DE102012004057B3

DE102012004057B3 - Vorrichtung zum Entlüften einer Gießform

Info

Publication number: DE102012004057B3
Application number: DE201210004057
Authority: DE
Inventors: Wolfgang-Michael Schirm
Original assignee: KSM Castings Group GmbH
Current assignee: KSM Castings Group GmbH
Priority date: 2012-03-02
Filing date: 2012-03-02
Publication date: 2013-03-21
Anticipated expiration: 2032-03-03
Also published as: WO2013127386A1

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Entlüften einer Gießform.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Beim Befüllen einer Form, beispielsweise im Hochdruck- oder Niederdruckguss, beim Kokillenguss oder einem sonstigen Gussverfahren, muss die in der Form befindliche Luft aus der Form entfernt werden, um ein sauberes Gussergebnis ohne Lunker und Porositäten zu erzielen. Dies kann entweder aktiv durch Evakuieren der Form vor dem eigentlichen Füllvorgang, passiv durch Verdrängen der Luft beim Einbringen des Gussmaterials oder durch eine Kombination beider Verfahren erfolgen.
Aus der DE 202 08 464 U1 oder DE 102010020402 B3 sind Ventileinrichtungen in Form sogenannter Chill-Ventile bekannt. Bei dieser Ventileinrichtung erfolgt die Entlüftung der Form durch einen labyrinth- oder waschbrettartigen Spalt in einem blockartigen Ventilkörper aus einem hochleitfähigen Material, wobei nach dem Entfernen der Luft aus der Form Gussmaterial aus der Form in den Spalt im Ventilkörper eintritt und dort einfriert. Damit ist sichergestellt, dass sämtliche Luft aus der Form entfernt und ein zufriedenstellendes Gussergebnis erreicht ist.
Da aufgrund des hohen Druckes bei der Formfüllung Luft und Gussmaterial mit hoher Geschwindigkeit aus der Form austreten, muss der Ventilkörper mit der Spalteinrichtung vergleichsweise lang gebaut werden, damit das Gussmaterial im Ventilkörper einfriert. Zudem tritt aufgrund der hohen Strömungsgeschwindigkeit des Gussmaterials in den Ventilkörper im Einströmbereich ein erhöhter Verschleiß des Ventilkörpers auf.
Um die Strömungsgeschwindigkeit des Gussmaterials unmittelbar vor dem Ventilkörper zu reduzieren und damit die zum sicheren Einfrieren notwendige Baulänge zu verringern, ist es weiterhin bekannt, zwischen Gussform und Ventileinrichtung eine Vorrichtung zur Strömungsreduzierung vorzusehen. Derartige Vorrichtungen weisen labyrinthartige Kanäle auf, die von der verdrängten Luft und von ausgetretenem Gussmaterial durchströmt werden. Dabei sollen diese Kanäle aufgrund ihrer Anordnung, Ausbildung und Dimensionierung für die austretende Luft einen möglichst geringen Strömungswiderstand und für austretendes Gussmaterial einen möglichst hohen Strömungswiderstand aufweisen, so dass aufgrund der reduzierten Strömungsgeschwindigkeit des Gussmaterials ein früheres Einfrieren in der Ventileinrichtung und damit eine verringerte Baulänge der Ventileinrichtung ermöglicht wird.
Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Entlüftung einer Gießform zu optimieren, um so Gussteile, insbesondere Druckgussteile, aus vorzugsweise Aluminium- und Magnesiumlegierungen fertigen zu können, die höchsten Qualitätsansprüchen genügen. Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Vorrichtung zur Entlüftung einer Gießform derart weiterzubilden, dass nicht durch vorzeitiges Zufrieren der Entlüftungskanäle die weitere Entlüftung verhindert wird. Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Vorrichtung zur Entlüftung einer Gießform bereitzustellen, die ohne Kühleinrichtung und ohne Auswerfer auskommt, dabei einfach zu handhaben ist und vergleichsweise wenig Wartungskosten verursacht.
Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Erfindungsgemäß ist eine Vorrichtung zum Entlüften einer Gießform insbesondere in Form eines Chill-Vents vorgesehen, mit zwei einander gegenüberliegenden und zueinander form- und funktionskomplementären Formhälften, die in ihren zueinander weisenden Flächen jeweils eine Mehrzahl von zueinander im Wesentlichen parallel und zur Strömungsrichtung im Wesentlichen quer verlaufenden Stufen aufweisen, dergestalt, dass bei aufeinander gesetzten Formhälften die Stufen einer Formhälfte mit den Stufen der zweiten Formhälfte einen treppenförmigen Spalt mit einem Einlass und einem Auslass ausbilden, durch den beim Füllen der Gießform aus der Form verdrängte Luft und überschüssiges schmelzflüssiges Material strömen kann.
Durch den erfindungsgemäßen treppenförmigen Spalt und die damit einhergehende strömungsoptimierte Geometrie haben Luft und Schmelze über die Länge der Vorrichtung einen Höhenunterschied zu überwinden, wobei die Luft nur einen geringen Widerstand in der Strömung erfährt, die Schmelze dagegen besonders gut innerhalb des treppenförmigen Spalts gebremst wird.
Die einzelnen Stufen des treppenförmigen Spaltes weisen vorzugsweise eine über die Länge der Vorrichtung gleichbleibende Breite auf, wobei die Breite des Einlasses und/oder Auslasses von der Breite des Spaltes verschieden sein kann. Für einige Anwendungsfälle kann es auch sinnvoll sein, wenn sich die Breite einer oder mehrerer Stufen des treppenförmigen Spaltes teilweise über die Länge der Vorrichtung von anderen Stufen des treppenförmigen Spaltes unterscheidet.
Es hat sich herausgestellt, dass eine Kombination der Werkstoffmaterialien, nämlich Wolfram bzw. eine Wolframlegierung für die in Strömungsrichtung gesehen ersten, vorzugsweise ersten drei Stufen und Kupfer bzw. eine Kupferlegierung für die in Strömungsrichtung darauf folgenden Stufen, ein optimales Ergebnis hinsichtlich der Verschleißanfälligkeit und Wärmeableitbarkeit der Vorrichtung ergibt.
Im Übrigen ist es allgemein bekannt und bedarf keiner weiteren Ausführung, dass beidseitig über die Länge der Vorrichtung der Spalt abgeschlossen sein muss. Die Vorrichtung kann dafür vorteilhaft einen beidseitigen Bund aufweisen, der eine entsprechende Abdichtung des Spaltes in seitlicher Richtung ermöglicht. Im Bereich des beidseitig vorhandenen Bundes liegen die beiden Formhälften spaltlos direkt aufeinander.
Selbstverständlich kann die Vorrichtung auch weitere bauliche Elemente aufweisen, beispielsweise Führungselemente zur Ausrichtung der beiden Formhälften zueinander oder Aufnahmen zur Befestigung und Ausrichtung der Vorrichtung innerhalb der Gießform.
Es kann von Vorteil sein, wenn der treppenförmige Spalt mindestens 6, vorzugsweise mindestens 8 aufeinanderfolgende Stufen aufweist.
Es kann vorteilhaft sein, wenn der treppenförmige Spalt höchstens 12, vorzugsweise höchstens 8 aufeinanderfolgende Stufen aufweist.
Es kann zweckmäßig sein, wenn der treppenförmige Spalt wenigstens einen, vorzugsweise einen einzigen Treppenlauf aufweist. Vorliegend werden unter einem Treppenlauf mehrere aufeinanderfolgende Stufen verstanden, die keine Unterbrechung, beispielsweise in Form eines Treppenabsatzes, aufweisen.
