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Die Erfindung bezieht sich auf ein Angusssystem für eine Druckgießform, wobei das Angusssystem wenigstens einen Gießlaufkanal beinhaltet, der sich von einer eintrittsseitigen Angussmundöffnung zu einer austrittsseitigen Angussmündung erstreckt, die in eine zwischen einer festen Formhälfte und einer beweglichen Formhälfte der Druckgießform gebildete Formkavität oder in einen dieser vorgelagerten Anschnittbereich mündet. Insbesondere kann es sich hierbei um ein sogenanntes Heißkanal-Angusssystem handeln. Die eintrittsseitige Angussmundöffnung kann insbesondere so ausgeführt sein, dass sich daran eine Mundstückdüse oder dgl. eines vorgelagerten Gießsystemteils anlegen lässt.
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Von der Anmelderin befindet sich ein Heißkanal-Angusssystem mit der Bezeichnung Frech-Gießlauf-System bzw. Frech-Gating-System (FGS) für Druckgießformen auf dem Markt, wie es z.B. auch in dem Zeitschriftenaufsatz L. H. Kallien und C. Böhnlein, Druckgießen, Gießerei 96, 07/2009, S. 18–26 erwähnt ist. Heißkanal-Angusssysteme haben allgemein gegenüber anderen konventionellen Angusssystemen den Vorteil, dass der Schmelzematerialanteil deutlich reduziert werden kann, der auf den sogenannten Anguss oder Anschnitt bzw. den der Formkavität vorgelagerten Anguss-/Anschnittbereich entfällt und von dem gegossenen Gießprodukt abgetrennt werden muss. Zudem lässt sich der Luftanteil im Gießsystem gering halten, was das Gießen von Teilen mit entsprechend geringer Porosität ermöglicht, und der Thermohaushalt ist verbessert, weil die Wärmeverluste bis zur Kavität in der Form geringer sind und folglich zur Kompensation der Verluste die Schmelze weniger stark überhitzt werden muss. Die Maschinenproduktivität steigt, da der Anguss deutlich kleiner und weniger massiv ist.
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In den Patentschriften
EP 1 201 335 B1 und
EP 1 997 571 B1 der Anmelderin sind Heißkanal-Angusssysteme offenbart, die z.B. von einem Kamm- oder Fächerangusstyp sind oder eigenständig in eine jeweilige Gießform einsetzbare Angussblockeinheiten mit integrierter Schmelzekanalheizung aufweisen.
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Es ist bekannt, das Austreten von flüssigem Schmelzematerial beim Öffnen der Form durch ein mechanisches Verschlusssystem zu unterbinden. Derartige Verschlusssysteme sind allerdings gerade auch in der Anwendung beim Metalldruckgießen relativ verschleißanfällig und neigen zu Undichtigkeiten. Es wurde daher auch bereits verschiedentlich vorgeschlagen, dieses unerwünschte Austreten von Schmelzematerial durch Bilden eines erstarrten Schmelzematerialpfropfens im Bereich der Angussmundöffnung des Angusssystems bzw. im Bereich einer daran angelegten Mundstückdüse oder eines vorgelagerten Gießkammeraustrittskanals zu verhindern, siehe z.B. die Patentschrift 100 64 300 C1, die Offenlegungsschrift
WO 2007/028265 A2 und die bereits erwähnte Patentschrift
EP 1 201 335 B1 .
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In der Patentschrift
DE 196 11 267 C1 ist eine in ein Werkzeugteil eingefügte und an diesem gehalterte Angussbuchse mit einem Durchgangskanal für schmelzflüssiges Metall zur Verwendung an einer Warmkammer-Metalldruckgießmaschine offenbart. Die Angussbuchse ist insbesondere auf eine Verwendung an einer Zinkdruckgießmaschine ausgelegt. Der Durchgangskanal steht einerseits mit einer Metallspeisevorrichtung und andererseits mit einer Kavität des Werkzeugs in Verbindung und ist über seinen wesentlichen Verlauf von der Speisemündung bis kurz vor der Mündung zur Kavität zylindrisch ausgebildet, wobei er nachfolgend eine Einschnürung und dieser folgend eine konische Erweiterung zur Einmündung in die Kavität aufweist. Die Angussbuchse weist über nahezu die gesamte Länge der zylindrischen Kanalausbildung eine elektrische Beheizung und im Bereich der Einschnürung eine Kühlzone auf. Die Kühlzone ist durch einen in die Angussbuchse eingebrachten Luftspalt gebildet. Die elektrische Beheizung der zylindrischen Kanalausbildung endet mit einem Abstand vor einem sich konisch verengenden Eintrittsbereich der Einschnürung.
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In jüngerer Zeit hat sich verstärkt der Bedarf an Druckgießtechniken in einem relativ hohen Temperaturbereich von bis zu ca. 700 °C oder 750 °C ergeben. Mit dieser erhöhten Temperatur erhöht sich auch die Gefahr unerwünschter Oxidbildung, insbesondere in Austrittsöffnungsbereichen des Ausgusssystems, an denen das Schmelzematerial mit Sauerstoff aus der Luft in Kontakt kommen kann. Dies stellt unter anderem auch entsprechende Anforderungen an Angusssysteme, die auf Basis der Heißkanaltechnik arbeiten.
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Der Erfindung liegt als technisches Problem die Bereitstellung eines Angusssystems der eingangs genannten Art zugrunde, das sich prozesssicher auch für relativ hohe Druckgießtemperaturen eignet und sich bei Bedarf als Heißkanal-Angusssystem realisieren lässt.
