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Die
Erfindung betrifft ein Gießwerkzeug
gemäß dem Oberbegriff
des Patentanspruchs 1.
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Durch
die
DE 195 31 551
A1 ist es bereits grundsätzlich bekannt, bei einem Gießverfahren
mit einer verlorenen Form, zur Herstellung von Gußstücken, aus
Leichtmetall im Anschluß an
den Füllvorgang
der Form eine Druckmasse mit einem Druck von bis zu 1 bar zu beaufschlagen,
um eine entsprechende Gefügeverbesserung
zu erreichen.
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Hierzu
offenbart die
DE 39 38 079 ein
geeignetes Gießwerkzeug,
mit dem unter Zuhilfenahme einer Nachverdichtungseinheit beim sogenanntem
Mitteldruck-Gießverfahren
eine verbesserte Gefügestruktur
eines Gußteiles
erreicht werden soll. Durch die mittels des Stempels auf das Gußmaterial
aufgebrachte Druckkraft wird die Bildung von Lunkern und Poren nahezu
vollkommen ausgeschlossen, so daß beispielsweise am Gußteil geringere
Wandstärken vorgesehen
werden können.
Um dabei an verschiedenen Stellen des Gußteiles eine übereinstimmende Druckkraft
aufbringen zu können,
sind die einzelnen Stempel mittels eines Hydraulikkolbens nach dem Prinzip
der kommunizierenden Gefäße miteinander verbunden.
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Als
nachteilig bei dem beschriebenen Verfahren hat sich im Druckguß erwiesen,
daß das
Gußmaterial
durch das Aufbringen der Druckkraft in den Spalt zwischen dem Stempel
und der Führung
eindringt und dadurch zu einer Beeinträchtigung der Funktion oder
zu einer Beschädigung
des Gießwerkzeuges
führt.
Dieses Problem tritt bei Stempeln mit einer kleinen, kreisförmigen Querschnittsfläche nur
in geringem Umfang auf, so daß die
Geometrie dadurch bereits weitgehend vorbestimmt ist. Die gewünschte Verdichtungszone
wird dabei durch kreisförmige Stempelquerschnitte
nur näherungsweise
erreicht, was in der Praxis zu unbefriedigenden Ergebnissen führt.
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Es
ist bereits daran gedacht worden, zur Vermeidung des Problems die
erforderliche Druckkraft durch einen um eine Schwenkachse drehbeweglich angeordneten
Stempel aufzubringen. Dabei wird an der Schwenkachse eine einfache
Abdichtung realisierbar. Aufgrund des erheblichen zusätzlichen
Aufwandes ist der Einsatz in der Praxis bisher jedoch unterblieben.
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Aus
der
DE 41 14 985 A1 ist
des Weiteren eine Spritzgußmaschine
mit einem in einem Zylinder geführten
Kolben zur Nachverdichtung von in einen Formhohlraum eingebrachter
Schmelze bekannt, die ihrerseits im Bereich eines Ringraumes auch
zur Abdichtung des Kolbens gegenüber
dem Zylinder vorgesehen ist. Der Nachverdichtungskolben ist zumindest
zweiteilig aus einem inneren Kolben und einem diesen umgebenden
Ringkolben ausgebildet, wobei der Ringkolben zum inneren Kolben
relativ verschiebbar vorgesehen ist.
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Schließlich ist
aus der
DE 29 53 435 C2 eine Führung eines
Nachverdichterkolbens mit zwei verschiedenen Querschnittsflächen auszubilden.
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Vor
diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein
Gießwerkzeug
der eingangs genannten Art derart auszuführen, daß dadurch die Herstellung von
Gußteilen
beim Einsatz einer Nachverdichtungseinheit weiter erleichtert und die
Qualität
weiter verbessert wird.
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Diese
Aufgabe wird gelöst
mit einem Gießwerkzeug
gemäß den Merkmalen
des Patentanspruchs 1. Die Unteransprüche betreffen besonders zweckmäßige Weiterbildungen,
der Erfindung.
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Die
Erfindung geht von einem Gießwerkzeug aus,
bei dem der Stempel in Richtung seiner Längsachse zumindest zwei Ausformungen
mit einer voneinander abweichenden Querschnittsfläche aufweist. Hierdurch
wird im Bereich der Ausformungen des Stempels eine Umlenkung des
bei der Druckbeaufschlagung in den Spalt zwischen der Führung und dem
Stempel eintretenden Gußmaterials
erreicht. Dadurch wird ein Austreten des Gußmaterials, dessen Energie
durch die Umlenkung wesentlich vermindert wird, verhindert, so daß insbesondere
Verschleißerscheinungen
verhindert sowie der Aufwand zur Reinigung und Instandhaltung des
Gießwerkzeuges reduziert
werden können.