Es kann aber auch von Vorteil sein, wenn der treppenförmige Spalt wenigstens einen Treppenabsatz aufweist, also eine Art Plattform, die den Treppenlauf unterbricht und den treppenförmigen Spalt in quasi mehrere kleinere Segmente unterteilt.
Es kann von Vorteil sein, wenn der treppenförmige Spalt eine Treppensteigung mit einem Steigungswinkel von 10 bis 35°, vorzugsweise von 15 bis 20°, ganz bevorzugt von 16 bis 18° aufweist.
Es kann zweckmäßig sein, wenn der treppenförmige Spalt wenigstens eine Setzstufe aufweist, die eine andere Höhe aufweist als eine andere Setzstufe des treppenförmigen Spalts. Die Setzstufe ist quasi in Strömungsrichtung vom Spalteinlass betrachtet der vertikale Teil einer Stufe.
Um den Schmelzestrom möglichst stark abzubremsen, ist es vorteilhaft, wenn wenigstens eine in Strömungsrichtung vordere, vorzugsweise die erste Setzstufe des treppenförmigen Spalts eine größere Höhe aufweist als wenigstens eine der in Strömungsrichtung folgenden Setzstufen des treppenförmigen Spalts.
Es kann vorteilhaft sein, wenn die Höhe der in Strömungsrichtung ersten Setzstufe des treppenförmigen Spalts zwischen 5 und 20 mm, vorzugsweise zwischen 5 und 10 mm, ganz bevorzugt zwischen 7 und 9 mm beträgt.
Es kann von Vorteil sein, wenn die Höhe der in Strömungsrichtung der ersten Setzstufe des treppenförmigen Spalts folgenden Setzstufen zwischen 1 und 10 mm, vorzugsweise zwischen 2 und 7 mm, ganz bevorzugt zwischen 3 und 6 mm beträgt.
Es kann von Vorteil sein, wenn die Länge der Trittstufen des treppenförmigen Spalts zwischen 5 und 20 mm, vorzugsweise zwischen 10 und 18 mm, ganz bevorzugt zwischen 12 und 15 mm beträgt. Die Trittstufe ist quasi in Strömungsrichtung vom Spalteinlass betrachtet der horizontale Teil einer Stufe.
Es kann zweckmäßig sein, wenn die die Lauflänge des treppenförmigen Spalts, gemessen als Gerade zwischen Vorderkante der in Strömungsrichtung gesehen ersten Stufe und Vorderkante der in Strömungsrichtung gesehen letzten Stufe, zwischen 50 und 300 mm, vorzugsweise 70 und 200 mm, ganz besonders zwischen 90 und 150 mm beträgt.
Es kann vorteilhaft sein, wenn die Vorrichtung zumindest mit einer Formhälfte in einem Schieber der Gießform angeordnet ist, derart, dass sich diese Formhälfte beim Ziehen des Schiebers von der gegenüberliegenden Formhälfte trennt.
Es kann zweckmäßig sein, wenn die Vorrichtung mit einer Formhälfte im feststehenden Gießformelement und mit der anderen Formhälfte im beweglichen Gießformelement vorgesehen ist.
Es kann von Vorteil sein, wenn die eine Formhälfte der Vorrichtung im feststehenden Gießformelement versenkt angeordnet ist und wenn die andere Formhälfte der Vorrichtung aus dem beweglichen Gießformelement heraustretend angeordnet ist.
Es kann vorteilhaft sein, wenn die Gießform eine Druckgießform ist.
Es kann von Vorteil sein, wenn der sich zwischen den Stufen einer Formhälfte und den Stufen der zweiten Formhälfte ausbildende treppenförmigen Spalt über die Länge der Vorrichtung ein gleichbleibendes oder ein sich änderndes Spaltmaß aufweist.
