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Die Erfindung betrifft ein Gusswerkzeug nach dem Oberbegriff von Patentanspruch 1 sowie ein Verfahren zum Druckgießen nach dem Oberbegriff von Patentanspruch 6.
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Solche Werkzeuge und Verfahren sind allgemein bekannter Stand der Technik.
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Beim Druckgießen von metallischen Bauteilen wird eine Metallschmelze über ein System von Angussleitungen unter Überdruck in eine Kavität eines Druckgusswerkzeugs gepresst, wo die Schmelze erkaltet und in der gewünschten Form erstarrt. Überschüssige Schmelze wird durch Überlaufleitungen in Überlaufkammern, so genannte Überlaufbohnen abgeleitet. Um den Fluss der Schmelze in die Kavität zu erleichtern und Blasenbildung zu vermeiden, wird das Druckgusswerkzeug in der Regel durch Vakuumleitungen evakuiert. Ein solches Druckgusswerkzeug ist beispielsweise aus der
DE 196 39 053 A1 bekannt.
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Sollen in einer Fertigungsanlage unterschiedliche Druckgussbauteile gefertigt werden, so wird üblicherweise für jedes Druckgussbauteil gesondert ein Druckgusswerkzeug bereitgestellt. Da solche Werkzeuge sehr aufwändig sind, führt dies zu hohen Investitionskosten. Jedes Werkzeug benötigt zudem ein eigenes System von Anguss- und Überlaufleitungen, in welchen bei jedem Gussvorgang ebenfalls Metallschmelze erstarrt, welche unter beträchtlichem Aufwand wieder entfernt und neu eingeschmolzen werden muss. Zudem muss der Guss der unterschiedlichen Bauteile nacheinander beziehungsweise in getrennten Fertigungsanlagen stattfinden, was einen hohen logistischen Aufwand bedingt.
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Zum gleichzeitigen Gießen mehrerer Druckgussbauteile sind ferner so genannte Mehrfachformen bekannt. Diese umfassen mehrere Kavitäten, die über komplex geformte, verzweigte Systeme von Anguss- und Überlaufleitungen verfügen. Auch bei solchem Werkzeugen erstarrt eine große Menge Metallschmelze in den jeweiligen Anguss- und Überlaufleitungen, so dass auch hier der Aufwand zur Entfernung des überschüssigen Metalls beträchtlich ist. Das erstarrte Metall muss anschließend neu aufgeschmolzen werden, wozu eine große Menge Energie aufgewendet werden muss. Aufgrund der verzweigten, baumartigen Leitungssysteme sind solche Mehrfachformen zudem besonders groß und schwer.
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Der vorliegenden Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, ein Gusswerkzeug nach dem Oberbegriff von Patentanspruch 1 sowie ein Verfahren nach dem Oberbegriff von Patentanspruch 6 bereitzustellen, welche eine kostengünstige und einfache Herstellung von Druckgussbauteilen in einer Fertigungsanlage ermöglichen.
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Diese Aufgabe wird durch ein Gusswerkzeug mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie durch ein Verfahren zum Druckgießen mit den Merkmalen des Patentanspruchs 6 gelöst.
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Erfindungsgemäß ist bei einem solchen Gusswerkzeug vorgesehen, dass wenigstens eine Überlaufleitungen zwei Kavitäten des Gusswerkzeugs miteinander verbindet. Es handelt sich also um eine Mehrfachform, bei welcher die Gusssysteme der beiden Kavitäten nicht, wie aus dem Stand der Technik bekannt, vollständig voneinander getrennt sind. Über die Überlaufleitung kann vielmehr Metallschmelze zwischen den beiden Kavitäten überströmen.
