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Die Erfindung betrifft Vorrichtung zur Herstellung von Gussteilen, wie Aluminiumguss, im Niederdruckgießverfahren mit Hilfe eines Gusswerkzeugs, das aus einem Unterteil oder unteren Formteil und einem Oberteil oder oberen Formteil besteht, wobei zumindest das Oberteil mit Hilfe mindestens einer Stellvorrichtung) verstellbar ist, wobei die Vorrichtung zur Herstellung von Gussteilen ein Steigrohr aufweist, über das Schmelze oder Al-Schmelze im Niederdruckgießverfahren zugeführt wird und anschließend über eine Schließvorrichtung verschlossen wird, wobei dem Steigrohr und einer Gießkammer eine oder mehrere Verdichtungsvorrichtungen zugeordnet sind.
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Es ist bereits ein Werkzeug aus der
DE 102 34 026 C1 bekannt, die sich auf eine Vorrichtung zur Herstellung von Gussteilen, wie Aluminiumguss, im Druckverfahren oder Niederdruckgießverfahren bezieht, das aus beweglich angeordneten Seitenteilen mit einem ein Unterteil oder ein unteres Formteil aufnehmenden Grundplatte und ein Oberteil oder oberes Formteil aufweisenden Platte besteht, wobei zumindest das Oberteil mit einer Entformungsplatte und dem oberen Formteil mit Bezug auf die Standfläche des Gusswerkzeugs mit Hilfe mindestens einer Stellvorrichtung in vertikaler Richtung verstellbar ist und die Seitenteile ebenfalls mit Hilfe der und/oder weiteren Stellvorrichtungen in horizontaler Richtung verstellbar sind. Bei einer derartigen Vorrichtung kann keine kurze und simultane oder zeitgleiche Bewegung der verstellbaren Bauteile erzielt werden. Ferner ist die Herstellung der bekannten Vorrichtung aufwändig und teuer.
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Ferner ist ein Verfahren zur Herstellung von Erzeugnissen aus Metall sowie einen mit dem Verfahren hergestellten Rotor für einen Elektromotor bekannt (
DE 10 2013 208 151 A1 ). Mit dem bekannten Verfahren wird mit Hilfe einer Gießmaschine Metall, Kupfer oder eine Kupferlegierungsschmelze unter Druck einer Gießform zugeführt. Die Gießmaschine ist hierzu mit einem relativ zu einer Horizontalen schräg, vorzugsweise vertikal angeordneten Kolben ausgestattet. Der Kolben wird in Richtung einer Längsachse der Gießform bewegt, sodass das in der Füllkammer befindliche geschmolzene Kupfer in eine Kavität der Gießform gepresst wird. Bekannt ist, dass Lunker-Porosität auftritt, da die meisten gegossenen Metalle in flüssigem Zustand eine etwas geringere Dichte haben als in festem Zustand. Das führt dazu, dass das Metall, wenn es erstarrt, weniger Raum einnimmt. Die Schrumpfung kann minimiert werden, wenn das flüssige Metall in die Form eintritt, während es erstarrt. Allerdings können bei komplizierten Querschnitten sogenannten Hot Spots auftreten. Lunker-Porosität lässt sich durch verbessertes Formwerkzeug-Design, Druckintensität und Metalltemperatur kontrollieren.
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Auch sind ein Verfahren und Vorrichtungen zur Erzeugung von Bauteilen bekannt (
DE 41 32 732 A1 ), bei welchen flüssiges Material in einen zumindest aus zwei Formhälften gebildeten Formhohlraum eingebracht und unter Druck verfestigt wird. Zur Schaffung kontrollierbarer und steuerbarer Fertigungsbedingungen für eine Optimierung der Produkteigenschaften ist es vorgesehen, dass das zu verflüssigende Material, beispielsweise in Form fester Chargierkörper, in unmittelbar mit dem Formhohlraum über große Durchflussquerschnitte verbundene Füllkammern mit Hilfe von Presskolben eingebracht, aufgeschmolzen, weiter mit Hilfe der Presskolben in den Formhohlraum in kompaktem Fluss eingeschoben und hier nach vollständigem Schließen des Formhohlraums unter Druck zur Erstarrung gebracht wird (
1).
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Außerdem ist eine Metall-Druckgussmaschine mit einer Gieß- oder Vorratskammer zum Bevorraten der zu verarbeitenden Metallschmelze und mit zumindest einer Gießform bekannt (
DE 10 2009 051 879 B3 ), deren Formhohlraum zum Eindrücken und Erstarren der Metallschmelze bestimmt ist.