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Die Erfindung löst dieses Problem durch die Bereitstellung eines Angusssystems mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Bei diesem Angusssystem weist der Gießlaufkanal einen geometrisch und/oder thermisch definierten Trennstellenbereich auf, der in Strömungsrichtung des zu gießenden Schmelzematerials stromaufwärts der Angussmündung und stromabwärts der Angussmundöffnung ausgebildet ist. Dies bedeutet, dass der Trennstellenbereich jeweils einen gewissen, vorgegebenen Abstand sowohl von der austrittsseitigen Angussmündung als auch von der eintrittsseitigen Angussmundöffnung des Gießlaufkanals besitzt. Unter Trennstellenbereich ist hierbei derjenige Bereich des Gießlaufkanals zu verstehen, welcher als Sollstelle für das Abtrennen bzw. Abreißen des formseitig erstarrten oder teilerstarrten Schmelzematerials vom noch flüssigen oder noch weniger stark erstarrten Schmelzematerial im Gießlaufkanal beim Öffnen der Form ausgebildet ist. Dieses Abtrennen kann ein eigentliches Abreißen von fest-fest-Phasen des Schmelzematerials oder ein Abschmelzen bzw. Abziehen sein, bei dem sich der feste Anteil des Schmelzematerials von der flüssigen Phase trennt, indem auf dessen Oberfläche mitgenommene Schmelze erstarrt und der flüssige Teil im Gießlaufkanal aufgrund Oberflächenspannung verbleibt.
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Die Festlegung dieser Solltrennstelle erfolgt geometrisch, d.h. durch entsprechende geometrische Gestaltung des Verlaufs des Gießlaufkanals, und/oder thermisch, d.h. durch entsprechende thermische Gestaltung des Verlaufs des Gießlaufkanals. Für den Fachmann heißt dies, dass er den Gießlaufkanal dergestalt entwirft, dass die Metallschmelze stromabwärts des Trennstellenbereichs leichter bzw. schneller erstarrt als stromaufwärts des Trennstellenbereichs, so dass beim Öffnen der Form das bereits erstarrte oder relativ stark teilerstarrte Schmelzematerial stromabwärts des Trennstellenbereichs mit der Öffnungsbewegung der beweglichen Formhälfte als am Gießprodukt anhängender Bestandteil aus dem Gießlaufkanal herausgezogen wird und hierbei vom noch flüssigen oder allenfalls schwächer teilerstarrten Schmelzematerial stromaufwärts des Trennstellenbereichs getrennt bzw. abgerissen wird. Unter Kenntnis dieser Anforderung sind dem Fachmann geeignete geometrische und thermische Maßnahmen zur Realisierung des Trennstellenbereichs geläufig, so dass er geeignete Kanalkonfigurationen gegebenenfalls unter Verwendung einfacher Versuche und/oder rechnerischer Simulationen bereitstellen kann, je nach der sonstigen Konfiguration der Druckgießform und je nach dem verwendeten Schmelzematerial. Als Schmelzematerialien kommen sowohl übliche Salzschmelzen in Betracht als auch übliche Schmelzemetalllegierungen, insbesondere Nichteisenlegierungen auf Basis von Magnesium, Aluminium, Zink, Zinn, Blei oder Messing als jeweiliger Hauptbestandteil.
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Das definierte Festlegen des Trennstellenbereichs gewährleistet erfindungsgemäß, dass die erstarrte bzw. teilerstarrte Schmelze reproduzierbar genau an dieser Stelle abgetrennt wird und nicht zufällig irgendwo bzw. an wechselnden Stellen des Gießlaufkanals. Das erfindungsgemäße Angusssystem benötigt kein mechanisches Verschlusssystem. Die Auslegung des Temperaturprofils entlang des Gießlaufkanals, welche die thermische Definition des Trennstellenbereichs umfasst, kann zudem so gestaltet sein, dass sie einen temperaturtransienten Abschnitt des Gießlaufkanals von einem vorgelagerten beheizten Bereich zu einem gekühlten, konturgebenden Teil der Gießform bildet. Dies kann unerwünschter Oxidbildung und Brandgefahren insbesondere bei stark reaktionsfreudigen bzw. oxidierenden Schmelzen entgegenwirken.
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Gemäß einem Aspekt der Erfindung weist dazu der Gießlaufkanal im Trennstellenbereich eine Biegung oder Knickung auf. Diese geometrische Maßnahme ist geeignet, das funktionssichere Abtrennen des Schmelzematerials genau im dazu definierten Trennstellenbereich zu unterstützen.
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Gemäß einem zusätzlichen oder alternativen Aspekt der Erfindung weist ein der Angussmündung des Gießlaufkanals gegenüberliegender Bereich der beweglichen Formhälfte eine Kühlkanalstruktur auf. Mit dieser thermischen Maßnahme kann das Erstarren bzw. Teilerstarren des Schmelzematerials im Gießlaufkanal stromabwärts des Trennstellenbereichs unterstützt werden.
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Gemäß einem weiteren zusätzlichen oder alternativen Aspekt der Erfindung ist einem Gießlaufkanalabschnitt zwischen dem Trennstellenbereich und der austrittsseitigen Angussmündung eine Heizeinrichtung zugeordnet, und/oder einem an den Trennstellenbereich stromaufwärts anschließenden, sich zum Trennstellenbereich hin konisch verjüngenden Gießlaufkanalabschnitt ist eine Heizeinrichtung zugeordnet. Dadurch lässt sich der austrittsseitige Teil des Gießlaufkanals und/oder der an den Trennstellenbereich stromaufwärts anschließende, als konische Verengung gestaltete Abschnitt des Gießlaufkanals bei Bedarf kontrolliert aktiv beheizen. Dies stellt vorteilhafte geometrisch-thermische Maßnahmen für die Definition des Trennstellenbereichs an der gewünschten Stelle dar. Die jeweilige Heizeinrichtung kann z.B. eine an sich bekannte elektrische oder induktive Heizeinrichtung sein, die im Gießlaufkanal selbst oder in ausreichend geringem radialem Abstand außerhalb desselben angeordnet ist.
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In einer Weiterbildung der Erfindung weist der Gießlaufkanal im Trennstellenbereich eine Engstelle auf, von der aus sich sein Durchflussquerschnitt stromabwärts und/oder stromaufwärts erhöht. Diese geometrische Maßnahme unterstützt das zuverlässige Abtrennen des Schmelzematerials im Trennstellenbereich. Der Gießlaufkanal kann z.B. so konfiguriert sein, dass sich sein Durchflussquerschnitt vom Trennstellenbereich bis zur Angussmündung aufweitet, d.h. der Durchflussquerschnitt nimmt vom Trennstellenbereich bis zur Angussmündung nicht mehr ab, sondern wird stetig größer oder bleibt allenfalls abschnittweise konstant. Diese geometrische Maßnahme der Gießlaufkanalgestaltung kann das Herausziehen des erstarrten bzw. stark teilerstarrten Schmelzematerials aus dem Abschnitt des Gießlaufkanals vom Trennstellenbereich zur austrittsseitigen Angussmündung und damit auch das Abtrennen dieses Teils des Schmelzematerials vom Schmelzematerial stromaufwärts des Trennstellenbereichs erleichtern. So kann der Gießlaufkanal von der Engstelle bis zur Ausgussmündung z.B. einen sich trichterförmig aufweitenden Verlauf haben.
