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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Gegendruck-Kokillengießen gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Vorrichtungen für das Gegendruck-Kokillengießen, auch als CPC-Gießen (Counter Pressure Casting) bezeichnet, weisen eine typischerweise horizontal geteilte Gussform (Kokille) auf, die in einer hermetisch abriegelbaren Druckkammer (nachfolgend als Druckbehälter bezeichnet) angeordnet ist. Die Kokille ist über ein Steigrohr mit einem darunter befindlichen Ofenraum, der ebenfalls als Druckkammer ausgebildet ist, verbunden. Die Kokille und die Druckkammern sind typischerweise in einem pressenartigen Gestell angeordnet. Zu Beginn eines Gießzyklus werden die beide Druckkammern unter Startdruck gesetzt. Die Formfüllung der Kokille erfolgt durch zusätzliche Druckbeaufschlagung des Ofenraumes bzw. der unteren Druckkammer. Aufgrund eines entstehenden Differenzdruckes (bspw. im Bereich von ca. 300 mbar bis 1000 mbar) steigt die Metallschmelze aus dem Ofenraum in die Kokille auf und füllt die Kavität aus. Sobald die Füllung der Kavität abgeschlossen ist, kann der die Kokille umgebende Druckbehälter entlüftet werden, so dass über das Steigrohr ein maximaler Speisungsdruck auf die Kavität einwirkt. Nach dem Abkühlen werden der Druckbehälter und die Kokille geöffnet und das hergestellte Gussbauteil kann entnommen werden. Weitere Gießzyklen können sich anschließen.
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Das Gegendruck-Kokillengießen weist viele Vorteile auf und eignet sich insbesondere zur Herstellung von hochbelastbaren Gussbauteilen aus Leichtmetall, insbesondere Aluminium. Solche Bauteile sind bspw. Fahrwerksteile bzw. Fahrwerkskomponenten für Kraftfahrzeuge. Zum Stand der Technik wird auf die Patentschriften
DE 10 2010 026 480 A1 ,
EP 0 564 774 B1 ,
GB 1 562 532 A und
WO 2005/072892 A1 hingewiesen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Vorrichtung zum Gegendruck-Kokillengießen anzugeben, die wenigstens einen mit dem Stand der Technik einhergehenden Nachteil nicht oder zumindest nur in einem verminderten Umfang aufweist.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch eine erfindungsgemäße Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Bevorzugte Weiterbildungen und Ausgestaltungen ergeben sich sowohl aus den abhängigen Ansprüchen als auch aus den nachfolgenden Erläuterungen.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Gegendruck-Kokillengießen weist wenigstens eine in einem hermetisch abriegelbaren Druckbehälter angeordnete Kokille auf, wobei diese Kokille über ein Steigrohr mit einem darunter befindlichen Ofenraum verbunden oder verbindbar ist. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die im Druckbehälter angeordnete Kokille mit wenigstens einem Schieber für die Erzeugung einer hinterschnittigen Geometrie am herzustellenden Gussbauteil ausgebildet ist.
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Unter einer Kokille wird ein wiederverwendbare Gussform (Dauergussform) verstanden. Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann mehrere Kokillen aufweisen, die in einem Druckbehälter angeordnet sind. Bevorzugt weist die erfindungsgemäße Vorrichtung nur eine Kokille auf, wobei diese Kokille mehrere Formnester umfassen kann.
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Gemäß einer typischen Anordnung kann der die Kokille umschließende Druckbehälter als obere Druckkammer und der Ofenraum als untere Druckkammer bezeichnet werden. Der Ofenraum und das Steigrohr sind bevorzugt Bestandteile der erfindungsgemäßen Vorrichtung. Zur erfindungsgemäßen Vorrichtung kann ferner ein pressenartiges Gestell gehören, in dem der Druckbehälter, der Ofenraum und das Steigrohr angeordnet sind, wie aus dem eingangs zitierten Stand der Technik bekannt. Vorhandene Vorrichtungen und Anlagen für das Gegendruck-Kokillengießen können für eine erfindungsgemäße Benutzung nachgerüstet werden.