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Für die erfindungsgemäße Metall-Druckgussmaschine ist kennzeichnend, dass die Gieß- oder Vorratskammer zur drucklosen Bevorratung der Metallschmelze ausgestaltet ist und dass die Gieß- oder Vorratskammer mit der Gießform über wenigstens eine Metallschmelze-Pumpe verbunden ist, welche die Metallschmelze aus der Gieß- oder Vorratskammer ansaugt und in den Formhohlraum der Gießform drückt. Mit Hilfe der erfindungsgemäßen Metall-Druckgussmaschine lassen sich die gewünschten Gussteile in einem zyklischkontinuierlichen Verfahren in einer hohen Qualität herstellen.
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Mit Hilfe eines Sperr-Schiebers, der die in einem der Gießform-Teile vorgesehene Zulauföffnung verschließt und den Formhohlraum der Gießform vollständig von der Zufuhr abriegelt, kann ein Druck auf die in der Gießform befindliche Metallschmelze ausgeübt und während der Erstarr-Phase permanent aufrechterhalten werden. Erfolgt die Erstarrung unter Druck, wird der Erstarrungsvorgang wesentlich beschleunigt, die Taktzeiten verkürzt, eine Lunkerbildung verhindert, das molekulare Gefüge verfeinert und die mechanischen Kennwerte abhängig vom aufgebrachten Druck während der Erstarrungszeit wesentlich verbessert.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Vorrichtung mit Hilfe einer Verdichtungsvorrichtung oder mehrfach verstellbaren Vorrichtung derart auszubilden, dass sehr hochwertige Gussteile bei Vermeidung von Lunkerbildung mit enorm hoher Festigkeit sehr kostengünstig hergestellt werden können.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Verdichtungsvorrichtungen einen oder mehrere Kolbenzylinder aufweisen, die nach Verstellen der Schließvorrichtung in eine das Steigrohr verschließende Stellung aktiviert werden und die mit Bezug auf die Füllrichtung hinter der Schließvorrichtung in einem Winkel von 80° bis 100° oder 90° mit Bezug auf die Bewegungsrichtung des oberen Formteils angeordnet sind.
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Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung handelt sich um eine externe Verdichtungseinheit und um einen Blockvorrichtung, die in eine Verdichtungseinheit zwischengeschaltet ist und zwar zwischen einer Gießmaschine und einer Gießform. Das hat den Vorteil, dass die Verdichtungseinheit unabhängig von einem Maschinenhersteller ist, das heißt auch, dass die Verdichtungseinheit unabhängig von der Gießform ist und jederzeit ohne großen Aufwand in eine vorhandene Anlage eingebaut werden kann. Dies wird insbesondere durch die in etwa horizontal verlaufende Verdichtungseinheit erreicht, die universell einsetzbar ist.
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Ziel ist es hierbei auch, je nach Bauteileanforderungen den Gießprozess variabel einzustellen und zu optimieren, unabhängig von der Gießmaschine sowie der Gießform. Hierdurch erhält man einen unter geringem Zeitaufwand kostengünstig nachrüstbaren Erfindungsgegenstand.
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Durch den beidseitig gleichmäßig ausgeübten Druck auf die Schmelze mit Hilfe von zwei Kolben, erfolgt ein optimierter laminarer Materialfluss in die Gießformform hinein, ohne Turbulenzen in der zugeführten Schmelze.
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Hierzu ist es vorteilhaft, dass die Schließvorrichtung ein in den Querschnitt des Steigrohrs verstellbaren Schieber aufweist, der mit Hilfe einer Steuervorrichtung bei abgeschlossenem Füllvorgang der Gießkammer den Schieber in Schließstellung bewegt. Durch die nachgelagerte Verdichtung der Schmelze oder Al-Schmelze mit bis zu 50 bar, die erst nach Schließung des Steigrohrs oder der Gießkammer im Schmelzgefüge vorgenommen wird, wird ein kostengünstiges Gießverfahren ermöglicht, da erst nach Befüllen des Gießwerkzeugs im Niederdruckgießgussverfahren mit bis zu max. 1 bar Druck der Verdichtungsprozeß der Schmelze oder Al-Schmelze eingeleitet wird.