Weitere Einzelheiten und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mit der Zeichnung. In dieser zeigen:
1 in schematischer Darstellung eine erste Formhälfte der erfindungsgemäßen Vorrichtung, eingelassen in einem feststehenden Gießformelement,
2 in schematischer Darstellung eine zweite Formhälfte der erfindungsgemäßen Vorrichtung, herausragend aus einem bewegbaren Gießformelement, insbesondere aus einem separat im bewegbaren Gießformelement vorgesehenen Schieber, und
3 in schematischer Längsschnittdarstellung zwei aufeinander gesetzte Formhälften der erfindungsgemäßen Vorrichtung.
Werden in den 1 bis 3 gleiche Bezugsziffern verwendet, so bezeichnen diese auch gleiche Teile oder Bereiche.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung 10 zum Entlüften einer Gießform umfasst zwei einander gegenüberliegende und zueinander form- und funktionskomplementäre Formhälften 12, 14, die in ihren zueinander weisenden Flächen jeweils eine Mehrzahl von zueinander im Wesentlichen parallel und zur Strömungsrichtung im Wesentlichen quer verlaufenden Stufen 16 aufweisen.
Die eine Formhälfte 12 der Vorrichtung 10 ist – wie in 1 dargestellt – in einem feststehenden Gießformelement 18 versenkt angeordnet. Die andere Formhälfte 14 der Vorrichtung 10 ist – wie in 2 dargestellt – in einem beweglichen Gießformelement 20, und zwar aus diesem heraustretend bzw. herausragend angeordnet. Vorzugsweise ist diese letztgenannte Formhälfte 14 Teil eines Schiebers. Bei der Gießform handelt es sich vorzugsweise um eine Druckgießform.
Bei aufeinander gesetzten Formhälften 12, 14 bilden – wie in 3 dargestellt – die Stufen 16 der einen Formhälfte 12 mit den Stufen 16 der zweiten Formhälfte 14 einen treppenförmigen Spalt 22 mit einem Einlass 24 und einem Auslass 26 aus, durch den beim Füllen der Gießform aus derselben verdrängte Luft und überschüssiges schmelzflüssiges Material strömen kann.
Der treppenförmige Spalt 22 weist in einem einzigen Treppenlauf acht aufeinanderfolgende Stufen 16 auf.
Der treppenförmige Spalt 22 weist in der vorliegenden Ausführungsform eine Treppensteigung mit einem Steigungswinkel von 17,5° auf.
Erfindungsgemäß weist die in Strömungsrichtung erste Setzstufe 28 des treppenförmigen Spalts 22 eine größere Höhe auf als die in Strömungsrichtung folgende Setzstufe 30 des treppenförmigen Spalts 22.
In den 1 und 2 ist deutlich zu erkennen, dass beidseitig über die Länge der Vorrichtung 10 der treppenförmige Spalt 22 abdichtbar ist. Die Vorrichtung 10 weist hierzu einen beidseitigen Bund 32 auf, der eine entsprechende Abdichtung des Spaltes in seitlicher Richtung ermöglicht, wobei im Bereich des beidseitig vorhandenen Bundes 32 die beiden Formhälften 12, 14 spaltlos direkt aufeinander liegen.

Claims

Vorrichtung zum Entlüften einer Gießform insbesondere in Form eines Chill-Vents mit zwei einander gegenüberliegenden und zueinander form- und funktionskomplementären Formhälften, die in ihren zueinander weisenden Flächen jeweils eine Mehrzahl von zueinander im Wesentlichen parallel und zur Strömungsrichtung im Wesentlichen quer verlaufenden Stufen aufweisen, dergestalt, dass bei aufeinander gesetzten Formhälften die Stufen einer Formhälfte mit den Stufen der zweiten Formhälfte ein treppenförmigen Spalt mit einem Einlass und einem Auslass ausbilden, durch den beim Füllen der Gießform aus der Form verdrängte Luft und überschüssiges schmelzflüssiges Material strömen kann.
Vorrichtung zum Entlüften einer Gießform, insbesondere nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der treppenförmige Spalt mindestens 6, vorzugsweise mindestens 8 aufeinanderfolgende Stufen aufweist.