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Unter einem Schieber wird ein innerhalb der Kavität der Kokille angeordnetes und/oder die Kavität mitbildendes, formgebendes Werkzeugteil verstanden, mit dem sich am herzustellenden Gussbauteil (womit insbesondere wenigstens ein herzustellendes Gussbauteil gemeint ist) wenigstens ein Hinterschnitt erzeugen lässt. Ein Schieber ist innerhalb der Kokille verschiebbar. Vor der Entnahme bzw. dem Entformen des abgekühlten Gussbauteils wird der Schieber aus seiner formgebenden Position in eine Entnahmeposition zurückgeschoben, was automatisiert mit Hilfe einer Betätigungseinrichtung erfolgt. Schieber als solche sind aus dem Stand der Technik bekannt, wobei eine Anwendung beim Gegendruck-Kokillengießen bislang nicht erfolgt. Erfindungsgemäß ist wenigstens ein Schieber innerhalb des Druckbehälters angeordnet, insbesondere derart, dass keine Platz- bzw. Raumnachteile entstehen. Eine kompakte Bauweise der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit geringem Platz- bzw. Raumbedarf wird ermöglicht.
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Durch den erfindungsgemäßen Einsatz wenigstens eines Schiebers vergrößert sich die Formenvielfalt für mit Gegendruck-Kokillengießen hergestellte Gussbauteile, d. h. das realisierbare Formenspektrum wird vergrößert, wodurch Potentiale für eine weitere Gewichtsreduzierung der herzustellenden Gusbauteile erschlossen werden können. Die erfindungsgemäße Vorrichtung dient vorzugsweise der Herstellung von Aluminium-Gussbauteilen, wobei es sich insbesondere um Fahrwerksteile, wie bspw. Schwenklager, handelt.
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Die Betätigung von Schiebern, also der Schieberantrieb bzw. die Schieberbewegungen, kann mit Hilfe wenigstens einer Betätigungseinrichtung bewerkstelligt werden. Erfindungsgemäß bestehen keine Einschränkungen hinsichtlich der Bewegungsrichtungen für die Schieberbewegungen. Insbesondere bestehen keine Einschränkungen in Bezug auf eine Bauteilentformungsrichtung. Die jeweiligen Bewegungsrichtungen eines Schiebers ergeben sich durch konstruktive Ausgestaltung. Eine Betätigungseinrichtung umfasst wenigstens eine Krafterzeugungseinrichtung (bspw. Motor, Stellzylinder oder dergleichen) und einen Antriebsmechanismus mit kraft- und bewegungsübertragenden Mitteln für die Schieberbewegungen. Wegen des Druckbehälters und den beengten Platzverhältnissen sollten Schieber und Komponenten der Betätigungseinrichtung für den Schieberantrieb platzsparend ausgebildet und/oder angeordnet werden. Dies ist teilweise Gegenstand bevorzugter Weiterbildungen und Ausgestaltungen.
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Bevorzugt ist vorgesehen, dass wenigstens eine Krafterzeugungseinrichtung für die Betätigung des Schiebers (d. h. für den Schieberantrieb bzw. die Schieberbewegungen) innerhalb des Druckbehälters angeordnet ist. Eine Krafterzeugungseinrichtung ist bspw. ein elektrischer, pneumatischer oder hydraulischer Motor, oder ein pneumatischer oder hydraulischer Stellzylinder. Für die vorgesehene Anordnung innerhalb des Druckbehälters, d. h. im Druckraum, ist die Antriebseinrichtung entsprechend ausgestaltet und weist bevorzugt eine ausreichende Druck- und/oder Temperaturbeständigkeit auf. Wenigstens eine Krafterzeugungseinrichtung für die Betätigung des Schiebers kann auch außerhalb des Druckbehälters angeordnet sein. Auch Kombinationen beider Anordnungsmöglichkeiten sind denkbar.
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Bevorzugt weist die Kokille mehrere Formnester auf, wobei für jedes Formnest wenigstens ein Schieber vorgesehen ist und die Schieber jeweils mit Hilfe einer innerhalb des Druckbehälters angeordneten Krafterzeugungseinrichtung betätigbar sind. Alternativ können die Krafterzeugungseinrichtungen zur Betätigung der Schieber auch außerhalb des Druckbehälters angeordnet sein, wobei auch Kombinationen beider Anordnungsmöglichkeiten denkbar sind. Anstelle einzelner Formnester kann eine Vielzahl von im Druckbehälter angeordneter Kokillen vorgesehen sein, die jeweils wenigstens einen Schieber aufweisen.
