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Die Erfindung betrifft eine wiederverwendbare Druckgießform bzw. ein Druckgießwerkzeug gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 zur Herstellung metallischer Druckgießbauteile.
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Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Herstellung metallischer Druckgießbauteile mithilfe einer solchen Druckgießform.
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Eine Druckgießform betreffender Art weist wenigstens einen Formhohlraum (auch als Kavität bezeichnet) und ein Angusssystem (auch als Einguss-Lauf-Anschnittsystem bezeichnet) für die Zufuhr der flüssigen Druckgießlegierung (nachfolgend auch als Metallschmelze bezeichnet) zum Formhohlraum auf. Das Angusssystem umfasst mehrere als Kanäle ausgebildete und in den Formhohlraum mündende Anschnitt- bzw. Angussarme, durch die hindurch während des Druckgießens die flüssige Druckgießlegierung in den Formhohlraum gedrückt wird (so genannte Formfüllung), wo die Druckgießlegierung dann erstarrt. Der Betrieb einer solchen Druckgießform erfolgt mithilfe einer Druckgießmaschine, in der die Druckgießform eingebaut ist. Zur Entnahme der hergestellten Druckgießbauteile weist die Druckgießform eine Formteilung auf.
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Ausgehend von der
DE 102 25 165 A1 liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine betreffende Druckgießform mit verbesserten Formfüllungseigenschaften bereit zu stellen.
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Dies gelingt mit einer erfindungsgemäßen Druckgießform entsprechend den im Patentanspruch 1 genannten Merkmalen. Mit einem nebengeordneten Patentanspruch erstreckt sich die Erfindung auch auf ein Verfahren zur Herstellung metallischer Druckgießbauteile unter Verwendung einer erfindungsgemäßen Druckgießform. Bevorzugte Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich analog für beide Erfindungsgegenstände sowohl aus den abhängigen Patentansprüchen als aus den nachfolgenden Erläuterungen.
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Die erfindungsgemäße Druckgießform weist mehrere zum Angusssystem gehörende und zum Formhohlraum führende bzw. geführte Anschnittarme auf und ist dadurch gekennzeichnet, dass zwischen wenigstens zwei benachbarten Anschnittarmen und dem Formhohlraum ein sickenartiger Übergangsabschnitt ausgebildet ist, der beim Druckgießen gemeinsam von den über die (betreffenden) Anschnittarme zugeführten Schmelzeströmen durchströmt werden muss bzw. durchströmt wird und hierbei harmonisierend auf diese Schmelzeströme einwirken kann bzw. einwirkt.
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Mit anderen Worten formuliert heißt dies, dass die erfindungsgemäße Druckgießform wenigstens einen als Sicke oder dergleichen ausgebildeten Übergangsbereich aufweist, der sich zwischen wenigstens zwei benachbarten Anschnittarmen bzw. deren kavitätsseitigen Austrittsöffnungen und dem bauteilformenden Formhohlraum befindet bzw. dazwischen angeordnet ist. Bevorzugt befindet sich dieser sickenartige Übergangsbereich direkt an den Austrittsöffnungen der Anschnittarme und liegt somit (bzgl. der Durchströmungsrichtung) unmittelbar hinter den Anschnittarmen und vor dem eigentlichen bauteilformenden Formhohlraum.
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Während des Druckgießens werden die aus den betreffenden Anschnittarmen bzw. aus deren kavitätsseitigen Austrittsöffnungen austretenden Schmelzeströme zunächst gemeinsam durch den sickenartigen Übergangsabschnitt gefördert bzw. hindurchgedrückt und dabei umgeleitet, bevor diese in den Formhohlraum einfließen bzw. einströmen. Die Umleitung und die damit einhergehende Umlenkung der Schmelzeströme im sickenartigen Übergangsabschnitt verursacht einen Staueffekt, der dazu führt, dass die Schmelzeströme harmonisiert werden und sich beim Füllen des Formhohlraums eine vergleichmäßigte Schmelze bzw. Füllfront ergibt. Die erläuterte Wirkungsweise konnte mithilfe von Simulationsprogrammen bestätigt werden. Im Ergebnis werden die Formfüllungseigenschaften erheblich verbessert, wobei dies auch positiven Einfluss auf die Qualität der hergestellten Druckgießbauteile hat.
