DE102017109716B3

DE102017109716B3 - Metall-Druckguss-Formwerkzeug

Info

Publication number: DE102017109716B3
Application number: DE102017109716.3A
Authority: DE
Inventors: Marcel Op de Laak; Axel Zschau; Tobias Beck
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2017-05-05
Filing date: 2017-05-05
Publication date: 2018-07-26
Anticipated expiration: 2037-05-06

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Metall-Druckguss-Formwerkzeug, das zur Herstellung von Metall-Druckgussteilen bestimmt ist, die jeweils wenigstens eine Hohlstruktur im Metall-Druckgussteil aufweisen, welches Formwerkzeug wenigstens ein Formnest für ein Metall-Druckgussteil hat, mit zumindest einem Druckgas-Injektor (1), der einen Injektorstift (2) aufweist, welcher Injektorstift (2) von einer Bereitschaftsstellung in eine Einspritzposition im Formwerkzeug verfahrbar ist, in welcher Einspritzposition das Formnest über den Druckgas-Injektor (1) mit Druckgas befüllbar ist, wobei der Druckgas-Injektor (1) mit der Abströmseite eines Absperrventils (3) verbunden ist, das auf seiner Zuströmseite mit einer Druckgasquelle verbunden ist, und wobei das Absperrventil (3) einen Ventilkörper (4) hat, der zwischen einer, die Druckgasquelle mit dem zumindest einen Druckgas-Injektor (1) verbindenden Offenstellung und einer Schließstellung bewegbar ist, in welcher Schließstellung der Ventilkörper (4) an einem Ventilsitz (5) dicht anliegt. Für das erfindungsgemäße Metall-Druckguss-Formwerkzeug ist kennzeichnend, dass das Absperrventil (3) mit dem Druckgas-Injektor (1) derart in Antriebsverbindung steht, dass eine Bewegung des Ventilkörpers (4) in die Offenstellung des Absperrventils (3) in eine Vorschubbewegung des Injektorstifts (2) in die Einspritzposition umsetzbar ist. Die Erfindung befasst sich auch mit einem Verfahren zur Herstellung eines Druckgussteiles, wobei das erfindungsgemäße Verfahren sich vorzugsweise in dem oben beschriebenen Metall-Druckguss-Formwerkzeug umsetzen lässt (vgl. Fig.).

Description

Die Erfindung betrifft ein Metall-Druckguss-Formwerkzeug, das zur Herstellung von Metall-Druckgussteilen bestimmt ist, die jeweils wenigstens eine Hohlstruktur im Metall-Druckgussteil aufweisen, welches Formwerkzeug wenigstens ein Formnest für ein Metall-Druckgussteil hat, mit zumindest einem Druckgas-Injektor, der einen Injektorstift aufweist, welcher Injektorstift von einer Bereitschaftsstellung in eine Einspritzposition im Formwerkzeug verfahrbar ist, in welcher Einspritzposition das Formnest über den Druckgas-Injektor mit Druckgas befüllbar ist, wobei der Druckgas-Injektor mit der Abströmseite eines Absperrventils verbunden ist, das auf seiner Zuströmseite mit einer Druckgasquelle verbunden ist, und wobei das Absperrventil einen Ventilkörper hat, der zwischen einer, die Druckgasquelle mit dem zumindest einen Druckgas-Injektor verbindenden Offenstellung und einer Schließstellung bewegbar ist, in welcher Schließstellung der Ventilkörper an einem Ventilsitz dicht anliegt.