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Die Kokille kann mehrere Formnester aufweisen (alternativ können mehrere Kokillen vorgesehen sein), wobei für jedes Formnest wenigstens ein Schieber vorgesehen ist und die Schieber mit Hilfe eines, insbesondere gemeinschaftlichen, Antriebsmechanismus gemeinsam betätigbar sind und insbesondere synchron betätigbar sind. Wenigstens eine Krafterzeugungseinrichtung für den gemeinsamen Schieberantrieb bzw. für die synchronen Schieberbewegungen kann innerhalb oder außerhalb des Druckbehälters angeordnet sein, wobei auch Kombinationen beider Anordnungsmöglichkeiten denkbar sind. Der oder die Schieber einer erfindungsgemäßen Vorrichtung können mittels Drehspindelgetriebe mit wenigstens einer Krafterzeugungseinrichtung gekoppelt bzw. verbunden sein. Der oder die Schieber können auch mittels Zahnstangengetriebe mit wenigstens einer Krafterzeugungseinrichtung gekoppelt bzw. verbunden sein. Auch Kombinationen hiervon sind denkbar.
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Bevorzugt ist vorgesehen, dass wenigstens ein Schieber der erfindungsgemäßen Vorrichtung als Schraub- bzw. Spindelschieber ausgebildet ist, der durch eine überlagerte Linear- und Drehbewegung korkenzieherartig betätigbar bzw. verschiebbar ist. D. h. der Schraubschieber vollführt bzw. vollzieht beim Bewegen zwischen seiner formgebenden Position und seiner Entnahmeposition (oder umgekehrt) eine schraubenartige bzw. korkenzieherartige Bewegung mit Hilfe eines, insbesondere übersetzten, Antriebsmechanismus bzw. Drehmechanismus. Der Schraubschieber wird quasi in die Kavität ein- und ausgedreht.
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Aus den vorausgehend erläuterten Weiterbildungen und Ausgestaltungen sind im Rahmen der Erfindung andere erfindungsgemäße Weiterbildungen und Ausgestaltungen herleitbar. Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung anhand von in den schematischen und nicht maßstabsgerechten Figuren dargestellten Ausführungsmöglichkeiten. Die in den Figuren gezeigten und/oder nachfolgend erläuterten Merkmale können, unabhängig von konkreten Merkmalskombinationen, allgemeine Merkmale der Erfindung sein.
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1 zeigt eine erste Ausführungsmöglichkeit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung.
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2 zeigt eine zweite Ausführungsmöglichkeit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung.
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3 zeigt eine Betätigungseinrichtung für den Schieberantrieb für die Verwendung in einer erfindungsgemäßen Vorrichtung.
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4 zeigt Ausführungsmöglichkeiten von Schiebern für die Verwendung in einer erfindungsgemäßen Vorrichtung.
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5 zeigt eine dritte Ausführungsmöglichkeit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung.
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6 zeigt eine vierte Ausführungsmöglichkeit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung.
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7 zeigt eine fünfte Ausführungsmöglichkeit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung.
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8 zeigt eine sechste Ausführungsmöglichkeit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung.
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Die nachfolgenden Erläuterungen sind nur allgemeiner Art und beziehen sich auf die in den Figuren gezeigten schematischen Darstellungen. Eine jeweilige konstruktive Ausgestaltung liegt im Rahmen des fachmännischen Wissens und Könnens. Figurenübergreifend sind gleiche und/oder funktionsgleiche Komponenten mit den selben Bezugszeichen benannt. Im Rahmen der Erfindung können die Merkmale der gezeigten Ausführungsmöglichkeiten zu weiteren Ausführungsmöglichkeiten kombiniert werden.
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1 zeigt einen Druckbehälter 100 in einer Schnittansicht (Draufsicht auf eine horizontale Schnittebene). Der Druckbehälter 100 ist in einem nicht gezeigten pressenartigen Gestell eingebaut, wie obenstehend erläutert. Der Druckbehälter 100 weist eine Wandung 110 auf, die einen hermetisch abgeriegelten bzw. abriegelbaren Druckraum 130 umschließt. Im Druckraum 130 des Druckbehälters 100 ist eine Kokille 200 angeordnet, die mehrere im Detail nicht dargestellte Formnester aufweist. Beispielhaft ist für jedes Formest ein Schieber 210 (a bis d) vorgesehen. Die Schieber 210 können gemäß den Doppelpfeilen zwischen einer formgebenden Position und einer Entnahmeposition linear verfahren bzw. verschoben werden. Hierzu sind die Schieber 210 jeweils mit einer außerhalb des Druckbehälters 100 angeordneten Krafterzeugungseinrichtung 300 (a bis d) verbunden bzw. über einen Antriebsmechanismus mit diesen Krafterzeugungseinrichtungen 300 gekoppelt.
