nachdruck in der Regel sehr kurz sind, wird dadurch zum einen der Vorteil der Anwendung des Nachdrucks (Ausgleich von Volumenverminderung beim Abkühlen) beibehalten und andererseits eine allenfalls geringe Verlängerung der Zykluszeit in Kauf genommen.

Auch hier kann man deshalb noch eine im wesentlichen kontinuierliche Betriebswei­ se des Aufbereitungsaggregats, beispielsweise der Schneckenmaschine, zur Aufbe­ reitung des metallischen Materials und dessen Akkumulierung in der Akkumulations­ zone realisieren.

Durch die werkzeugseitige Anordnung der Verschlussvorrichtung kann man das Ein­ spritzaggregat einfacher und kostengünstiger produzieren. Gegenüber der in der US- A-5,983, 976 vorgeschlagenen Lösung kann man lange Verfahrwege für das Verschließelement vermeiden, was mit zur Verkürzung der Zykluszeit beiträgt.

Dabei bieten sich hierfür mehrere Varianten an, die weiter unten noch näher erläutert werden. Zum einen kann die Verschlussvorrichtung in einer häufig zwischen Einspritzaggregat und Druckgießwerkzeug verwendeten sogenannten Aufspann­ platte angeordnet werden, zum anderen kann die Verschlussvorrichtung, mindestens zu Teilen, in dem Druckgießwerkzeug selbst angeordnet sein.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung weist vorzugsweise eine Schneckenmaschine als Aufbereitungsaggregat auf. Diese kann als eine Mehrschneckenmaschine ausgebil­ det sein. Mehrschneckenmaschinen erlauben eine besonders kontrollierte Aufberei­ tung des metallischen Materials zu einer fließfähigen Masse. Darüber hinaus ist mit einer Mehrschneckenmaschine insbesondere auch das Einmischen und Einarbeiten von Legierungsbestandteilen, anderen Additiven, z. B. Verstärkungsstoffen, Füllstof­ fen etc. einfach und kontrolliert möglich.

Besonders bevorzugt sind Vorrichtungen mit einer Schneckenmaschine, welche eine dichtkämmende Doppelschneckenmaschine mit gleichsinnig drehenden Schnecken ist. Bei dieser Schneckenmaschine erhält man besonders gut definierte Transport­ leistungen und Durchmischungen der aufbereiteten Materialien.

Insbesondere bei den Mehrschneckenmaschinen empfiehlt es sich als Einspritzag­ gregat einen der Schneckenmaschine nachgeschalteten Druckgießzylinder zu ver­ wenden.

Bei der Einschneckenmaschine kann die Schnecke der Schneckenmaschine als Schubschnecke ausgebildet werden und somit selber als Einspritzaggregat dienen.

Die Ausführung der Verschlussvorrichtung selber wurde bislang noch nicht ange­ sprochen. Bevorzugt weist diese eine Nadel oder einen Stempel auf, welche in der Verschlussvorrichtung verschieblich gelagert sind und in einer ersten, zurückgezo­ genen Position die Öffnung der Düse freigeben und in einer zweiten, vorgeschobe­ nen Position die Öffnung der Düse verschließen.

Bevorzugt wird das Verschließelement für die Düse von der Werkzeugseite her be­ tätigt. Dies bedeutet, dass das Verschließelement in der zurückgezogenen Position werkzeugseitig lagert und beim Bewegen in die Verschließstellung gegen die Dü­ senaustrittsöffnung gefahren wird. Hierbei bieten sich prinzipiell zwei Varianten an. Bei der ersten Variante wird das Verschließelement konzentrisch zur Düsenöffnung gelagert und verschoben. Bei der zweiten Variante wird das Verschließelement in einem Winkel zu der Achse der Düsenbohrung gelagert und verschoben, beispiels­ weise in Querrichtung. Die zweite Variante bietet einen größeren Gestaltungsspiel­ raum beim Bau des Werkzeugs. Völlig unabhängig ist man beim Werkzeugbau, wenn das Verschließelement von der zwischen der Austrittsstelle des Einspritzag­ gregats und dem Werkzeug angeordneten Aufspannplatte aufgenommen wird.

Geeignete Verschlusselemente sind neben der bereits zuvor aufgeführten Nadel auch Bolzen, Blenden, Drehschieber und Kugelhahnen, wobei letztere sich insbe­ sondere für Verschlussvorrichtungen eignen, die in die Aufspannplatte eingebaut werden.