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Vorzugsweise ist der Abstand des Trennstellenbereichs von der austrittsseitigen Angussmündung des Gießlaufkanals sehr klein und insbesondere deutlich geringer als von der eintrittsseitigen Angussmundöffnung des Gießlaufkanals, wobei vorliegend diese genannten Abstände bezogen auf die Strömungsweglänge des im Gießlaufkanal geförderten Schmelzematerials zu verstehen sind. Dies trägt dem Ziel Rechnung, den Schmelzeanteil zu minimieren, der als Anguss am gegossenen Teil erstarrt und mit ihm aus der Form genommen wird. Das System lässt sich derart kompakt bauen, dass es am gegossenen Teil kaum noch nennenswerten erstarrten Gießlauf bzw. Anguss gibt. Speziell befindet sich der Trennstellenbereich gemäß einer Weiterbildung der Erfindung in einem Abstand zwischen dem 0,3-fachen und 3-fachen eines Durchmessers des Gießlaufkanals im Trennstellenbereich und somit entsprechend nahe vor der Angussmündung.
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In einer Weiterbildung der Erfindung ist einem Gießlaufkanalabschnitt zwischen dem Trennstellenbereich und der austrittsseitigen Angussmündung eine Kühlkanalstruktur zugeordnet. Auch damit kann die thermische Definition des Trennstellenbereichs und folglich das zuverlässige Abtrennen des Schmelzematerials in diesem Bereich gezielt weiter verbessert werden.
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In einer Weiterbildung der Erfindung verläuft der Gießlaufkanal in einem an den Trennstellenbereich stromaufwärts anschließenden Bereich mit einem Winkel zwischen 0° und 45°, insbesondere zwischen 3° und 20°, zur Normalenrichtung einer Trennebene zwischen fester und beweglicher Formhälfte, und zwar in Richtung Trennstellenbereich ansteigend. Dieser in Strömungsrichtung der Schmelze ansteigende Verlauf des Gießlaufkanals in diesem Abschnitt kann dazu beitragen, ein unerwünschtes Austreten von Schmelzematerial aus dem Gießlaufkanal beim Öffnen der Form nach Abtrennen des Schmelzematerials im Trennstellenbereich zu vermeiden. Bei dieser Systemauslegung ergibt sich der besagte ansteigende Verlauf des Gießlaufkanals auch schon dann, wenn die Formhälften mit vertikal liegender Trennebene angeordnet sind.
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In einer Weiterbildung der Erfindung ist das Angusssystem als Heißkanal-Angusssystem konfiguriert und umfasst in an sich bekannter Weise einen Schmelzeverteilerblock, der eintrittsseitig die Angussmundöffnung aufweist, und einen in Strömungsrichtung an den Schmelzeverteilerblock anschließenden Angussblock, der austrittsseitig die Angussmündung aufweist. Dabei ist der Trennstellenbereich in dem Abschnitt des Gießlaufkanals ausgebildet, der im Angussblock verläuft. Der Trennstellenbereich befindet sich folglich in relativ geringem Abstand anschnittnah vor der Trennebene von fester und beweglicher Formhälfte.
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In einer Weiterbildung der Erfindung ist das Angusssystem als Heißkanal-Angusssystem konfiguriert, und der wenigstens eine Gießlaufkanal umfasst mindestens zwei strömungstechnisch parallele Gießlaufkanäle, wobei Temperierungsmittel vorgesehen sind, die zur steuer- oder regelbaren Schmelzematerialtemperierung in den Trennstellenbereichen der Gießlaufkanäle unabhängig voneinander auf eine vorgebbare Solltemperatur zwischen dem 0,9-fachen und 1,1-fachen, insbesondere zwischen dem 0,98-fachen und 1,02-fachen, einer Schmelzematerial-Liquidustemperatur eingerichtet sind.
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Mit diesen Temperierungsmitteln kann in sehr vorteilhafter Weise bei einem derartigen Heißkanal-Angusssystem mit mehreren strömungstechnisch parallelen Gießlaufkanälen das Schmelzematerial im Trennstellenbereich jedes Gießlaufkanals auf einer gewünschten Temperatur gehalten werden, die im zugehörigen Erstarrungstemperaturintervall liegt. Durch die individuelle Schmelzematerialtemperierung in jedem der Trennstellenbereiche kann etwaigen Unterschieden in der Geometrie der Gießlaufkanäle und unterschiedlichen Temperatureinflüssen gezielt für jeden einzelnen Gießlaufkanal bzw. Trennstellenbereich Rechnung getragen werden, so dass in jedem der räumlich voneinander getrennten, jedoch über die Gießlaufkanäle strömungstechnisch in Verbindung stehenden Trennstellenbereich die für das Abtrennen des Schmelzematerials optimale Temperatur eingestellt werden kann.
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In Ausgestaltung der Erfindung umfassen die Temperierungsmittel eine Temperatursteuereinheit oder Temperaturregeleinheit und für den jeweiligen Gießlaufkanal eine Temperatursensorik zwischen dem Trennstellenbereich und der austrittsseitigen Angussmündung und/oder die Heizeinrichtung zwischen dem Trennstellenbereich und der austrittsseitigen Angussmündung und/oder die Heizeinrichtung im an den Trennstellenbereich stromaufwärts anschließenden Gießlaufkanalabschnitt und/oder die Kühlkanalstruktur im der Angussmündung gegenüberliegender Bereich der beweglichen Formhälfte und/oder die Kühlkanalstruktur zwischen dem Trennstellenbereich und der austrittsseitigen Angussmündung. Dies stellt vorteilhafte Varianten der Realisierung der Temperierungsmittel dar.