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In dem gezeigten Beispiel sind die Krafterzeugungseinrichtungen 300 an der Außenwand des Druckbehälters 100 angeordnet und wirken durch abgedichtete Bohrungen 120 in den Druckraum 130 hinein (bspw. mittels Kolbenstangen oder Gewindespindeln). Die Krafterzeugungseinrichtungen 300 sind so angeordnet, dass der Druckbehälter 100 zum Entnehmen der hergestellten Gussbauteile geöffnet werden kann. Der Druckbehälter 100 kann hierzu bspw. mehrteilig und/oder glockenartig ausgebildet sein, wie aus dem Stand der Technik bekannt.
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Bei der in 2 gezeigten Ausführungsmöglichkeit sind die Krafterzeugungseinrichtungen 300 im Druckbehälter 100, d. h. innerhalb des Druckraums 130, angeordnet. Die Anordnung der Krafterzeugungseinrichtungen 300 ist platz- bzw. raumoptimiert. Die Kokille 200 kann in konventioneller Baugröße ausgeführt werden, so dass maximal große Gussbauteile herstellbar sind. Die Verschieberichtungen bzw. Bewegungsrichtungen der Schieber 210 weichen jedoch von der in 1 gezeigten Ausführungsmöglichkeit ab, was bei der Gestaltung und Anordnung der Formnester innerhalb der Kokille 200 berücksichtigt wird.
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Bei den Krafterzeugungseinrichtungen 300 handelt es sich bspw. um Hydraulik- oder Pneumatikzylinder, die über eine Kolbenstange mit den Schiebern 210 verbunden sind. Bei den Krafterzeugungseinrichtungen 300 kann es sich auch um elektrische, hydraulische oder pneumatische Motoren handeln, die mittels Drehspindelgetriebe 310 mit den Schiebern 210 verbunden sind, wie in 3 in einer Seiteansicht gezeigt. Bei der in 3 gezeigten Ausführungsmöglichkeit ist eine Gewindespindel 320 mit einem Bewegungsgewinde vorgesehen. Die am Motor 300 angeflanschte Gewindespindel 320 greift in den Schieber 210 ein, wozu dieser eine korrespondierende Gewindebuchse oder dergleichen aufweist. Durch Drehen bzw. Rotation der Gewindespindel 320 wird der Schieber 210 linear verschoben, wie mit dem Doppelpfeil veranschaulicht. Bei entsprechender Ausgestaltung des Motors 300 kann der Drehbewegung der Gewindespindel 320 eine Linearbewegung überlagert werden, wie ebenfalls mit einem Doppelpfeil veranschaulicht. Ein solcher Antriebsmechanismus ist platzsparend, äußerst robust, thermisch beständig und druckfest.
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4 zeigt zwei als Schraubschieber ausgebildete Schieber 210. Anstelle der in 1 und 2 gezeigten linearen Bewegung ist bei den gezeigten Schraubschiebern 210 eine schraubenartige bzw. korkenzieherartige Bewegung vorgesehen, um diese zu verschieben. Beim Betätigen bzw. Verschieben erfolgt also eine lineare Bewegung mit einer überlagerten Drehbewegung, so dass die Schieber 210 in die Kokille 200 bzw. in die betreffende Kavität ein- und herausgedreht werden können. Dadurch sind bei kleinem bzw. begrenztem Bauraum komplexe Hinterschnitte an den herzustellenden Gussbauteilen realisierbar. Die Schieber 210 können bspw. mit der in 3 gezeigten Betätigungseinrichtung betätigt werden, wobei eine von wenigstens einer Krafterzeugungseinrichtung 300 erzeugte Drehbewegung mittels eines geeigneten Antriebs- bzw. Drehmechanismus 310 auf wenigstens einen Schraubschieber 210 übertragen wird, der sich hieraufhin in einer überlagerten Linear- und Drehbewegung verschiebt.