Die Querschnittsfläche
des Stempels kann dadurch wesentlich vergrößert werden, weil das Austreten
von Gußmaterial
durch den Spalt nicht zu befürchten
ist, so daß dadurch
ein breites Einsatzspektrum erschlossen wird. Weiterhin kann der
Stempel dabei eine von der Kreisform abweichende Querschnittsfläche aufweisen,
um so gezielt die Druckkraft auf eine abgegrenzte Fläche übertragen
zu können.
In erfinderischer Weise wird dieser Effekt noch dadurch verbessert,
daß die
Führung
zumindest einen gegenüber
einem ersten Abschnitt in seinem Querschnitt erweiterten weiteren Abschnitt
aufweist, wobei der Stempel mit den zumindest zwei Ausformungen
gegenüber
dem ersten Abschnitt und dem weiteren Abschnitt mit geringem Abstand
beweglich angeordnet ist. Hierdurch kann ein einheitliches Spaltmaß eingehalten
werden, welches einen zusätzlichen
Schutz gegen das unerwünschte Austreten
des Gußmaterials
bietet. An jeder der so geschaffenen Stufen wird zwischen den aufeinanderfolgenden,
erweiterten Abschnitten eine Umlenkung der Fließrichtung des Gußmaterials
erreicht, um so auch hohe Fließenergien
zuverlässig
abzubauen. Denkbar sind hierzu beispielsweise auch eine Vielzahl
aufeinanderfolgender Einzelstufen, die dadurch bereits bei einer
geringen Erstreckung des Stempels in Richtung seiner Längsachse
das Eindringen von Gußmaterial
in rückwärtige Bereiche
des Gießwerkzeuges
zuverlässig
verhindern.
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Hierzu
ist eine Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Gießwerkzeuges
dadurch besonders gut geeignet, daß die Ausformung durch einen gegenüber dem
Umfang des Stempels hervortretenden Rand gegeben ist. Hierzu weist
ein an sich bekannter Stempel lediglich einen zusätzlichen
Rand auf, der innerhalb des hierfür bestimmten, erweiterten Abschnittes
der Führung
axial beweglich ist. Dadurch läßt sich
in einfacher Weise eine Umlenkung des Gußmaterials im Bereich des hervortretenden Randes
erreichen, wobei sich dem erweiterten Abschnitt der Führung ein
weiterer, beispielsweise auch eingeschränkter Abschnitt anschließen kann,
um so die Gesamtabmessungen des Gießwerkzeuges gering zu halten.
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Die
Ausformungen könnten
hierzu als Labyrinth ausgeführt
sein, um so eine zuverlässige
Abdichtung zu erreichen. Besonders günstig ist es jedoch, wenn die
Ausformung an dem Umfang des Stempels umlaufend angeordnet ist.
Dadurch wird das Gußmaterial,
welches durch den Bewegungsspalt zwischen dem Stempel und den verschiedenen Abschnitten
der Führung
eindringt, über
den Umfang des Stempels gleich verteilt umgelenkt, so daß dadurch
keine Verlagerung des Stempels, verursacht durch abweichende Druckkräfte, auftreten
kann.
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Eine
andere besonders zweckmäßige Weiterbildung
wird dadurch erreicht, daß zwischen
aufeinanderfolgenden Ausformungen des Stempels ein unstetiger Übergang
vorgesehen ist. Hierdurch wird der Fluß des Gußmaterials wirkungsvoll, beispielsweise
durch die Bildung einer turbulenten Strömung, behindert und dadurch
ein wesentlicher Anteil der Energie umgewandelt, so daß ein Austreten
des Gußmaterials
durch den Spalt zwischen dem Stempel und der Führung hindurch in das Gießwerkzeug ausgeschlossen
ist.
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Hierzu
ist es besonders günstig,
wenn die Ausformungen durch eine Flanke miteinander verbunden sind,
die im wesentlichen senkrecht zu einer Längsachse des Stempels verläuft. Hierdurch
wird an der Flanke eine unstetige Ablenkung des Gußmaterials
erreicht, um so die Energie des Gußstrahles zu verringern. Die
Flanke kann dabei zusätzlich
eine den Energieabbau unterstützende
Oberflächenbeschaffenheit
aufweisen oder auch mit der Längsachse
einen spitzen Winkel einschließen,
um so den Wirkungsgrad weiter zu erhöhen.
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Eine
andere besonders praxisnahe Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung
wird dann erreicht, wenn der Abstand zwischen den Abschnitten der
Führung
und den jeweils zugeordneten Ausformungen des Stempels im wesentlichen übereinstimmt.
Hierdurch wird ein gleichbleibendes Spaltmaß realisiert, durch das in
effektiver Weise der erforderliche Energieabbau realisiert werden
kann. Zugleich werden innerhalb des Spaltes Drucksprünge vermieden,
so daß ein
nachteiliger Einfluß auf
den Stempel oder die auf das Gußmaterial
aufzubringende Druckkraft verhindert werden.