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Unter einem sickenartigen Übergangs- bzw. Überleitungsabschnitt kann demnach eine im Übergangsbereich zwischen den betreffenden Anschnittarmen und dem formgebenden Formhohlraum ausgebildete Umlenkungs- oder Umleitungsschlaufe verstanden werden, die während des Druckgießens eine Umleitung bzw. Umlenkung der durchströmenden Schmelzeströme und deren Harmonisierung bzw. Vergleichmäßigung bewirkt. Die erfindungsgemäße Druckgießform kann auch mehrere sickenartige Übergangsabschnitte aufweisen.
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Der sickenartige Übergangsabschnitt ist bevorzugt kanten- und eckenfrei ausgebildet, um Verwirbelungen und Rückstaueffekte zu vermeiden. Bevorzugt weist der sickenartige Übergangsabschnitt (in Durchströmungsrichtung) einen bogenförmigen Verlauf auf. D. h., der sickenartige Übergangsabschnitt ist bevorzugt zumindest näherungsweise als Bogen bzw. Halbwelle gestaltet. Eine für den jeweiligen Anwendungsfall optimale Ausgestaltung kann bspw. mithilfe von Simulationsprogrammen ermittelt werden.
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Bevorzugt ist der sickenartige Übergangsabschnitt über seinem Verlauf frei von Querschnittsveränderungen ausgebildet. Damit ist insbesondere gemeint, dass der sickenartige Übergangsabschnitt (entlang seines Verlaufs in Durchströmungsrichtung) ohne Verengung bzw. Verjüngung (Querschnittsverkleinerung) und/oder Aufweitung (Querschnittsvergrößerung) ausgebildet ist, also verengungs- und/oder aufweitungsfrei gestaltet ist. Hierdurch werden Veränderungen der Schmelzeströmungsgeschwindigkeit verhindert. Der sickenartige Übergangsabschnitt soll insbesondere auch nicht dazu dienen, die Metallschmelze vor dem Einströmen in den Formhohlraum abzukühlen oder sogar eine Teilerstarrung der Metallschmelze herbeizuführen.
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Bevorzugt ist die erfindungsgemäße Druckgießform für eine steigende Formfüllung ausgebildet (d. h. beim Druckgießen wird die Metallschmelze. von unten in den Formhohlraum gedrückt). Dies gelingt insbesondere dadurch, dass alle Anschnittarme zu einem unteren Bereich des Formhohlraums geführt sind und zwischen den Auslassöffnungen dieser Anschnittarme und dem Formhohlraum ein (einzelner), sich insbesondere quer erstreckender, gemeinsamer sickenartiger Übergangsabschnitt angeordnet bzw. ausgebildet ist. Ein solcher sich quer erstreckender sickenartiger Übergangsabschnitt, der im Übrigen auch unterteilt ausgebildet sein kann (wobei die Teilbereiche auch unterschiedliche Sickengeometrien haben können), weist insbesondere eine gerade oder gegebenenfalls auch eine z. B. geschwungene Erstreckung auf. Der sickenartige Übergangsabschnitt bewirkt beim Druckgießen eine Harmonisierung bzw. Vergleichmäßigung der ansteigenden Schmelze- bzw. Füllfront.
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Die Erfindung eignet sich insbesondere für die Herstellung flächiger und dünnwandiger Druckgießbauteile. Die Wanddicke solcher Druckgießbauteile liegt bspw. in einem Bereich von 2 mm bis 4 mm. Entsprechend ist der Formhohlraum einer erfindungsgemäßen Druckgießform bevorzugt zur Herstellung flächiger Druckgießbauteile mit geringer Wanddicke bzw. -stärke ausgebildet, wobei besonders bevorzugt alle Anschnittarme zum unteren Bereich des Formhohlraums geführt sind, wie vorausgehend erläutert.