Wenn als Verschlusselement für die Düsenöffnung eine Nadel oder ein Stempel verwendet wird, dann wird diese(r) eine Schließbewegung ausführen, die der Fließ­ richtung des metallischen Materials beim Einspritzen entgegengesetzt ist.

Beispielsweise kann ein Schließbolzen, der quer zur Strömungsrichtung des metalli­ schen Materials verschieblich in der Aufspannplatte gelagert wird, verwendet werden oder ein Drehbolzen mit einer mit dem Strömungskanal bzw. der Düsenöffnung fluchtenden Bohrung.

Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird die Schne­ ckenmaschine mit horizontal geneigter Maschinenachse angeordnet, so dass der Akkumulationsvorgang von fließfähiger Masse in der Akkumulationszone durch die Schwerkraft unterstützt wird.

Bevorzugt wird vorgesehen, dass der Strömungskanal die Akkumufationszone der Schneckenmaschine direkt mit der Düsenöffnung verbindet.

Alternativ kann vorgesehen sein, dass der Strömungskanal zwischen dem der Akku­ mulationszone benachbarten Teil und dem zur Düse benachbarten Abschnitt eine Verzweigung aufweist, welche eine Fließverbindung zu dem Druckgießzylinder schafft.

In diesem Fall wird der Druckgießzylinder vorzugsweise koaxial zu dem benachbart zur Düse angeordneten Abschnitt des Strömungskanals angeordnet.

Bevorzugt weist die Düse eine Heizvorrichtung auf, so dass die fließfähige Masse, die hinter der Düse im Strömungskanal während der Akkumulation von fließfähiger Masse in der Akkumulationszone ansteht, auf gleichbleibender Temperatur und ins­ besondere auf einer Temperatur, wie sie die aufbereitete fließfähige Masse aufweist gehalten werden kann.

Bevorzugt werden hier als Heizvorrichtung keramische Widerstandsheizbänder oder gewendelte Flachrohrheizpatronen oder induktive Spulen als von außen wirkende Heizelemente eingesetzt. Bringt man die Heizelement im Innern des Düsenkörpers an, so empfehlen sich sogenannte Heiztorpedos.

Weiter bevorzugt werden bei dieser Variante die Heizvorrichtungen der Düse mit Temperatursensoren versehen, welche im Düsenkörper angeordnet sind. So lässt sich eine möglichst nahe an der fließfähigen Masse stattfindende Temperaturmes­ sung durchführen.

Diese und weitere Vorteile der Erfindung werden im Folgenden anhand der Zeich­ nung noch näher erläutert. Es zeigen im Einzelnen:

Fig. 1 ein Zykluszeitdiagramm des erfindungsgemäßen und eines herkömmlichen Druckgießverfahrens;

Fig. 2 eine erfindungsgemäße Druckgießvorrichtung mit einer Schubschnecken­ maschine;

Fig. 3 ein vergrößertes Detail einer Verschlussvorrichtung der Druckgießvorrichtung der Fig. 2;

Fig. 4 eine alternative Verschlussvorrichtung zu Fig. 3;

Fig. 5 eine Variante der alternativen Verschlussvorrichtung in Fig. 4;

Fig. 6 eine zweite Variante der alternativen Verschlussvorrichtung in Fig. 4.

Fig. 1 zeigt ein Zykluszeit-Diagramm A sowie ein Zykluszeit-Diagramm B für ein Druckgießverfahren, bei dem metallisches Material in einer Schneckenmaschine als Aufbereitungsaggregat zu einer fließfähigen Masse aufbereitet und in einer Akkumu­ lationszone akkumuliert wird. Nachdem eine vorgegebene Menge des metallischen Materials aufbereitet und akkumuliert ist, wird die fließfähige Masse über einen Strö­ mungskanal mit einer Austrittsdüse in ein Druckgießwerkzeug eingespritzt.

In Fig. 1 zeigt das Diagramm A die einzelnen Verfahrensschritte eines Druckgieß­ zyklus gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren in einer bevorzugten Ausgestal­ tung und das Diagramm B ein hierzu korrespondierendes Diagramm mit den Verfah­ rensschritten eines herkömmlichen Druckgießverfahrens.