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Hierdurch wird kostengünstig eine bessere Gussqualität erreicht. Ferner wird das verdichtete Gefüge besser homogenisiert. Hierdurch können auch verbesserte mechanische Eigenschaften und Kennwerte des Gussteils realisiert werden. Dynamisch beanspruchte komplexe Bauteilgeometrie lässt sich mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung erstellen. Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist bei allen gängigen Niederdruckgießmaschinen in kürzester Zeit möglich.
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Ferner ist es vorteilhaft, dass die Gießkammer bei einem Druck von ca. 1 bar bis 10 bar oder 1 bar bis 3 bar beaufschlagt wird.
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Vorteilhaft ist es auch, dass die Verdichtungsvorrichtung einen oder mehrere Kolbenzylinder aufweist, die mit Bezug auf die Füllrichtung hinter der Schließvorrichtung angeordnet sind.
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Es ist auch vorteilhaft, dass die Verdichtungsvorrichtung zwei oder mehrere Kolbenzylinder aufweist, die mit Bezug auf die Füllrichtung hinter der Schließvorrichtung auf einer Bewegungsebene quer zu einer Längsmittelachse oder zu einer quer zur Bewegungsrichtung des oberen Formteils verlaufenden Ebene angeordnet sind.
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Von besonderer Bedeutung ist für die vorliegende Erfindung, dass die Verdichtungsvorrichtung nach Schließung der Gießkammer in der Gießkammer einen Hochdruck erzeugt oder einen Druck zwischen 30 bar und 150 bar oder mehr oder einen Hochdruck zwischen 40 bar und 60 bar aufbaut.
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Auch ist es vorteilhaft, dass der Druckraum, in dem die Kolben verschiebbar aufgenommen sind, über Verbindungsöffnungen an die Gießkammer oder an das an die Gießkammer angeschlossene Steigrohr angeschlossen ist.
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Ferner ist es vorteilhaft, dass die Bewegungsrichtung des Kolbens des Kolbenzylinders in einem Winkel zwischen 10° und 170° oder in einem Winkel von 80° bis 100° oder 90° mit Bezug auf die Bewegungsrichtung des oberen Formteils verläuft. Aufgrund der horizontalen Anordnung der Kolbenzylinder mit Bezug auf die Standfläche der Vorrichtung der Oberfläche Formplatte ist es auch möglich die erfindungsgmäße Vorrichtung in bereits älteren Vorrichtungen kostengünstig nachzurüsten, da diese sehr platzsparend angeordnet sind.
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Vorteilhaft ist es auch, dass vor dem Erstarrungsprozess der Schmelze oder Al-Schmelze die Schließvorrichtung in eine Offenstellung gebracht wird und die nicht erstarrte Schmelze oder Al-Schmelze aus dem Steigrohr abfließen kann.
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Ferner ist es vorteilhaft, dass im Einflussbereich der Schmelze oder Al-Schmelze in die Gießkammer ein Anguss einer unteren Formplatte vorgesehen ist, der eine Verbindung mit dem Gussteil eingeht.
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Eine zusätzliche Möglichkeit ist gemäß einer Weiterbildung der Erfindung, dass der Anguss nach Erstarren der Schmelze oder Al-Schmelze mit dem Gussteil eine bauliche Einheit bildet.
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Auch ist es vorteilhaft, dass die Vorrichtung zur Herstellung von Gussteilen, wie Aluminiumguss, zuerst im Niederdruckgießverfahren und anschließend im Hochdruckgießverfahren zumindest aus der unteren das Formteil aufnehmenden Formplatte und einer oberen das obere Formteil aufnehmenden Formplatte gebildet ist, wobei das Steigrohr konzentrisch in der unteren Formplatte aufgenommen ist und sich bis in den Einlauf der Gießkammer erstreckt, in deren Bereich das Angussteil aufgenommen ist.
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Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung sind in den Patentansprüchen und in der Beschreibung erläutert und in den Figuren dargestellt.
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Dabei zeigen:
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1a eine Schnittdarstellung eines Gießwerkzeugs mit einer Gießkammer vor dem Füllprozess, die von unten nach oben mit flüssiger Schmelze oder Al-Schmelze nach dem Niederdruckgießverfahren mit bis zu einem Druck von max. 1 bar, oder der geringfügig darüber liegt, gefüllt werden kann;
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1b einen Verdichtungsprozess mit Hilfe einer Schließvorrichtung für ein am Verdichtungsblock angeordnetes Steigrohr mit einem das Steigrohr verschließenden Schieber, wobei nach Schließstellung des Schiebers überschüssige Schmelze oder Al-Schmelze unterhalb des Schiebers vom Schließmechanismus aus dem Steigrohr 3 nach unten durch das Steigrohr 1 in den Schmelzofen zurück geflossen ist, wobei Kolben eines Kolbenzylinders in Richtung Zentrum des Verdichtungsblocks verschoben sind;
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1c das Einfrieren im Angussbereich und somit die Kühlung und Erstarrung des Angusses, wobei die Schließvorrichtung des Steigrohrs die Öffnung des Steigrohrs nach unten freigibt, sodass überschüssige Schmelze oder Al-Schmelze oberhalb der Schließvorrichtung des Steigrohrs nach unten durch das Steigrohr in den Schmelzofen zurückfließen kann;
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1d den Auswurf des erstarrten Rohlings nach Beendigung des Kühlprozesses.