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Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung metallischer Druckgießbauteile sieht die Verwendung einer erfindungsgemäßen Druckgießform vor, wobei beim Druckgießen durch den sickenartigen Übergangsabschnitt die über die betreffenden Anschnittarme zugeführten Schmelzeströme harmonisiert werden und sich dadurch im Formhohlraum eine vergleichmäßigte Schmelze- bzw. Füllfront der Metallschmelze ergibt. Bevorzugt wird die Metallschmelze während des Druckgießens nur von unten in den Formhohlraum gedrückt und bildet eine ansteigende Schmelzefront, die harmonisiert bzw. vergleichmäßigt ist, wobei dies auch als homogener Anstieg der Schmelzefront bezeichnet werden kann. Die hergestellten Druckgießbauteile weisen eine hohe Bauteilqualität auf und zeichnen sich insbesondere durch fehlende oder nur geringe Lufteinschlüsse und durch ein im Wesentlichen homogenes Gefüge aus.
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Die Erfindung wird nachfolgend beispielhaft und in nicht einschränkender Weise anhand der Figuren näher erläutert. Die in den Figuren gezeigten und/oder nachfolgend erläuterten Merkmale können, auch einzeln und losgelöst von konkreten Merkmalskombinationen, die Erfindung weiterbilden.
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1 zeigt in einer schematischen Darstellung den Formhohlraum und das Angusssystem einer erfindungsgemäßen Druckgießform während des Druckgießens.
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2 zeigt in einer Detaildarstellung den Übergangsabschnitt zwischen dem Angusssystem und dem Formhohlraum an der Druckgießform aus 1, gemäß dem dort angegebenen Schnittverlauf.
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Die in 1 nur schematisch dargestellte Druckgießform 10 dient der Herstellung flächiger und dünnwandiger Druckgießbauteile auf einer Druckgießmaschine. Die Druckgießbauteile (wobei es sich beispielhaft und zwecks einer einfachen Erfindungsdarstellung um Platten mit geraden Außenkanten handelt) haben bspw. eine gleichmäßige Wandstärke bzw. Wanddicke d von 2 mm bis 4 mm (siehe 2). Die Druckgießform 10 weist einen Formhohlraum bzw. eine Kavität 20 und ein Angusssystem 30 auf. Das Angusssystem 30 umfasst mehrere aufsteigende und zum unteren Bereich des Formhohlraums 20 führende Anschnittarme 31a bis 31f, wobei in dem gezeigten Beispiel die oberen kavitätsseitigen Auslassöffnungen der Anschnittarme 31a bis 31f auf einem gleichen Niveau N liegen. Die Anschnittarme 31a bis 31f sind als Kanäle ausgebildet und können insofern auch als Anschnittkanäle bezeichnet werden. Der Formhohlraum 20 ist im oberen Bereich mit einem Überlauf 21 und einer Entlüftung 22 ausgebildet.
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Zwischen den kavitätsseitigen Auslassöffnungen der benachbarten Anschnittarme 31a bis 31f und dem eigentlichen bauteilformenden Formhohlraum 20 befindet sich ein sickenartiger Übergangsabschnitt 40. Einerseits sind die kavitätsseitigen Auslassöffnungen der Anschnittarme 31a bis 31f über diesen durchgehend bzw. durchgängig ausgebildeten und sich horizontal bzw. quer erstreckenden sickenartigen Übergangsabschnitt 40 miteinander bzw. untereinander verbunden. (Der sickenartige Übergangsabschnitt 40 erstreckt sich quer über alle Austrittsöffnungen der Anschnittarme 31a bis 31f.) Andererseits sind die Anschnittarme 31a bis 31f über diesen bzw. durch diesen sickenartigen Übergangsabschnitt 40 mit dem Formhohlraum 20 verbunden. Beim Druckgießen wird dieser sickenartige Übergangsabschnitt 40 daher gemeinsam von den über die Anschnittarme 31a bis 31f zugeführten Schmelzeströmen durchströmt, wodurch es zu einer Harmonisierung dieser aufsteigenden Schmelzeströme kommt. Im Formhohlraum 20 führt dies zu einer Vergleichmäßigung der ansteigenden Schmelze- bzw. Gießfront F, wobei diese vergleichmäßigte Schmelzefront F auch die gesamte Kavitätsdicke d ausfüllt (siehe 2). So genannte Vorströmungen treten nicht auf. Der sickenartige Übergangsabschnitt 40 bewirkt also eine multiple Harmonisierung bzw. Vergleichmäßigung der beim Druckgießen über mehrere Anschnittarme 31a bis 31f zugeführten Metallschmelze S, wobei die Harmonisierung bzw. Vergleichmäßigung im besten Fall über den gesamten Querschnitt erfolgt. Bei der Metallschmelze S handelt es sich bevorzugt um eine Leichtmetallschmelze, bspw. um eine Aluminiumlegierungs- oder Magnesiumlegierungsschmee.