Beide Zykluszeit-Diagramme A und B beziehen sich auf einen Druckgießvorgang für denselben Formkörper aus einer Magnesiumlegierung, z. B. ein Gehäuseteil eines elektronischen Geräts, mit einer Masse von 400 g. Verwendet wird in beiden Fällen eine Einschneckenmaschine mit einer Schubschnecke.

Bei dem erfindungsgemäßen Zykluszeit-Diagramm A wird ausgegangen von einer Situation, in der von der in das Druckgießwerkzeug einzuspritzenden Magnesium­ legierung ein bereits ausreichender Vorrat in fließfähiger Form in der Akkumulations­ zone der Schneckenmaschine angesammelt (dosiert) wurde.

In einem ersten Schritt Aa wird zum Einspritzen der fließfähigen Magnesiumlegie­ rung in das Druckgießwerkzeug die Düse am Ende des Strömungskanals geöffnet, was weniger als 500 ms benötigt.

Der Einspritzvorgang Ab selbst muss mit sehr hoher Schussgeschwindigkeit erfolgen und benötigt lediglich ca. 10 ms bis 120 ms, im vorliegenden Fall ca. 50 ms.

Im direkten Anschluss an den Einspritzvorgang Ab wird noch ein sogenannter Nach­ druck Ac aufrechterhalten, um den Volumenschwund der in der Druckgießform erkal­ tenden Magnesiumlegierung auszugleichen. Der Zeitbedarf hierfür beträgt ca. 40 ms bis 1500 ms, je nach Wandstärke des hergestellten Formteils und Erstarrungsge­ schwindigkeit des metallischen Materials, im vorliegenden Fall ca. 500 ms. Letztere ist abhängig von Werkzeugtemperatur, Massetemperatur, Wärmeübergang etc. Da­ nach wird die Düse in weniger als 500 ms geschlossen (Schritt Ad).

Sobald die Düse geschlossen ist, kann das Aufbereitungsaggregat von dem Druck­ gießwerkzeug getrennt werden und die Kühlung Ae des Formkörpers in dem Werk­ zeug forciert werden. Mit der Kühlung (Schritt Ae) kann zeitgleich mit dem Schließen der Düse (Schritt Ad) begonnen werden.

Sobald die Düse durch die Verschlussvorrichtung sicher verschlossen ist, besteht keine Gefahr mehr, dass fließfähiges Material aus der Düse austritt. Praktisch un­ mittelbar darauf kann das Dosieren Af durchgeführt werden, während parallel das vom Einspritzaggregat gegebenenfalls getrennte Werkzeug nach Ablauf der erfor­ derlichen Kühlzeit Ae geöffnet werden kann (Schritt Ag), der Formkörper entformt und entnommen (Schritt Ah) und das Werkzeug freigeblasen und mit Trennmittel besprüht (Schritt Ai) und geschlossen (Schritt Aj) wird und so für einen weiteren Druckgießzyklus vorbereitet ist.

Zwischen den Schritten Ai und Aj können bei Bedarf Einlegeteile, wie z. B. Gewinde­ einsätze, in das Werkzeug eingelegt werden.

Die gesamte Zykluszeit beträgt in diesem Fall ca. 22,05 s. Aufgrund der erfindungs­ gemäßen Ausbildung der Düse mit einer Verschlußvorrichtung zum aktiven Ver­ schließen der Düsenöffnung kann die Aufbereitung, d. h. das Plastifizieren des me­ tallischen Materials fast während der gesamten Zykluszeit A fortgesetzt werden.

Herkömmlich (vgl. z. B. WO 97/21509) muss ein Zyklus wie in Diagramm B gezeigt gefahren werden. Ein Vorgang zum Öffnen der Düse entfällt hier, da der die Düse schließende, eingefrorene Pfropfen beim Einspritzvorgang aus der Düsenöffnung herausgedrückt und von einem Pfropfenfänger aufgefangen wird.