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Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden nachfolgend beschrieben. Hierbei zeigen:
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1 eine schematische, teilweise geschnittene Seitenansicht eines vorliegend interessierenden Teils einer Druckgießform,
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2 eine Detailansicht aus 1 mit einem Gießlaufkanal mit einem Trennstellenbereich, der eine Biegung/Knickung beinhaltet,
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3 eine schematische Schnittansicht eines vorliegend interessierenden Teils einer weiteren Druckgießform mit einem Gießlaufkanal mit geometrisch und thermisch definiertem Trennstellenbereich und
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4 eine Ansicht entsprechend 3 für eine Variante mit zusätzlicher Kühl- und Heizmöglichkeit eines austrittsseitigen Gießlaufkanalabschnitts.
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Ein in 1 gezeigter Teil einer Druckgießform, wie sie sich insbesondere für das Druckgießen von Salzen und Metallen, z.B. Magnesium, Aluminium Zink, Zinn, Blei und Messing, eignet, beinhaltet in an sich üblicher Weise eine feste Formhälfte 1 und eine gegenüber dieser senkrecht zu einer Trennebene 2 bewegliche Formhälfte 3. Dazu sind z.B. in einer üblichen Weise die feste Formhälfte 1 an einer festen Aufspannplatte einer Druckgießmaschine aufgespannt und die bewegliche Formhälfte 3 an einer gegenüber der festen Aufspannplatte beweglichen Aufspannplatte der Maschine gehalten, wozu der beweglichen Aufspannplatte ein vorzugsweise hydraulischer Antrieb zugeordnet ist. In der Trennebene 2 stoßen die beiden Formhälften 1, 3 bei geschlossener Form gegeneinander an, zum Öffnen der Form wird die bewegliche Formhälfte 3 in Normalenrichtung der Trennebene 2, d.h. senkrecht zu dieser, zurückgefahren. Soweit nachfolgend nichts anderes gesagt, ist die Druckgießform von irgendeinem beliebigen herkömmlichen Aufbau, wie dem Fachmann an sich bekannt. Die Druckgießform beinhaltet des Weiteren ein Angusssystem, von dem ein vorliegend interessierender Teil im teilgeschnittenen Bereich von 1 zu erkennen ist. Im Übrigen ist das Angusssystem ebenfalls von einer der dem Fachmann an sich bekannten Konfigurationen.
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Wie aus 1 und der zugehörigen Detailansicht von 2 zu erkennen, umfasst das Angusssystem einen Schmelzeverteilerblock 4 und einen an diesen in Strömungsrichtung anschließenden Angussblock 5. Das Angusssystem ist vorzugsweise von einem Heißkanal-Typ, bei dem mindestens der Schmelzeverteilerblock 4 aktiv beheizt wird, zum Beispiel mittels einer elektrischen oder induktiven Heizeinrichtung oder mittels eines Heizfluids, das durch eine Heizkanalstruktur des Schmelzeverteilerblocks 4 geleitet wird, wie an sich bekannt. Der Schmelzeverteilerblock 4 und der Angussblock 5 sind in die feste Formhälfte 1 eingebaut bzw. an dieser befestigt.
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Das Angusssystem besitzt wenigstens einen Gießlaufkanal 6, der sich von einer eintrittsseitigen, nicht gezeigten Angussmundöffnung zu einer austrittsseitigen Angussmündung 7 erstreckt. Mit seiner Angussmündung 7 mündet der Gießlaufkanal 6 in einen zwischen der festen Formhälfte 1 und der beweglichen Formhälfte 3 gebildeten Anschnittbereich 8, d.h. eine Anschnittkavität, der dann seinerseits, wie üblich, in eine nicht gezeigte Formkavität mündet, welche das Volumen und die Kontur des zu gießenden Produkts widerspiegelt.
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Der Gießlaufkanal 6 verläuft von der eintrittsseitigen Angussmundöffnung zunächst im Schmelzeverteilerblock 4 und anschließend im Angussblock 5, der bis zur Formtrennebene 2 reicht und dort die Angussmündung 7 des Gießlaufkanals 6 ausbildet. Die nicht gezeigte, eintrittsseitige Angussmundöffnung bildet den Eintritt für die Schmelze in den Schmelzeverteilerblock 4, an den in üblicherweise eine vorgelagerte Mundstückdüse angelegt werden kann, die das austrittsseitige Ende einer vorgelagerten Gießkammer bzw. einer aus einem Schmelzereservoir abführenden Steigleitung darstellt. Es versteht sich, dass die Druckgießform je nach Bedarf und Anwendungsfall mehrere derartige Schmelzeverteilerblöcke und/oder mehrere derartige Angussblöcke und somit auch mehrere derartige Gießlaufkanäle, z.B. realisiert durch eine sich verzweigende Gießlaufkanalstruktur, aufweisen kann. Die Gießform lässt sich dann mit einem mehrfach verteilten Angussblocksystem von einem Gießbehälter speisen, z.B. über eine an das Angussblocksystem angelegte Mundstückdüse des Gießsystems.
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Wie insbesondere aus 2 ersichtlich, weist der Gießlaufkanal 6 stromaufwärts der Angussmündung 7 und stromabwärts der nicht gezeigten Angussmundöffnung einen zumindest geometrisch definierten Trennstellenbereich 9 auf. Die geometrische Definition des Trennstellenbereichs 9 beinhaltet die Bildung einer Biegung 9a bzw. Knickung des Gießlaufkanals 6, indem ein unterer Kanalwandteil zuerst nach oben abbiegt und dann in die Horizontale bzw. leicht nach unten verlaufend abknickt, während korrespondierend dazu ein oberer Kanalwandteil zunächst nach oben abgebogen verläuft, um dann wieder mit geringerer Aufwärtskomponente bis zur Angussmündung 7 zu verlaufen. Insgesamt ist dadurch ein etwa S-förmiger Verlauf des Gießlaufkanals 6 bereitgestellt, wie dies an einer gestrichelten Mittellinie 6c deutlich wird, die ungefähr die Mittellinie des Querschnittsverlaufs des Gießlaufkanals 6 wiedergibt. In alternativen Realisierungen kann die geometrische Definition des Trennstellenbereichs statt einer solchen Biegung/Knickung eine weniger starke Krümmung und/oder eine Querschnittsverjüngung des Gießlaufkanals beinhalten, insbesondere braucht der Knick nicht wie im gezeigten Beispiel scharfkantig realisiert sein.