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Wie aus 2 ersichtlich, ist der sickenartige Übergangsabschnitt 40 in Durchströmungsrichtung v kanten- und eckenfrei und ohne Verengungen bzw. Verjüngungen oder Aufweitungen ausgebildet, wobei durchaus auch Querschnittsveränderungen (d. h. Querschnittsverkleinerungen und/oder Querschnittsvergrößerungen) vorgesehen sein können. Der sickenartige Übergangsabschnitt 40 weist einen kurzen bogenförmigen Verlauf auf. Durch diesen bogenförmigen Verlauf ist auf einfache Weise eine Umlenkungs- bzw. Umleitungsschlaufe gebildet (die auch als Umlenkungs- bzw. Umleitungssicke bezeichnet werden kann), die eine Mehrfachumlenkung der durchströmenden Schmelzeströme bewirkt, wodurch ohne steuernde oder regelnde Ventile (oder dergleichen), d. h. ventilfrei, die beschriebene Harmonisierung bzw. Vergleichmäßigung erreicht wird. Der bogen- bzw. halbwellenförmig ausgebildete Übergangsabschnitt 40 weist bspw. eine Länge l auf, die dem 3-fachen bis 5-fachen der Wanddicke d entsprechen kann (d. h. l = 3,0 ... 5,0 × d). Die Bogentiefe t kann bspw. dem 2,5-fachen bis 5-fachen der Wanddicke d entsprechen (d. h. t = 2,5 ... 5,0 × d). Die Übergangsradien R können bspw. in etwa dem 0,5-fachen bis 1,5-fachen der Wanddicke d entsprechen (d. h. R = 0,5 ... 1,5 × d).
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In dem in 1 gezeigten Beispiel ist ein einzelner sickenartiger bzw. sickenförmiger Übergangsabschnitt 40 vorgesehen, der sich über alle Anschnittarme 31a bis 31f hinweg erstreckt. Dies hat u. a. werkzeugbauliche Vorteile. Bevorzugt weist der sickenartige Übergangsabschnitt 40 über seiner Erstreckung eine gleichförmige Ausgestaltung (so wie in 2 gezeigt) auf. Ebenso ist eine abschnittsweise Variation der Ausgestaltung möglich, um hierüber bspw. die Formfüllungseigenschaften gezielt zu beeinflussen. Abweichend von dem gezeigten Beispiel kann der sickenartige Übergangsabschnitt 40 auch unterteilt gestaltet sein und/oder eine nicht-gerade und insbesondere geschwungenen Erstreckung aufweisen. Ferner können, insbesondere in Abhängigkeit von geometrischen Gegebenheiten, mehrere sickenartige Übergangsabschnitte vorgesehen sein, die identisch (d. h. mit gleichen Sickengeometrien) oder unterschiedlich (d. h. mit verschiedenen Sickengeometrien) ausgebildet sein können.
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Nach vollständiger Befüllung der Kavität 20 und dem Erstarren der Metallschmelze S wird die Druckgießform 10 geöffnet und das hergestellte Druckgießbauteil kann entnommen werden. Danach werden die Abfallbereiche, insbesondere auch der durch den sickenartigen Übergangsabschnitt 40 gebildete Anguss bzw. Angießflansch, abgetrennt bzw. abgeschnitten (bspw. in einem Stanzprozess), so dass nur das eigentliche Druckgießbauteil übrig bleibt, welches dann weiter bearbeitet werden kann. Andererseits kann die erfindungsgemäße Druckgießform 10 auch so gestaltet sein, dass der sickenartige Übergangsabschnitt 40 dem eigentlichen bauteilformenden Formhohlraum 20 zugerechnet werden kann und der damit erzeugte Sickenabschnitt am Druckgießbauteil verbleibt (d. h. der sickenartige Übergangsabschnitt 40 bildet einen Bestandteil des herzustellenden Druckgießbauteils und ist entsprechend ausgestaltet).
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 10225165 A1 [0004, 0005]
- DE 102005058155 A1 [0004]