Nach dem Einspritzen Ba und dem Aufbringen des Nachdrucks Bb wird wieder ein Verschlusspfropfen aus dem metallischen Material in der Düse eingefroren (Schritt Bc), während parallel die Kühlung des Werkzeugs vorgenommen wird. Der Pfrop­ fenbildungs- und Kühlschritt Bc ist erheblich länger als der Schritt Ae, da neben dem Pfropfen auch das Material des erheblich größeren Angusses gekühlt werden muss. Erst nach der Pfropfenbildung und einem Dekompressionshub Bd zur Entlastung des Pfropfens kann die Plastifizierung Be in dem Aufbereitungsaggregat wieder auf­ genommen werden. Am Ende des Plastifiziervorganges Be wird bei noch geschlos­ senem Werkzeug erneut ein Dekompressionshub Bf durchgeführt, um zu verhindern, daß der Pfropfen unbeabsichtigt aus der Düse herausgedrückt wird. Aus Sicher­ heitsgründen sollte erst danach das Werkzeug geöffnet (Schritt Bg) und der Form­ körper entformt und entnommen (Schritt Bh) werden. Daran schließt sich das Freiblasen und Einsprühen des Werkzeugs mit Trennmittel (Schritt Bi) und das Wie­ derverschließen (Schritt Bj) desselben an, bevor ein neuer Zyklus ablaufen kann. Während dem gesamten Plastifizierschritt Be muss das Werkzeug mit dem Aufberei­ tungsaggregat verbunden bleiben um eine ausreichende Sicherheit für die Umge­ bung der Druckgießvorrichtung im Falle eines nicht ausreichend fest sitzenden Ver­ schlusspfropfens zu bieten.

Das Nachlaufen oder Spritzen der Düse stellt eine Gefährdung für den Maschinen­ bediener dar und/oder kann zu einer Beschädigung von peripheren Geräten, wie z. B. Entnahme- und Sprühgerät führen.

Dies behindert die Parallelisierung der Vorgänge Plastifizieren Be sowie Entnahme Bf und Blasen/Sprühen Bi, so daß die bei dem herkömmlichen Verfahren benötigte Zykluszeit für dieses Beispiel ca. 32,65 s beträgt.

Die bereits im vorliegenden Beispiel erkennbaren erheblichen Unterschiede in der Zykluszeit vergrößern sich noch bei höheren Schussmassen (Bauteilgewicht + An­ gießsystem und Entlüftung).

In den Fig. 2 bis 6 werden nun bevorzugte Ausführungsformen der erfindungs­ gemäßen Vorrichtung zur Durchführung des vorbeschriebenen Verfahrens näher erläutert.

In Fig. 2 ist eine schematische, teilweise aufgebrochene Darstellung einer insge­ samt mit dem Bezugszeichen 10 versehenen Vorrichtung zum Druckgießen von metallischen Formkörpern mit einer Schneckenmaschine 12 zum Aufbereiten eines über eine Aufgabevorrichtung 14, vorzugsweise mit Unterfütterung, eindosierten metallischen Materials zu einer fließfähigen Masse.

In der Schneckenmaschine 12 wird metallisches Material in an sich bekannter Weise auf die erforderliche Temperatur gebracht und plastifiziert und zu einer ausgangs­ seitig angeordneten Akkumulationszone 16 transportiert und dort akkumuliert. So­ bald in der Akkumulationszone eine vorgegebene Menge des metallischen Materials angesammelt wurde, kann mit einem Einspritzvorgang die Formkavität eines Druck­ gießwerkzeugs 18 über einen von der Akkumulationszone der Schneckenmaschine zu dem Werkzeug 18 führenden Strömungskanal 20 befüllt werden. Der Strömungs­ kanal 20 mündet mit einem Endabschnitt 24 mit einer zylindrischen Bohrung 25 in eine Düse 22, welche mechanisch mittels einer Verschlussvorrichtung (hier nicht dargestellt) verschließbar ist.

Bevorzugt wird, wie in Fig. 2 angedeutet, der Strömungskanal 20 bis möglichst nahe an die Formkavität des Werkzeugs 18 herangeführt um den Angußkegel des Form­ körpers möglichst klein zu halten.

Die Verschlussvorrichtung wird im Zusammenhang mit den Fig. 3 bis 6 näher be­ schrieben.

Bei der in Fig. 2 vorliegenden Ausführungsform ist die Schneckenmaschine 12 mit einem Druckgieß- oder Einspritzaggregat 26 kombiniert, wobei die Schneckenma­ schine das fließfähige metallische Material in fließfähiger Form aufbereitet und dem Einspritzaggregat 26 während des Dosierschritts Af zuführt.

Fig. 3 zeigt im Detail den Endbereich des Strömungskanals 24, der sich mit der Düse 22 durch die nicht gezeigte Aufspannplatte 19 hindurcherstreckt und dort an der stationären Werkzeughälfte 18a endet. Die bewegliche Werkzeughälfte ist in Fig. 3 der Einfachheit halber weggelassen.