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Der Trennstellenbereich 9 befindet sich im Inneren des Angussblocks 5, wobei im Trennstellenbereich 9 ein stromaufwärts anschließender Abschnitt 6a des Gießlaufkanals 6 in einen stromabwärts anschließenden Gießlaufkanalabschnitt 6b übergeht. Der stromabwärtige Gießlaufkanalabschnitt 6b endet in der austrittsseitigen Angussmündung 7 des Gießlaufkanals 6, d.h. seine Strömungsweglänge definiert einen vorgegebenen Abstand, den der Trennstellenbereich 9 von der Angussmündung 7 einhält. Dieser Abstand ist im gezeigten Beispiel viel geringer als die restliche, stromaufwärtige Länge des Gießlaufkanals 6 und insbesondere auch kleiner als die restliche Gießlaufkanallänge im Angussblock 5. Im gezeigten Beispiel besitzt der stromabwärtige Endabschnitt 6b des Gießlaufkanals 6, der an den Trennstellenbereich 9 anschließt, eine sich trichterförmig, d.h. hohlkegelartig, in Richtung der Angussmündung 7 aufweitende Form.
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Der Trennstellenbereich 9 definiert, wie oben erläutert, die Sollstelle für das Abtrennen bzw. Abreißen des erstarrten bzw. teilerstarrten Schmelzematerials beim Öffnen der Form nach einem Gießvorgang. Somit verbleibt das im stromabwärtigen Endabschnitt 6b des Gießlaufkanals 6 hinter dem Trennstellenbereich 9 vorliegende Schmelzematerial am Gießprodukt bzw. dem erstarrten Schmelzematerial des Anguss- bzw. Anschnittbereichs 8, während das Schmelzematerial stromaufwärts des Trennstellenbereichs 9 im Gießlaufkanal 6 verbleibt. Der sich trichterförmig aufweitende Verlauf des Gießlaufkanal-Endabschnitts 6b erleichtert das Herausgelangen des dortigen Schmelzematerialrestes aus dem Gießlaufkanal 6.
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Wie weiter insbesondere aus 2 ersichtlich, besitzt der Gießlaufkanal 6 in seinem stromaufwärts an den Trennstellenbereich 9 angrenzenden Abschnitt 6a einen in Schmelzeflussrichtung ansteigenden Verlauf bezogen auf die in vertikaler Lage gezeigte Formtrennebene 2. Dabei nimmt der Gießlaufkanalverlauf in diesem Abschnitt 6a einen Winkel α zwischen ca. 0° und ca. 45°, vorzugsweise zwischen ca. 3° und ca. 20°, zur Normalenrichtung der Trennebene 2 ein. Dies trägt dazu bei, ein unerwünschtes Auslaufen von etwa noch flüssigem bzw. zähflüssigem Schmelzematerial aus dem Gießlaufkanal 6 beim Öffnen der Form zu vermeiden. Außerdem kann vorgesehen sein, dass die feste Formhälfte 1 und mithin die Trennebene 2 gegenüber der Vertikalen geneigt angeordnet ist, so dass der Gießlaufkanal 6 um ein entsprechendes zusätzliches Maß in Schmelzeflussrichtung ansteigt.
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Bei Bedarf kann der Trennstellenbereich 9 zusätzlich thermisch definiert sein, d.h. das Temperaturprofil entlang des Gießlaufkanals 6 kann durch aktive kühlende und/oder heizende Temperierungsmaßnahmen dahingehend beeinflusst werden, dass das punktgenaue Abtrennen des Schmelzematerials im Trennstellenbereich 9 unterstützt wird, das im Übrigen durch die geometrische Festlegung mittels der Biegung/Knickung 9a bereitgestellt wird. Als eine thermische Maßnahme kann der Angussblock 5 einen bezüglich der Temperatur transienten Bereich zwischen dem beheizten Schmelzeverteilerblock 4 einerseits und der gekühlten Formkavität bzw. Anschnittkavität 8 bilden, der nicht oder höchstens stromaufwärts des Trennstellenbereichs 9 aktiv beheizt und nicht oder nur im Bereich stromabwärts des Trennstellenbereichs 9 aktiv gekühlt wird. Alternativ kann vorgesehen sein, den Gießlaufkanalabschnitt im Angussblock 5 gemäß einem vorgebbaren Temperaturprofil zu beheizen, wobei die Temperatur im Angussblock niedriger gehalten wird als im Schmelzeverteilerblock und/oder in Schmelzeflussrichtung graduell abnehmend eingestellt wird.
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3 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung, wiederum nur schematisch mit seinen vorliegend interessierenden Komponenten, wobei der übrige Aufbau der Druckgießform demjenigen gemäß den 1 und 2 und den dazu oben gegebenen Erläuterungen entsprechen kann. Zum leichteren Verständnis sind in 3 für funktionell äquivalente, nicht zwingend identische Elemente zifferngleiche Bezugszeichen gewählt, so dass insoweit ergänzend auf die obigen Erläuterungen zu den 1 und 2 verwiesen werden kann.
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Bei der Druckgießform von 3 beinhaltet das Angusssystem einen Gießlaufkanal 6‘ mit einem Trennstellenbereich 9‘, der geometrisch durch eine Engstelle 9’a des Gießlaufkanals 6‘ definiert ist. Von dieser Engstelle 9‘ aus erweitert sich der Kanalquerschnitt sowohl im stromaufwärts anschließenden Gießlaufkanalabschnitt 6’a als auch im stromabwärts anschließenden Gießlaufkanalabschnitt 6’b jeweils trichter- bzw. hohlkegelförmig. Wie oben zum Ausführungsbeispiel der 1 und 2 erwähnt, ist auch hier ein Abstand A, den der Trennstellenbereich 9‘ von der Angussmündung 7‘ einhält, viel geringer als die restliche, stromaufwärtige Länge des Gießlaufkanals 6‘ und insbesondere auch kleiner als die restliche Gießlaufkanallänge in einem zugehörigen Angussblock 5‘. Speziell beträgt dieser Abstand A in vorteilhaften Ausführungsformen zwischen dem 0,3-fachen und 3-fachen eines Durchmessers D des Gießlaufkanals 6‘ im Trennstellenbereich 9‘.