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1e ein Kühlsystem zur Kühlung des Einlassbereichs der Gießkammer,
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1f den aus der Gießform entnommenen Rohling.
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1g eine Autokarosserie mit schraffiert gekennzeichneten Teilen, die eine hohe Belastung aushalten müssen und mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung hergestellt werden können.
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In 1 ist eine Schnittdarstellung einer Vorrichtung 15 zur Herstellung von Gussteilen, wie Aluminiumguss, im Nieder- und sich daran anschließenden Hochdruckgießverfahren mit Hilfe eines Gusswerkzeugs bezeichnet.
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Die Vorrichtung 15 besteht aus zumindest einer unteren, ein unteres Formteil 8 aufnehmenden Formplatte 7 und einer oberen, ein oberes Formteil 10 aufnehmenden Formplatte 11. Die gesamte Vorrichtung 15 ist auf einem Ofendeckel 2 angeordnet.
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Ein an einem Verdichtungsblock 4 angeordnetes Steigrohr 1 der Vorrichtung 15 ist konzentrisch in der unteren Formplatte 7 aufgenommen und erstreckt sich bis in den Einlauf einer Gießkammer 16, in deren Bereich ein Angussteil vorgesehen ist.
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Mit Hilfe des Steigrohrs 1 der Vorrichtung 15 wird zur Herstellung von Gussteilen eine Schmelze oder Al-Schmelze 6 zuerst im Niederdruckgießverfahrenvon ca. 1 bar der Gießkammer 16 zugeführt. Die Gießkammer kann auch bei einem Druck von ca. 1 bar bis 10 bar oder 1 bar bis 3 bar beaufschlagt werden. Aus Kostengründen ist es aber vorteilhaft, mit einem möglichst geringen Druck die Gießkammer zu befüllen. Nach Befüllen der Gießkammer wird eine Schließvorrichtung 3 aktiviert, die im Bereich des Steigrohrs vorgesehen ist.
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Die Schließvorrichtung 3 weist hierzu ein als Schieber 17 ausgebildetes Verschlussteil auf, das in das Steigrohr 1 geschoben wird, nachdem die Gießkammer vollständig mit Schmelze oder Al-Schmelze 6 befüllt worden ist. Zur Herstellung von sehr hochwertigen Rohlingen oder Gussteilen und zur Vermeidung von Lunkerbildung ist es jedoch erforderlich, dass die Schmelze oder Al-Schmelze 6 nach Schließung des Steigrohrs 1 mit Druck von 50 bar oder mehr verdichtet wird, sodass sicher-gestellt wird, dass sämtliche, auch kleinste, Hohlräume in der Gießkammer mit Schmelze oder Al-Schmelze 6 ausgefüllt werden und gleichzeitig auch die Lunkerbildung vermieden wird.
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Hierzu sind eine oder mehrere Verdichtungsvorrichtungen der Vorrichtung 1 zugeordnet. Die Verdichtungsvorrichtungen werden, wie beschrieben, erst nach Schließung der Gießkammer aktiviert. Die Verdichtungsvorrichtung weist einen oder mehrere Kolbenzylinder 5 auf, die mit Bezug auf die Füllrichtung hinter der Schließvorrichtung angeordnet sind. Die Schließvorrichtung bzw. die zughörigen Kolbenzylinder 5 sind mit Bezug auf die Füllrichtung hinter der Schließvorrichtung auf einer Bewegungsebene X quer zu einer Längsmittelachse 14 oder auf einer quer zur einer Bewegungsrichtung Z des oberen Formteils 10 verlaufenden Ebene angeordnet.