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Besonders
sinnvoll ist es auch, wenn der Stempel eine von einer Kreisform
abweichende Querschnittsfläche
aufweist. Im Hinblick auf die durch die Gußform erreichbare Gestaltung
wird dadurch eine Geometrie realisierbar, die an die gewünschte Verdichtung
des Gußmaterials
in Teilbereichen des Gußstückes in
optimaler Weise anpaßbar ist.
Es können
somit Verdichtungszonen geschaffen werden, die nach dem Stand der
Technik bisher ausgeschlossen waren, so daß die Eigenschaften des späteren Gußstückes in
entscheidender Weise verbessert werden können.
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Dabei
erweist es sich auch als besonders zweckmäßig, wenn der Stempel eine
auf die Formgebung abgestimmte Oberflächenbeschaffenheit aufweist,
um auf diese Weise auf die Beschaffenheit des späteren Bauteiles den gewünschten
Einfluß zu
nehmen. Die Oberflächenbeschaffenheit
des Stempels entspricht in seiner insbesondere gewölbten Kontur beispielsweise
dem Verlauf einer Kurbelwellenlagergasse.
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Die
Erfindung läßt zahlreiche
Ausführungsformen
zu. Zur weiteren Verdeutlichung ihres Grundprinzips ist eine davon
in der Zeichnung dargestellt und wird nachfolgend beschrieben. Diese
zeigt in
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1 einen
Stempel des erfindungsgemäßen Gießwerkzeuges
in einer teilweise geschnittenen Vorderansicht;
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2 einen
Teilbereich des in 1 dargestellten Gießwerkzeuges
in einer vergrößerten Seitenansicht;
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3 eine
für den
in 1 gezeigten Stempel bestimmte Führung.
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1 zeigt
einen Stempel 1 eines erfindungsgemäßen Gießwerkzeuges 2 in einer
teilweise geschnittenen Seitenansicht. Zu erkennen ist eine Halterung 3,
in deren Aufnahme 4 der Stempel 1 zum Gebrauch
eingesetzt wird. Der Stempel 1 hat einen unteren gestuften
Teilbereich 5, welcher zusätzlich vergrößert dargestellt
ist. Um einem zwischen dem Stempel 1 und einer in 3 gezeigten
Führung 10 eindringenden
Gußmaterial
einen Widerstand entgegenzusetzen, hat der Stempel 1 mehrere
Ausformungen 6, 7, welche eine stufenartig vergrößerte Querschnittsfläche aufweisen.
Die Ausformungen 6, 7 sind dabei durch eine Flanke 8 miteinander
verbunden, die im wesentlichen senkrecht zu einer Längsachse 9 des
Stempels 1 ausgerichtet ist. Dadurch wird das Gußmaterial
mehrfach an der Flanke 8 und den Ausformungen 6, 7 umgelenkt,
womit ein Abbau eines wesentlichen Teiles der Energie verbunden
ist. Daher wird das Gußmaterial
durch die Ausformungen 6, 7 zuverlässig daran
gehindert, aus dem Gießwerkzeug 2 auszutreten.
Mit dem erfindungsgemäßen Gießwerkzeug 2 können daher
problemlos auch solche nach dem Stand der Technik nicht realisierbare
Geometrien verwirklicht werden, die von einer einfachen Kreisform
abweichen und eine vergleichsweise große Querschnittsfläche aufweisen,
ohne daß dabei
eine erhöhte
Gefahr eines Gußmaterialaustritts besteht.
Insbesondere kann die Geometrie des Stempels 1 auf die
gewünschte
Verdichtungsfläche abgestimmt
werden, wodurch sich die Qualität
eines nicht dargestellten Gußstückes deutlich
verbessern läßt.
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Ergänzend zeigt 2 den
unteren Teilbereich 5 des Stempels 1 in einer
Seitenansicht. Erkennbar wird dabei der im wesentlichen rechteckige Querschnitt
des Stempels 1, der so eine effektivere Verdichtung des
Gußmaterials
ermöglicht.
Hierzu sind die Ausformungen 6, 7 am Umfang des
Stempels 1 umlaufend angeordnet.
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3 zeigt
eine für
den in 1 gezeigten Stempel 1 bestimmte Führung 10 in
einer geschnittenen Seitenansicht. Die Führung 10 hat zwei
Abschnitte 11, 12, gegenüber denen der in 1 gezeigte
Stempel 1 mit seinen Ausformungen 6, 7 mit geringem
Abstand beweglich einsetzbar ist. Durch diese gestufte Anordnung
der Ausformung 6, 7 wird das zwischen dem Stempel
und der Führung 10 eintretende Gußmaterial
wirkungsvoll verzögert
und dadurch eine Beschädigung
rückwärtiger Teile
des Gießwerkzeuges
verhindert.
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- 1
- Stempel
- 2
- Gießwerkzeug
- 3
- Halterung
- 4
- Aufnahme
- 5
- Teilbereich
- 6
- Ausformung
- 7
- Ausformung
- 8
- Flanke
- 9
- Längsachse
- 10
- Führung
- 11
- Abschnitt
- 12
- Abschnitt