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In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung mündet die wenigstens eine Angussleitung des Gusswerkzeugs in die erste Kavität. Im Gegensatz zum Stand der Technik sind also keine getrennten Angussleitungssysteme für die beiden Kavitäten vorgesehen, sondern der Anguss erfolgt ausschließlich über die erste Kavität. Die Befüllung der zweiten Kavität erfolgt über die die beiden Kavitäten verbindende Überlaufleitung. Durch den Wegfall eines komplexen, verzweigten Angussleitungssystems ist ein solches Gusswerkzeug besonders kompakt. Im Vergleich zu bekannten Mehrfachformen erstarrt zudem weniger Schmelze im Angussbereich, so dass weniger Metall zurückgewonnen und neu aufgeschmolzen werden muss. Durch die geringe Metallmenge, die pro Guss eingesetzt werden muss, kann ein solches Gusswerkzeug besonders kostengünstig und energiesparend betrieben werden.
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Vorzugsweise weist die erste Kavität ein größeres Volumen auf als die zweite Kavität. Dies erleichtert die Befüllung der zweiten Kavität mit Metallschmelze, da durch das größere Volumen der ersten Kavität der Fluss der Metallschmelze von der wenigstens einen Angussleitung in die beiden Kavitäten erleichtert wird.
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Vorzugsweise ist sowohl der ersten als auch der zweiten Kavität wenigstens eine weitere Überlaufleitung zugeordnet, welche die jeweilige Kavität mit einer jeweiligen Überlaufkammer verbindet. Diese Überlaufkammern, so genannte Überlaufbohnen, nehmen nicht nur überschüssige Metallschmelze auf, sondern auch in der Schmelze gelöste Oxide und Verunreinigungen und beruhigen zudem die Strömung der in die Kavitäten gepressten Metallschmelze. Durch die Variation von Anzahl und Anordnung solcher Überlaufkammern kann der Fluss der Metallschmelze optimal an die Geometrie der Kavitäten angepasst werden, so dass eine besonders hohe Gussqualität erzielt werden kann.
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Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Druckgießen von Bauteilen, welches sich erfindungsgemäß dadurch auszeichnet, dass eine zum Gießen verwendete Metallschmelze über wenigstens eine Überlaufleitung aus einer ersten Kavität eines Gusswerkzeugs in eine zweite Kavität des Gusswerkzeugs geleitet wird. Hierdurch entfällt die Notwendigkeit, die Metallschmelze direkt in die zweite Kavität einzupressen, so dass mittels dieses Verfahrens zwei Gussbauteile gleichzeitig und mit besonders geringem Aufwand hergestellt werden können. Verglichen mit der Verwendung konventioneller Mehrfachformen verbleibt hierbei deutlich weniger Metallschmelze im Angusssystem, so dass weniger Energie zum erneuten Aufschmelzen benötigt wird. Wichtige den Gießprozess beeinflussende Größen, wie beispielsweise die Fließgeschwindigkeit der Front der Metallschmelze, die Temperaturverteilung innerhalb der Kavitäten, sowie der Druckverlauf während der Befüllung des Gusswerkzeugs, können zudem bei einem solchen Verfahren besonders präzise gesteuert werden.
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In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird vor und/oder während des Befüllens des Gusswerkzeugs mit Metallschmelze das Gusswerkzeug über wenigstens eine Vakuumleitung evakuiert, welche mit der zweiten Kavität verbunden ist. Befüllung und Evakuierung des Gusswerkzeuges erfolgen also von entgegengesetzten Enden des Gusswerkzeuges her. Dies erleichtert das Fliessen der Schmelze durch die beiden Kavitäten. Durch die Evakuierung wird die in den Kavitäten, sowie im Anguss- und Überlaufsystem des Gusswerkzeuges enthaltene Luft zudem gründlicher entfernt als bei passiven Systemen, bei denen die Luft lediglich durch den Druck der eingepressten Schmelze durch Entlüftungskanäle verdrängt wird. Damit wird die Bildung von Luftblasen, die zu Lunkern und Mikroporositäten im Gussbauteil führen können, zuverlässig vermieden.