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Zusätzlich ist der Trennstellenbereich 9‘ thermisch dadurch definiert, dass der an den Trennstellenbereich 9‘ stromabwärts anschließende Gießlaufkanalabschnitt 6’b unbeheizt bleibt, während dem stromaufwärts an den Trennstellenbereich 9‘ anschließenden Gießlaufkanalabschnitt 6’a eine Heizeinrichtung 10 zugeordnet ist, mit der das Schmelzematerial in diesem Gießlaufkanalabschnitt 6’a bis vor den Trennstellenbereich 9‘ aktiv beheizt werden kann, zum Beispiel in Schmelzeströmungsrichtung anschließend an einen ebenfalls aktiv beheizten Schmelzeverteilerblock. Die Heizeinrichtung 10 kann von irgendeinem dem Fachmann hierfür an sich bekannten Typ sein, zum Beispiel in Form einer elektrischen oder induktiven Heizeinrichtung, die sich im Gießlaufkanal 6‘ selbst oder wie gezeigt in einem diesen mit geringem radialem Abstand umgebenden Bereich des Angussblocks 5‘ angeordnet sein kann. Alternativ ist eine Beheizung durch ein Heizfluid möglich, wozu dann ein den betreffenden Gießlaufkanalabschnitt 6’a radial umgebender Bereich mit einer entsprechenden Fluidkanalstruktur versehen ist. Das Beheizen der Schmelze im an den Trennstellenbereich 9‘ stromaufwärts anschließenden Gießlaufkanalabschnitt 6’a bei gleichzeitig fehlender Beheizung des Gießlaufkanalabschnitts 6’b stromabwärts des Trennstellenbereichs 9‘ kann das zuverlässige, prozesssichere Abtrennen des Schmelzematerials im dazu konfigurierten Trennstellenbereich 9‘ im Zusammenspiel mit der geometrischen Engstellengestaltung unterstützen und gewährleisten.
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Als weitere thermische Maßnahme beinhaltet das Angusssystem gemäß 3 eine Kühlkanalstruktur 11 in einem der Angussmündung 7‘ gegenüberliegenden Bereich der beweglichen Formhälfte 3‘. Mittels dieser Kühlkanalstruktur 11 kann das Schmelzematerial im zu einer Formkavität 12 führenden Anguss-/Anschnittbereich 8‘ und insbesondere im direkt an die Angussmündung 7‘ des Gießlaufkanals 6‘ angrenzenden Teil des Anschnittbereichs 8‘ aktiv gekühlt werden. Dies unterstützt die Abkühlung und damit die Erstarrung bzw. Teilerstarrung des Schmelzematerials im endseitigen Gießlaufkanalabschnitt 6’b stromabwärts des Trennstellenbereichs 9‘, während gleichzeitig das Schmelzematerial im stromaufwärts an den Trennstellenbereich 9‘ angrenzenden Gießlaufkanalabschnitt 6’a durch die Heizeinrichtung 10 an einer Erstarrung gehindert werden kann. Dadurch reißt das Schmelzematerial beim Öffnen der Form zuverlässig am Trennstellenbereich 9‘ ab.
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Bei einer in 4 gezeigten Ausführungsvariante sind zusätzlich zum Ausführungsbeispiel von 3 dem Gießlaufkanalabschnitt 6’b zwischen Trennstellenbereich 9‘ und austrittsseitiger Angussmündung 7‘ eine aktive Kühleinrichtung in Form einer Kühlkanalstruktur 13 und eine aktive Heizeinrichtung 14 zugeordnet. Die Heizeinrichtung 14 kann wie die Heizeinrichtung 10 von irgendeinem dem Fachmann hierfür an sich bekannten Typ sein, beispielsweise eine elektrische oder induktive Heizeinrichtung, die sich im besagten Kanalabschnitt 6’b oder wie gezeigt in einem diesen mit geringem radialem Abstand umgebenden Bereich des Angussblocks 5‘ bzw. eines den Gießlaufkanal 6‘ enthaltenen Angusseinsatzes angeordnet sein kann. Auch hier ist alternativ eine Beheizung durch ein Heizfluid mit entsprechender Fluidkanalstruktur möglich. Die Kühlkanalstruktur 13 kann mit dem gleichen Kühlfluid wie die Kühlkanalstruktur 11 oder alternativ mit einem anderen Kühlfluid gespeist werden.
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Mittels der aktiven Kühleinrichtung 13 und der aktiven Heizeinrichtung 14 im Abschnitt zwischen Trennstellenbereich 9‘ und Angussmündung 7‘ lässt sich in entsprechenden Anwendungsfällen die thermische Definition des Trennstellenbereichs 9‘ weiter verbessern. Beispielsweise kann in einer entsprechenden Betriebsart dieser Gießlaufkanalabschnitt 6’b durch die Kühleinrichtung 13 aktiv gekühlt werden, was das Anbinden des Schmelzematerials in diesem Abschnitt an das formseitig anschließende Schmelzematerial, d.h. an den Anguss des gegossenen Teils, unterstützt. Denn das zusätzliche Kühlen fördert in diesem Kanalabschnitt 6’b das Erstarren des Schmelzematerials.
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Falls die von der Kühlkanalstruktur 11 in der beweglichen Formhälfte 3‘ bereitgestellte Kühlwirkung in entsprechenden Anwendungsfällen relativ stark ist und eine Erstarrung des Schmelzematerials stromaufwärts über den Trennstellenbereich 9‘ hinaus verursachen könnte, kann dem in einer entsprechenden Betriebsart dadurch entgegengewirkt werden, dass die Heizeinrichtung 14 aktiviert und dadurch das Schmelzematerial im austrittseitigen Gießlaufkanalabschnitt 6’b auf ausreichend hoher Temperatur gehalten wird.