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5 zeigt eine Ausführungsmöglichkeit, bei der die Schieber 210 einzeln mittels Zahnstangengetriebe verschoben werden können. Die an den Schiebern 210 befestigten Zahnstangen 330 werden jeweils mit einem Ritzel 340 bewegt. Die geraden Zahnstangen 330 und Ritzel 340 sind ebenfalls im Druckbehälter 100, d h. innerhalb des Druckraums 130, angeordnet. Der Antrieb der Ritzel 340 erfolgt direkt oder indirekt mit nicht gezeigten Krafterzeugungseinrichtungen, die innerhalb des Druckbehälters 100 oder gegebenenfalls auch außerhalb des Druckbehälters 100 angeordnet sein können. Die Schieber 210 können unabhängig voneinander bewegt bzw. verschoben werden. Ebenso kann vorgesehen sein, dass die Schieber 210 mit Hilfe eines gemeinsamen Antriebsmechanismus, bspw. durch mechanische Kopplung der Ritzel 340 (siehe bspw. 7), simultan und insbesondere synchron betätigbar sind. (In 5 ist die Kokille 200 zum Zwecke einer verbesserten Übersichtlichkeit nicht dargestellt.)
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Bei der in 6 gezeigten Ausführungsmöglichkeit sind bogenförmige Zahnstangen vorgesehen. Die bogenförmigen Zahnstangen 330 und die Schieber 210 sind in geeigneter Weise kinematisch geführt. Diese Ausführungsmöglichkeit umfasst auch nicht-lineare Bewegungsrichtungen für die Schieber 210. Die Schieber 210 können bspw. eine gekrümmte Bewegungsbahn aufweisen, wodurch Gussbauteile mit einem gekrümmten Hinterschnitt bzw. einer gekrümmten Freimachung herstellbar sind. Insbesondere ist dies auch mit anderen Ausführungsmöglichkeiten kombinierbar. (In 6 ist die Kokille 200 zum Zwecke einer verbesserten Übersichtlichkeit nicht dargestellt.)
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Die in 7 gezeigte Ausführungsmöglichkeit basiert auf der bereits im Zusammenhang mit 5 erläuterten Ausführungsmöglichkeit, wobei die Schieber 210 mit Hilfe eines gemeinsamen Antriebsmechanismus simultan und insbesondere synchron betätigbar sind. Der gemeinsame Antriebsmechanismus umfasst einen innenverzahnten Zahnkranz 350, der im Druckraum 130 angeordnet und bspw. an der Innenwand des Druckbehälters 100 geführt ist. Durch Drehen des Zahnkranzes 350 werden die Ritzel 340 gleichzeitig bzw. simultan und somit synchron betätigt. Wenigstens eine Krafterzeugungseinrichtung für den direkten oder indirekten Antrieb des Zahnkranzes 350 kann innerhalb oder außerhalb des Druckbehälters 100 angeordnet sein. (In 7 ist die Kokille 200 zum Zwecke einer verbesserten Übersichtlichkeit nicht dargestellt.)
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Bei der in 8 gezeigten Ausführungsmöglichkeit erfolgt eine gemeinsame und insbesondere auch synchrone Bewegung der Schieber 210 über Zahnstangen 330, die über ein zentrales und im Druckraum 130 angeordnetes Zahnrad 360 betätigbar sind, was einen kompakten und platzsparenden Aufbau ermöglicht. Die geraden oder gegebenenfalls auch bogenförmigen Zahnstangen 330 und die Schieber 210 sind in geeigneter Weise kinematisch geführt. Wenigstens eine Krafterzeugungseinrichtung für den direkten oder indirekten Antrieb des Zahnrads 360 kann innerhalb oder außerhalb des Druckbehälters 100 angeordnet sein. (In 8 ist die Kokille 200 zum Zwecke einer verbesserten Übersichtlichkeit nicht dargestellt.)
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Bezugszeichenliste
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- 100
- Druckbehälter
- 110
- Wandung
- 120
- Bohrung, Durchgang
- 130
- Druckraum, Innenraum
- 200
- Kokille, Gussform
- 210
- Schieber
- 300
- Krafterzeugungseinrichtung
- 310
- Drehspindelgetriebe
- 320
- Drehspindel
- 330
- Zahnstange
- 340
- Ritzel
- 350
- Zahnkranz
- 360
- Zahnrad
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102010026480 A1 [0003]
- EP 0564774 B1 [0003]
- GB 1562532 A [0003]
- WO 2005072892 A1 [0003]