Die Gasinjektionstechnik zählt bei der Herstellung funktionaler Kunststoffspritzgießteile zu den etablierten Spritzgießsonderverfahren. Bei diesem Verfahren werden durch die Injektion eines Gases Hohlräume mit einem gleichmäßigen Gasinnendruck im Bauteil erzeugt. So können Bauteile mit geringem Gewicht und definierten, funktionalen Hohlräumen kostengünstig hergestellt werden. Bei verrippten und hochintegrierten Bauteilen bietet die Gasinjektionstechnik zudem den Vorteil, den durch das kompressible Verhalten der Thermoplaste auftretenden Verzug zu minimieren und Einfallstellen zu vermeiden, da mit dem Gas auch vom Anschnitt entfernt liegende Schmelzbereiche Nachdruck und damit Schwindungskompensation ausgeübt werden kann.
Bei der Gasinjektionstechnik im Kunststoffspritzguss wird das Spritzgießwerkzeug teilweise oder vollständig mit dem Einsatzmaterial gefüllt. Nach der Entstehung einer erstarrten Randschale wird ein inertes Gas, meist Stickstoff in die Form injiziert und verdrängt dabei das noch flüssige Kunststoffmaterial im Kern des Werkstücks in eine Nebenkavität des Spritzgießwerkzeuges. Diese Nebenkavität wird durch die Öffnung eines Verschlussstiftes freigegeben. Mit der Gasinjektionstechnik werden beim Kunststoffspritzgießen große Wandstärken und Verrippungen hergestellt, die aufgrund der großen Materialanhäufung Einfallstellen aufweisen würden. Kunststoffteilen mit dicken Wänden wären ohne Gasinjektion nicht wirtschaftlich herstellbar, da sich durch die geringe Wärmeleitfähigkeit des Kunststoffes unvertretbar hohe Zykluszeiten ergeben würden.
So ist aus der DE 60209505 T2 ist bereits ein Verfahren zum Spritzgießen eines hohlen Kunststoffproduktes unter Verwendung einer Spritzgießmaschine mit einem Zylinder und einer Düse sowie einer Form mit einem darin enthaltenen Formhohlraum vorbekannt, wobei der Formhohlraum eine Form aufweist, die zumindest einen Teil des Produktes begrenzt. Das unter Verwendung der vorbekannten Spritzgießmaschine vorgesehene vorbekannte Verfahren sieht das Einbringen einer Menge geschmolzener Kunststoffmasse in den Formenhohlraum vor, um den Formenhohlraum zumindest im Wesentlichen zu füllen, bevor anschließend Druckgas oder Druckflüssigkeit in die im Formenhohlraum befindliche Kunststoffmasse derart eingebracht wird, dass ein Teil der geschmolzenen Kunststoffmassen in der Form zurück in den Zylinder der Spritzgießmaschine ausgetrieben wird. Dabei wird der auf die Kunststoffmasse einwirkende Druck des Gases oder der Flüssigkeit im Formenhohlraum über einen Zeitraum erhalten, bevor ein Teil der Kunststoffmasse zurück in den Zylinder der Spritzgießmaschine ausgestoßen wird. Nachdem der im Formenhohlraum befindliche Teil der Kunststoffmasse erstarrt ist, wird das Gas oder die Flüssigkeit aus dem Formenhohlraum ausgestoßen und das fertiggestellte hohle Kunststoffprodukt aus der Form entfernt.