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In einer weiteren möglichen Betriebsart können die Kühleinrichtung 13 und die Heizeinrichtung 14 des Gießlaufkanalabschnitts 6‘b getaktet betrieben werden. Damit lässt sich eine Art zyklussynchrone Erstarrung des Schmelzematerials forcieren, was wiederum den Schmelzetrennvorgang im Trennstellenbereich 9‘ aktiv unterstützt.
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In weiteren, nicht gezeigten Ausführungsvarianten ist dem Gießlaufkanalabschnitt 6’b nur eine Heizeinrichtung ohne Kühleinrichtung oder nur eine Kühleinrichtung ohne Heizeinrichtung zugeordnet. Zudem kann in weiteren modifizierten Ausführungsformen die Heizeinrichtung 10 und/oder die Kühlkanalstruktur 11 entfallen.
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Es versteht sich, dass allen erwähnten Kühl- und Heizeinrichtungen 10, 11, 13, 14 eine Steuerungs- und/oder Regelungseinheit zugeordnet ist, welche die genannten Kühl-/Heizeinrichtungen 10, 11, 13, 14 entsprechend der jeweils gewünschten Betriebsart geeignet ansteuert.
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Exemplarisch ist hierzu in 4 als Beispiel eine Regelungseinheit 15 dargestellt, die über entsprechende Steuerleitungen 15a, 15b, 15c, 15d die Heizeinrichtung 10, die Kühlkanalstruktur 11, die Kühlkanalstruktur 13 und die Heizeinrichtung 14 ansteuert. In entsprechenden Ausführungsformen beinhaltet das Angusssystem zudem, wie weiter in 4 gezeigt, eine Temperatursensorik 16 zwischen dem Trennstellenbereich 9‘ und der austrittsseitigen Angussmündung 7‘. Die Temperatursensorik 16 ist über eine zugehörige Sensorleitung 15e an die Regelungseinheit 15 angeschlossen und so ausgelegt, dass sie die Regelungseinheit 15 über die Temperaturverhältnisse in mindestens einem Teil des Gießlaufkanals 6‘ und insbesondere in der Umgebung stromaufwärts und stromabwärts des Trennstellenbereichs 9‘ informieren kann. Je nach Systemauslegung kann die Temperatursensorik 16 hierzu einen oder mehrere, längs des Gießlaufkanals 6‘ hintereinander angeordnete Temperatursensoren beinhalten, speziell im gezeigten Teil des Gießlaufkanals 6‘, der den sich konisch verengenden Abschnitt 6’b, den Trennstellenbereich 9‘ und den Abschnitt zwischen Trennstellenbereich 9‘ und Angussmündung 7‘ umfasst. Beispielsweise können die Heizeinrichtung 10, die Kühleinrichtung 11, die Kühleinrichtung 13 und die Heizeinrichtung 14 jeweils mit einem oder mehreren Temperatursensorelementen ausgestattet sein.
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Damit verfügt das Angusssystem in dieser Realisierung über Temperierungsmittel, die zur steuer- oder regelbaren Schmelzematerialtemperierung im Trennstellenbereich 9‘ des Gießlaufkanals 6‘ auf eine vorgebbare Solltemperatur eingerichtet werden können, wobei diese Solltemperatur zweckmäßigerweise auf einen Wert zwischen dem 0,9-fachen und 1,1-fachen der Liquidustemperatur des zu gießenden Schmelzematerials, vorzugsweise auf diese Liquidustemperatur oder in einem engen Bereich zwischen dem 0,98-fachen und dem 1,02-fachen derselben vorgegeben wird.
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Mit diesen Temperierungsmitteln lässt sich eine dezidierte Temperaturführung für das Schmelzematerial vom Trennstellenbereich 9‘ bis zur Angussmündung 7‘ erzielen. Auf diese Weise kann die Temperatur des Schmelzematerials in der Umgebung des Trennstellenbereichs 9‘ vorteilhaft im Schmelzeerstarrungstemperaturintervall gehalten werden. Dabei kann die Schmelzetemperatur im Gießlaufkanal 6‘ in einem Zulaufabschnitt stromaufwärts des Trennstellenbereichs 9‘ durchaus höher gewählt werden, um dort gute Fließeigenschaften für die Schmelze und eine sichere Schmelzeführung bereitzustellen, was vor unerwünschten Schmelzeerstarrungseffekten im Gießlaufkanal 6‘ stromaufwärts des Trennstellenbereichs 9‘ schützt.
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Die Zu- und Abschaltung der Heiz- und Kühleinrichtungen 10, 11, 13, 14 kann somit individuell durch die Regelungseinheit 15 abhängig von der sensierten Temperatur im austrittsseitigen Teil des Gießlaufkanals 6‘ erfolgen. Durch diese gezielte Schmelzetemperaturführung im Anschnittbereich kann u.a. verhindert werden, dass bei geöffneter Gießform während der Entnahme des gegossenen Teils das im Gießlaufkanal 6‘ verbleibende Schmelzematerial in Folge eines Wärmestromabflusses zu den gekühlten Komponenten der Druckgießform zu stark abkühlt oder gar erstarrt. Hierzu kann die Regelungseinheit 15 die Kühlwirkung der Kühleinrichtung 11, 13 in deren Einfluss auf die temperiert zugeführte Schmelze auf den austrittsseitigen Gießkanalabschnitt 6’b bis zum Trennstellenbereich 9‘ geeignet begrenzen, während sie gleichzeitig den an den Trennstellenbereich 9‘ stromaufwärts anschließenden Gießlaufkanalabschnitt 6‘a mittels der Heizeinrichtung 10 aktiv beheizen und damit auf Liquidustemperatur temperiert halten kann.