In der stationären Werkzeughälfte 18a ist eine Angießbuchse 28 ausgebildet, welche an ihrer der Düsenöffnung der Düse 22 gegenüberliegenden Fläche, eine Scheibe 30 aus gehärtetem Material aufweist. Der Düsenöffnung der Düse 22 abgewandt, weist die Anschließbuchse 28 eine konische Öffnung 32 auf, welche eine Ver­ schlußvorrichtung 34 aufnimmt. Diese beinhaltet eine zentrische Bohrung 36, in­ nerhalb der ein Stempel 38 koaxial zum Endbereich des Strömungskanals 20 ver­ fahrbar ist, um die Öffnung der Düse 22 frei zu geben, bzw. zu schließen. Zwischen der Verschlußvorrichtung 34 und der Angießbuchse 28 verbleibt an einer Stelle ein Fließkanal 40, über den das fließfähige Material aus der Düse 28 in die (nicht ge­ zeigte) Formkavität des Werkzeugs gelangt. Bevorzugt wird die Düse 22 weiter in die stationäre Werkzeughälfte 18a hineinreichen, so daß die Länge des Fließkanals 40 minimiert wird, und damit auch der Anguß minimal wird.

Eine andere Lösung zum Schließen der Düse ist in Fig. 4 gezeigt, bei der der End­ bereich des Strömungskanals 24 mit der Düse 22, die hier der Einfachheit halber als einstückig mit dem Endbereich 24 dargestellt ist, durch zwei Schieberelemente 42, 43, welche zwischen einer vorgeschobenen (in Fig. 4 in durchgezogenen Linien dargestellten Position) und einer zurückgezogenen Position (unterbrochene Dar­ stellung) hin- und herbewegbar sind, geschlossen werden kann. In vorgeschobenem Zustand durchsetzen sie den Innenraum des Strömungskanals 20 wie in Fig. 4a dargestellt und schließen somit den Fließweg für das fließfähige Material. Im zu­ rückgezogenen Zustand (durchbrochene Darstellung) ist der Kanal frei und das fließfähige Material kann ungehindert durch die Düse 22 in das Werkzeug 18, das nur bruchstückhaft dargestellt ist, eintreten.

Fig. 4b zeigt eine Schnittdarstellung die um 90° um die Symmetrieachse des Strö­ mungskanals 20 gedreht ist und verdeutlicht nochmals die Schließfunktion der Schieberelemente 42, 43.

Bei dieser Variante wird der Endbereich 24, des Strömungskanals 20 in der Auf­ spannplatte angeordnet sein, ebenso wie die Schieberelemente 42, 43 und deren entsprechende Betätigungsvorrichtung, die insgesamt dann die Verschlussvorrich­ tung für die Düse 22 bilden.

Fig. 5 zeigt eine weitere Alternative einer Verschlussvorrichtung 46, wobei wiederum der Endbereich 24 des Strömungkanals 20 (die nicht dargestellte Aufspannplatte durchsetzend) mit der Düse 22 an das Werkzeug angrenzt (Werkzeug ebenfalls nicht dargestellt).

Der Endbereich des Strömungskanals 24 wird zum Verschließen der Düse von ei­ nem Schiebebolzen 48 durchsetzt, der quer zum Strömungskanal 20, bzw. dessen Endbereich 24 verschiedlich gelagert ist. In der in Fig. 5 dargestellten Position des Schiebebolzens 48, gibt dieser den Durchtritt für das flüssige Material zur Düsen­ spitze 22 frei. Wird der Bolzen 48 über einen Gelenkmechanismus 50, mittels eines Hydraulikzylinders 52 nach unten bewegt, fährt ein geschlossener Bereich des Schiebebolzens 48 in den Strömungsweg des Endbereiches 24 des Strömungska­ nals 20 ein und blockiert einen weiteren Austritt von fließfähigem metallischen Mate­ rial. Die Düse ist damit von ihrer Rückseite her verschlossen und die Plastifizierung und Dosierung seitens des Aufbereitungs- und Einspritzaggregates kann wiederum unabhängig von den Arbeitsgängen seitens des Werkzeuges vorgenommen werden.