Aus der DE 19504339 A1 kennt man bereits eine Spritzgießmaschine mit einer Form, die einen Kernteil und einen Formnestteil aufweist, welche ein Formnest bilden, um einen Gegenstand von einer bestimmten Gestalt auszuformen. Der Kernteil und das Formnestteil sind zwischen einer geschlossenen Position, in welcher der Gegenstand ausgeformt wird, und einer offenen Position, in welcher der ausgeformte Gegenstand aus der Form ausgestoßen werden kann, relativ zueinander beweglich. Das in der Form befindliche Formnest kommuniziert mit einem Einlass, um dem Formnest Formmaterial zuzuführen, und weist einen Gaseinlass auf, der sich in das Formnest hinein erstreckt, um unter Druck stehendes Gas in den Innenraum des zu formenden Gegenstandes heranführen zu können. Um das aus dem Formnest durch Aufbringen des unter Druck stehenden Gases ausgetriebene Material aufnehmen zu können, ist ein Auslass vorgesehen. Die vorbekannte Spritzgießmaschine hat eine Belüftungsventileinrichtung zum Steuern des Stromes von Material aus dem Formnest zum Auslass, mit einem Kanal, der sich zwischen dem Formnest und dem Auslass erstreckt. Ein Ventilelement ist derart betreibbar, dass es den Strom im Kanal kontrolliert, wobei eine Trenneinrichtung zum Abtrennen von Material im Kanal vom Gegenstand im Formnest vorgesehen ist, wenn der Gegenstand aus dem Formnest ausgestoßen wird. Bei der vorbekannten Spritzgießmaschine wird das Material aus dem Formnest durch einen Kanal ausgestoßen, der an den Auslass angeschlossen ist. Das Belüftungsventil steuert den Strom des Materials durch den Kanal. Mit Hilfe einer im Kanal zwischen Ventil und Formnest vorgesehenen Abschereinrichtung lässt sich das Material innerhalb des Kanales abtrennen, nachdem das Material ausgestoßen wurde.
Aus der DE 3910025 A1 ist bereits eine Kunststoffverarbeitungsanlage mit einem Gasverschlussventil vorbekannt. Um eine Schlierenbildung im Spritzling selbst bei sehr hohen Gasdrücken zu vermeiden und um eine hohe Flexibilität bei der Produktion ohne Umrüstzeiten zu erreichen, weist die vorbekannte Kunststoffverarbeitungsanlage eine Steuerung für ein Gasverschlussventil auf, dessen Ventilnadel durch einen Steuerkolben gesteuert wird, der seinerseits über ein Arbeitsgasvolumen gesteuert wird. Bei einer Massezufuhr zum Werkzeug soll die Ventilnadel massedicht schließen, während bei einer Gasrückführung die Ventilnadel solange geöffnet bleiben soll, bis sie die im Formhohlraum des Werkzeugs gebildete Gasblase vollständig entleert hat. Selbst bei extrem hohen Drücken im Bereich von 1000 bar soll die Verschlussnadel des Gasverschlussventils sicher arbeiten, wobei das Gasverschlussventil sowohl in die Verschlussnadel des Dosierkopfes der Kunststoffverarbeitungsanlage als auch in das Spritzgießwerkzeug selbst eingebaut werden kann.
Die Gasinjektionstechnik wird auch zur Herstellung von Metall-Druckgussteilen verwendet, die jeweils wenigstens eine Hohlstruktur im Metall-Druckgussteil aufweisen. Die Gasinjektionstechnik erlaubt die Herstellung besonders leichter Metall-Druckgussteile und metallener Konstruktionen mit medienführenden Leitungen ohne aufwändige Einlegeteile oder teure Stahlkerne oder Sandkerne. Durch die Herstellung derart leichter Teile eröffnen sich beispielsweise im Automobilbereich oder auch im Sanitärbereich neue, bisher verschlossene Anwendungspotentiale und Märkte. Leichtbaukonzepte für den Fahrzeugbau tragen dazu bei, dass Umweltanforderungen hinsichtlich CO2-Emission und Kraftstoffverbrauch eingehalten werden können. Aluminium als besonders leichter Werkstoff eignet sich hervorragend zur Ausschöpfung des Leichtbaupotentials. Druckgießen ist dabei das wirtschaftlichste Gießverfahren, in welchem große Stückzahlen wirtschaftlich hergestellt werden können. Speziell in der Automobilbranche erhöht sich der Anteil gussintensiver Karosseriekonzepte. Zunehmend werden hierfür Gussteile aus Aluminium verwendet. Angestrebte Einsatzmöglichkeiten sind medienführende Leitungen im Automobil- oder Sanitärbereich, sowie Ölfiltergehäuse aus Aluminiumdruckguss. Deswegen ergeben sich speziell in der Automobil-, Elektromobilitätsbranche oder auch im Sanitärbereich neue Möglichkeiten für eine serielle Fertigung von Druckgussteilen mit Hinterschnitten beziehungsweise funktionalen Hohlräumen. Durch die Gasinjektionstechnik zur Herstellung von Metall-Druckgussteilen können metallene Bauteile wesentlich leichter ausgeführt werden und die Herstellung völlig neuer Bauteile mit funktionalen Hohlräumen ist ebenfalls realisierbar.