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In entsprechenden Ausführungsformen der Erfindung kann das Angusssystem als Heißkanal-Angusssystem mit mehreren strömungstechnisch parallelen Gießlaufkanälen konfiguriert sein, die mit räumlich getrennten Angussmündungen an verschiedenen Stellen in die Formkavität einmünden und denen jeweils eine Angusseinheit eines der in den 1 bis 4 gezeigten Typen zugeordnet ist. Insbesondere kann jeder der strömungstechnisch parallel miteinander in Verbindung stehenden Gießlaufkanäle mit einer Angusseinheit gemäß den 3 und 4 ausgerüstet sein, die über die oben erläuterten Temperierungsmittel verfügt. Dabei können dezentral mehrere Steuer- oder Regeleinheiten oder alternativ eine gemeinsame zentrale Steuer- oder Regeleinheit für die Kühl- und Heizeinrichtungen der verschiedenen Gießlaufkanäle vorgesehen sein. Bei dieser mehrkanaligen Systemauslegung lässt sich durch die Temperierungsmittel mit den individuell für jeden Gießlaufkanal getrennt ansteuerbaren Kühl- und/oder Heizeinrichtungen nach Art der Kühl- und/oder Heizeinrichtungen 10, 11, 13, 14 von 4 die Schmelzetemperatur im austrittsseitigen Abschnitt für jeden Gießlaufkanal einzeln optimal einstellen, so dass das gewünschte Abtrennen des Schmelzematerials im Trennstellenbereich 9‘ prozesssicher in jedem der Gießlaufkanäle bewirkt wird.
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Dazu wird von der zugehörigen Steuer-/Regelungseinrichtung durch entsprechende Ansteuerung der jeweils vorhandenen Kühl-/Heizeinrichtungen dafür gesorgt, dass das Trennen des Schmelzematerials für jede der mehreren räumlich getrennten Angussmündungen der verschiedenen Gießlaufkanäle reproduzierbar an der jeweiligen Solltrennstelle mit reproduzierbaren Temperaturbedingungen erfolgt. Zudem sind die Angussmündungen untereinander thermisch abgestimmt, so dass das Trennen des Schmelzematerials nicht dazu führt, dass in einem der Trennstellenbereiche der verschiedenen Gießlaufkanäle erstarrtes Schmelzematerial beim Öffnen der Form zurückbleibt. Vielmehr werden die Temperaturverhältnisse für jeden der mehreren, räumlich getrennten Trennstellenbereiche derart eingestellt, dass an allen Trennstellen beim Öffnen der Gießform das gesamte erstarrte Schmelzematerial vollständig aus der Angussmündung herausgezogen wird. Dadurch wird sichergestellt, dass beim nächsten Gießvorgang die Schmelze in gleicher Strömungsverteilung über die mehreren Angussmündungen in die Formkavität fließt und dort reproduzierbar die gleichen Fließfronten ausprägt.
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Dazu wird die Temperatur mittels der Kühl- und/oder Heizeinrichtungen 10, 11, 13, 14, die jeder Trennstelle 9‘ der in diesem Fall mehreren strömungstechnisch parallelen Gießlaufkanäle 6‘ zugeordnet sind, von den zugehörigen dezentralen Steuer-/Regeleinheiten oder alternativ der zentralen Steuer-/Regeleinheit 15 individuell für jede der Trennstellen auf den optimalen Sollwert einreguliert, der wie erwähnt etwa bei der Liquidustemperatur des Schmelzematerials bzw. im Bereich des 0,9-fachen bis 1,1-fachen und vorzugsweise des 0,98-fachen bis 1,02-fachen derselben liegt.
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Dabei wird auch berücksichtigt, dass die Temperatur in den Gießlaufkanälen nicht nur von Rückflüssen bzw. Rückwirkungen der Formkavität oder von Formkühlungseinrichtungen für die Formkavität abhängig ist, sondern auch vom Durchmesser und der Geometrie der Gießlaufkanäle. Des Weiteren können sich Schmelzeenergien unterschiedlicher Masseströme der Schmelze unterschiedlich auf den Temperaturhaushalt und damit auch auf die Temperaturverhältnisse des Schmelzematerials im jeweiligen Trennstellenbereich auswirken, wenn es aus fließtechnischen Gründen zum Füllen der Formkavität notwendig ist, die zwei oder mehr strömungstechnisch parallelen Gießlaufkanäle mit unterschiedlicher Geometrie, wie verschiedene Durchmesser, Krümmungen, Knicken etc., auszuführen. Auch derartige Effekte können durch das erfindungsgemäße Angusssystem in der Systemauslegung mit den erläuterten Temperierungsmitteln kompensierend berücksichtigt werden, so dass auch in solchen Systemrealisierungen die Schmelzetemperatur in jedem Trennstellenbereich der mehreren Gießlaufkanäle durch die individuell zugeordneten und ansteuerbaren Kühl-/Heizeinrichtungen auf den optimalen Sollwert eingestellt bzw. auf diesem gehalten werden kann.
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Es versteht sich, dass die erwähnten aktiven Kühlungs- und/oder Beheizungsmaßnahmen des Schmelzematerials in der Anguss-/Anschnittkavität und insbesondere nahe der Angussmündung des Gießlaufkanals, wie sie vorstehend zu den Beispielen von 3 und 4 erläutert wurden, auch beim Angusssystem der 1 und 2 vorgesehen werden können.
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Wie die gezeigten und oben erläuterten Ausführungsbeispiele deutlich machen, stellt die Erfindung ein vorteilhaftes Angusssystem zur Verfügung, das ein definiertes Abtrennen der Schmelze im Gießlaufkanal mit vorzugsweise relativ geringem Abstand von dessen austrittsseitiger Angussmündung in die Formkavität oder wie gezeigt in die vorgelagerte Anguss-/Anschnittkavität ermöglicht, wobei sich gleichzeitig ein unerwünschtes Austreten von noch flüssigem Schmelzematerial aus der festen Formhälfte beim Öffnen der Form vermeiden lässt, ohne dass dazu ein mechanisches Verschlusssystem zwingend notwendig ist. Das erfindungsgemäße Angusssystem eignet sich für alle Anwendungen, wie sie für herkömmliche Angusssysteme bekannt sind, und insbesondere auch als Heißkanal-Angusssystem zum Druckgießen von Zink, Aluminium und Magnesium in einem erhöhten Temperaturbereich von bis ca. 750 °C.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- EP 1201335 B1 [0003, 0004]
- EP 1997571 B1 [0003]
- WO 2007/028265 A2 [0004]
- DE 19611267 C1 [0005]
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- L. H. Kallien und C. Böhnlein, Druckgießen, Gießerei 96, 07/2009, S. 18–26 [0002]