Wiederum ist die Verschlussvorrichtung mit ihren aktiven Teilen im Bereich der Auf­ spannplatte angebracht und somit werkzeugunabhängig. Eine weitere Variante einer erfindungsgemäßen Verschlussvorrichtung ist in Fig. 6 gezeigt, bei der im Endbe­ reich 24 des Strömungskanals 20 quer zum Strömungsweg des Strömungkanals ein Drehbolzen 54 angeordnet ist, welcher eine Bohrung aufweist, welche in einer Dreh­ stellung mit dem Strömungsweg des Endbereichs 24, des Strömungskanals 20 fluchtet. In der Geschlossenstellung, die in Fig. 6a und 6b dargestellt ist, steht diese Bohrung quer zu dem Strömungsweg des Endbereichs 24 und blockiert damit ein weiteres Austreten von fließfähigem Material zur Düse 22 hin. Diese ist damit auf ihrer Rückseite verschlossen und erlaubt wiederum wie die anderen zuvor bespro­ chenen Verschlussvorrichtungen auch ein unabhängiges Arbeiten auf der Werk­ zeugseite, bzw. auf der Seite des Aufbereitungs- und Einspritzaggregats.

Claims (19)

1. Vorrichtung zum Druckgießen von metallischen Formkörpern mit einem Aufbe­ reitungsaggregat zum Aufbereiten eines metallischen Materials bei Temperatu­ ren ≧ 500°C zu einer fließfähigen Masse, einer Akkumulationszone zum Ak­ kumulieren einer vorgegebenen Menge an fließfähigem, metallischem Material, einem Einspritzaggregat, einem Druckgießwerkzeug und einem Strömungska­ nal mit einer Austrittsdüse, wobei der Strömungskanal das Einspritzaggregat mit dem Druckgießwerkzeug verbindet, dadurch gekennzeichnet, dass eine von dem Einspritzaggregat getrennte Verschlussvorrichtung mit einem Verschließ­ element vorhanden ist, mit welchem die Düse nach dem Einspritzen ver­ schließbar ist, wobei die Verschlussvorrichtung werkzeugseitig angeordnet ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Düse be­ nachbart zur Formkavität des Druckgießwerkzeugs angeordnet ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Auf­ bereitungsaggregat eine Schneckenmaschine ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Schnecken­ maschine eine dichtkämmende Doppelschneckenmaschine mit gleichsinnig drehenden Schnecken ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Vor­ richtung einen der Schneckenmaschine nachgeschalteten Druckgießzylinder umfasst.

6. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Schnecken­ maschine eine Schubschnecke umfasst.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Verschließelement der Verschlussvorrichtung entgegen der Einspritzrich­ tung in die Schließposition bewegbar ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Verschluss­ vorrichtung eine Nadel als Verschließelement umfasst, welche in der Ver­ schlussvorrichtung verschieblich gelagert ist und in einer ersten, zurückgezo­ genen Position die Öffnung der Düse freigibt und in einer zweiten, vorgescho­ benen Position die Öffnung der Düse verschließt.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Verschlussvorrichtung ein Verschließelement umfasst, welches quer zum Strömungskanal verschieblich angeordnet ist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Verschließ­ element ein Bolzen, eine Blende oder ein Schieber ist.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Verschlussvorrichtung ein Verschließelement umfasst, welches als Kugel­ hahn oder Drehbolzen ausgebildet ist.

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Verschließelement der Verschlussvorrichtung in einer zwischen dem Strömungskanal und dem Druckgießwerkzeug angeordneten Aufspannplatte aufgenommen ist.

13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Schneckenmaschine mit zur Horizontalen geneigter Maschinenachse angeordnet ist.

14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Strömungskanal die Akkumulationszone der Schneckenmaschine direkt mit der Düsenöffnung verbindet.

15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Strömungskanal zwischen dem der Akkumulationszone benachbarten, Teil und dem zur Düse benachbarten Abschnitt eine Verzweigung aufweist, welche eine Fließverbindung zu dem Druckgießzylinder schafft.

16. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckgieß­ zylinder koaxial zu dem benachbart zur Düse angeordneten Abschnitt des Strö­ mungskanals angeordnet ist.

17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Düse eine Heizvorrichtung umfasst.

18. Vorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizvor­ richtung der Düse Heizpatronen als Heizelemente umfasst.

19. Vorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizvorrich­ tung der Düse Temperatursensoren umfasst, welche im Düsenkörper angeord­ net sind.