Vorrichtung zum Entlüften einer Gießform, insbesondere nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der treppenförmige Spalt höchstens 12, vorzugsweise höchstens 8 aufeinanderfolgende Stufen aufweist.
Vorrichtung zum Entlüften einer Gießform, insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der treppenförmige Spalt wenigstens einen, vorzugsweise einen einzigen Treppenlauf aufweist.
Vorrichtung zum Entlüften einer Gießform, insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der treppenförmige Spalt wenigstens einen Treppenabsatz aufweist.
Vorrichtung zum Entlüften einer Gießform, insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der treppenförmige Spalt eine Treppensteigung mit einem Steigungswinkel von 10 bis 35°, vorzugsweise von 15 bis 20°, ganz bevorzugt von 16 bis 18° aufweist.
Vorrichtung zum Entlüften einer Gießform, insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der treppenförmige Spalt wenigstens eine Setzstufe aufweist, die eine andere Höhe aufweist als eine andere Setzstufe des treppenförmigen Spalts.
Vorrichtung zum Entlüften einer Gießform, insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine in Strömungsrichtung vordere, vorzugsweise die erste Setzstufe des treppenförmigen Spalts eine größere Höhe aufweist als wenigstens eine der in Strömungsrichtung folgenden Setzstufen des treppenförmigen Spalts.
Vorrichtung zum Entlüften einer Gießform, insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Höhe der in Strömungsrichtung ersten Setzstufe des treppenförmigen Spalts zwischen 5 und 20 mm, vorzugsweise zwischen 5 und 10 mm, ganz bevorzugt zwischen 7 und 9 mm beträgt.
Vorrichtung zum Entlüften einer Gießform, insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Höhe der in Strömungsrichtung der ersten Setzstufe des treppenförmigen Spalts folgenden Setzstufen zwischen 1 und 10 mm, vorzugsweise zwischen 2 und 7 mm, ganz bevorzugt zwischen 3 und 6 mm beträgt.
Vorrichtung zum Entlüften einer Gießform, insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Länge der Trittstufen des treppenförmigen Spalts zwischen 5 und 20 mm, vorzugsweise zwischen 10 und 18 mm, ganz bevorzugt zwischen 12 und 15 mm beträgt.
Vorrichtung zum Entlüften einer Gießform, insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Lauflänge des treppenförmigen Spalts, gemessen als Gerade zwischen Vorderkante der in Strömungsrichtung gesehen ersten Stufe und Vorderkante der in Strömungsrichtung gesehen letzten Stufe, zwischen 50 und 300 mm, vorzugsweise 70 und 200 mm, ganz besonders zwischen 90 und 150 mm beträgt.
Vorrichtung zum Entlüften einer Gießform, insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung mit einer Formhälfte in einem Schieber der Gießform vorgesehen ist, derart, dass sich diese Formhälfte beim Ziehen des Schiebers von der gegenüberliegenden Formhälfte trennt.
Vorrichtung zum Entlüften einer Gießform, insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung mit einer Formhälfte im feststehenden Gießformelement und mit der anderen Formhälfte im beweglichen Gießformelement vorgesehen ist.
Vorrichtung zum Entlüften einer Gießform, insbesondere nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die eine Formhälfte der Vorrichtung im feststehenden Gießformelement versenkt angeordnet ist und dass die andere Formhälfte der Vorrichtung aus dem beweglichen Gießformelement heraustretend angeordnet ist.
Vorrichtung zum Entlüften einer Gießform, insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Gießform eine Druckgießform ist.
Vorrichtung zum Entlüften einer Gießform, insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass der sich zwischen den Stufen einer Formhälfte und den Stufen der zweiten Formhälfte ausbildende treppenförmigen Spalt über die Länge der Vorrichtung ein gleichbleibendes oder ein sich änderndes Spaltmaß aufweist.