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Vorzugsweise wird überschüssige Metallschmelze aus der ersten und/oder zweiten Kavität über zugeordnete weitere Überlaufleitungen in jeweilige Überlaufkammern geleitet. Hierdurch wird der Fluss der Metallschmelze beruhigt, sowie überschüssige Metallschmelze und in der Schmelze gelöste Gase und Metalloxide aus den Kavitäten abgeführt, was zu einer besonders guten Qualität der Gussbauteile führt.
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Im Folgenden wird die Erfindung und ihre Ausführungsformen anhand der Zeichnung näher erläutert. Die einzige Figur zeigt hierbei eine schematische Draufsicht auf ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Gusswerkzeugs.
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Ein im Ganzen mit 10 bezeichnetes Gusswerkzeug zum Druckgießen von Bauteilen umfasst zwei Kavitäten 12, 14, in welchen eingepresste Metallschmelze in der gewünschten Form erstarren kann. Die erste, größere Kavität 12 ist mit Angussleitungen 16 eines Angussleitungssystems 18 verbunden.
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Beim Giessen wird die Metallschmelze mittels eines in der Figur nicht gezeigten Gießkolbens einer Gießmaschine über die Angussleitungen 16 in die Kavität 12 eingepresst. Durch die hohe Anzahl von Angussleitungen 16 wird eine homogene Fliessfront der Metallschmelze beim Eindringen in die Kavität 12 sichergestellt.
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Die Metallschmelze füllt zunächst die erste Kavität 12 zu einem überwiegenden Teil, bis die Fliessfront eine Überlaufleitung 20 erreicht. Die Überlaufleitung 20 verbindet die erste Kavität 12 mit der zweiten, kleineren Kavität 14. Über die Angussleitungen 16 nachströmende Metallschmelze füllt schließlich gleichzeitig den verbleibenden Bereich der ersten Kavität 12 und die zweite Kavität 14. Das Gusswerkzeug 10 ermöglicht also das gleichzeitige Giessen zweier Bauteile in einem einzigen Gusswerkzeug 10 mit einem einzigen Angussleitungssystem 18.
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Sowohl die erste Kavität 12 als auch die zweite Kavität 14 ist über weitere Überlaufleitungen 22 mit jeweiligen Überlaufkammern 24, so genannten Überlaufbohnen, verbunden. Diese können gegebenenfalls über weitere Leitungen 26 miteinander verbunden sein. Die Überlaufkammern 24 nehmen überschüssige Metallschmelze sowie in der Schmelze gelöste Verunreinigungen und Metalloxide auf. Gleichzeitig wird durch die Überlaufkammern 26 der Fluss der Metallschmelze durch die Kavitäten 12, 14, sowie die Druckverhältnisse in den Kavitäten 12, 14 beeinflusst. Durch geeignete Wahl der Anzahl, Geometrie und Anordnung der Überlaufkammern 24 kann daher der Befüllungsvorgang der Kavitäten 12, 14 optimiert werden.
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Vor oder während der Befüllung der Kavitäten 12, 14 wird das Gusswerkzeug 10 über eine oder mehrere Vakuumleitung 28 evakuiert. Diese mündet auf der dem Angussleitungssystem 18 abgewandten Seite des Gusswerkzeugs 10 in die zweite Kavität 14. Die Evakuierung des Gusswerkzeugs beugt der Bildung von Gasblasen, Lunkern und Mikrokavitäten in den fertigen Gussbauteilen vor. Solche Gaseinschlüsse reduzieren nicht nur die Festigkeit der fertigen Gussbauteile, sondern stören auch bei nachfolgenden Wärmebehandlungsschritten. Durch die Anordnung von Angusssystem 18 und Vakuumleitung 28 auf entgegengesetzten Seiten des Gusswerkzeugs 10 ist eine fortgesetzte Evakuierung auch während des Befüllens der Kavitäten 12, 14 mit Metallschmelze möglich, so dass über die Vakuumleitung auch aus der Metallschmelze ausgasende Substanzen entfernt werden können.