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Die Verdichtungsvorrichtung erzeugt mit Ihren Kolben nach Schließung der Gießkammer 16 in der Gießkammer einen Hochdruck- oder einen Druck zwischen 30 bar und 150 bar oder mehr, oder einen Hochdruck zwischen 40 bar und 60 bar. Der eingestellte Druck wird auch durch die Verwendung der Schmelze oder Al-Schmelze 6 bestimmt.
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Die hier beschriebene Verdichtungsvorrichtung kann auch bei bereits vorhandenen Vorrichtungen zur Herstellung von Gussteilen ohne aufwändige Umbaumaßnahmen nachgerüstet werden. Die hier beschriebene Verdichtungsvorrichtung wird dann mit ihrem Druckraum, in dem die Kolben verschiebbar aufgenommen sind, über Verbindungsöffnungen an die Gießkammer oder an das an die Gießkammer angeschlossene Steigrohr 1 angeschlossen.
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Die Bewegungsrichtung des Kolbens des Kolbenzylinders 5 kann in einem Winkel zwischen 10° und 170° oder in einem Winkel von 80° bis 100°, oder je nach der gegebenen Anordnung und Ausbildung der Vorrichtung 90° mit Bezug auf die Bewegungsrichtung Z des oberen Formteils 10 angeordnet werden.
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Vor dem Erstarrungsprozess der Schmelze oder Al-Schmelze 6 wird die Schließvorrichtung 3 in eine Offenstellung gebracht und die nicht erstarrte Schmelze oder Al-Schmelze 6 kann aus dem Steigrohr 1 gemäß 1a bis 1d abfließen.
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Der Kühlkern bzw. der Anguss 12 wird über Versorgungs- bzw. Einlassöffnungen 19, 22 mit Kühlmittel versorgt, das über Auslassöffnungen 21, 23 abfließen kann (1d). Da der Angus 12 nach der Kühlung vorzeitig erstarrt, wird die Einlassöffnung zur Gießkammer 16 verschlossen und die Schmelze 6 kann nicht mehr aus der Gießkammer 16 abfließen. Unterhalb des Angusses 12 fließt jedoch die restliche Schmelze aus der Angussbuchse 24 und dem Steigrohr 1 ab.
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Der Anguss 12 bildet nach Erstarren der Schmelze oder Al-Schmelze 6 mit dem Gussteil oder dem Rohling 9 eine bauliche Einheit. Nach vollständiger Abkühlung der Schmelze 6 in der Gießkammer 16 kann der erkaltete Rohling 9 aus der Gießkammer 16 entnommen werden.
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1g zeigt eine Autokarosserie mit schraffiert gekennzeichneten Teilen, die in der Autokarosserie eine sehr hohe Belastung aushalten müssen und mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung zu Beginn des Herstellungsprozesses im Niederdruckgieß- und anschließend im Hochdruckgießverfahren bei unterschiedlich hohen Drücken hergestellt werden können, sodass die aus Al-Schmelze hergestellten Rohlinge, einen ex-trem hohen Widerstandswert aufweisen. Der Verdichtungsdruck kann variabel über eine Steuervorrichtung verändert werden, er richtet sich nach der Beschaffenheit bzw. Zusammensetzung der Schmelze und den zu erreichenden Parametern.
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In den 1a bis 1d ist ein Teil eines Gusswerkzeugs schematisch dargestellt. Die Gesamtvorrichtung, insbesondere der Entformungsvorgang, ist in der noch nicht veröffentlichten Patentanmeldung 10 2016 104 019.3, Seiten 7–11 ausführlich beschrieben. Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann auch bei einer derartigen Vorrichtung eingesetzt werden, wenn geringfügige Umbaumaßnahmen vorgenommen werden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Steigrohr
- 2
- Ofendeckel
- 3
- Schließvorrichtung, Schließmechanismus, Steigrohr
- 4
- Verdichtungsblock
- 5
- Kolbenzylinder
- 6
- Schmelze, Aluminium-Schmelze
- 7
- Untere Formplatte
- 8
- Unteres Formteil
- 9
- Gussteil oder Rohling
- 10
- Oberes Formteil
- 11
- Obere Formplatte
- 12
- Anguss, untere Formplatte
- 13
- Stellvorrichtung
- 14
- Längsmittelachse
- 15
- Vorrichtung
- 16
- Gießkammer
- 17
- Schieber
- 19
- Einlassöffnung
- 21
- Einlassöffnung
- 22
- Einlassöffnung
- 23
- Auslassöffnung
- 24
- Auslassöffnung
- X
- Bewegungsrichtung der Kolben des Kolbenzylinders
- Z
- Bewegungsrichtung des oberen Formteils