Man hat daher auch bereits ein Metall-Druckguss-Formwerkzeug der eingangs erwähnten Art geschaffen, das zur Herstellung von Metall-Druckgussteilen bestimmt ist, die jeweils wenigstens eine Hohlstruktur im Metall-Druckgussteil aufweisen, wobei ein Formwerkzeug verwendet wird, das wenigstens ein Formnest für ein solches Metall-Druckgussteil hat (vgl. Christian Böhnlein, „Darstellung 3-dimensionaler, funktionaler Hohlstrukturen im Druckguss durch Gasinjektion“, Shaker Verlag Aachen, 2014, ISBN: 978-3-8440-2535-4). Dieses Formwerkzeug weist ebenfalls eine Nebenkavität auf, die durch einen beweglichen Verriegelungsstift von dem Formnest abgetrennt ist. Nach dem Schließen des Formwerkzeuges wird das heißflüssige Gießmetall in das Formnest dosiert. Die vollständige Füllung des im Formwerkzeug vorgesehenen, zumindest einen Formnestes erfolgt mit druckgusstypischen Gießgeschwindigkeiten, wobei die verschließbare Nebenkavität in diesem Prozessschritt nicht mit Metallschmelze gefüllt wird. Über einen Gießkolben kann eine Nachverdichtung des Metall-Druckgussteiles erfolgen, ohne dass die verschließbare Nebenkavität mit Metallschmelze gefüllt wird. Um anschließend die noch nicht erstarrten Teilbereiche aus dem Gussteil durch Gas mit hohem Druck auszutreiben, muss die verbliebene Restschmelze des heißflüssigen Gießmetalls in die Nebenkavität verdrängt werden. Zur Aufnahme des zu verdrängenden Volumens wird die Nebenkavität durch Zurückbewegen des vorerwähnten Verriegelungsstifts noch während des Erstarrungsvorgangs freigegeben. Zeitgleich wird das unter hohem Druck stehende Prozessgas über einen Druckgas-Injektor in die noch flüssigen Bereiche des Gussteils eingeleitet. Dieser Druckgas-Injektor weist einen Injektorstift auf, der von einer Bereitschaftsstellung in eine Einspritzposition im Formwerkzeug verfahrbar ist, in welcher Einspritzposition das Formnest über den Druckgas-Injektor mit dem Druck- oder Prozessgas befüllt wird. Der Druckgas-Injektor ist mit der Abströmseite eines Absperrventils verbunden, das auf seiner Zuströmseite mit einer Druckgasquelle verbunden ist, wobei das Absperrventil einen Ventilkörper hat, der zwischen einer, die Druckgasquelle mit dem zumindest einen Druckgas-Injektor verbindenden Offenstellung und einer Schließstellung bewegbar ist, in welcher Schließstellung der Ventilkörper an einem Ventilsitz dicht anliegt.
Um lunkerfreie Gussstücke aus Metall oder aus Metalllegierungen unter hohem Gasdruck in einem Formhohlraum herstellen zu können, hat man beispielsweise bereits eine Druckgießanlage geschaffen, die mindestens zwei, einen Formhohlraum bildende Formteile umfasst (vgl. EP 0 241 426 A1 ). Mindestens eines dieser Formteile der vorbekannten Druckgießanlage weist einen Gasdurchlass auf, welcher in den Formhohlraum mündet und am anderen Ende über ein Ventil mit einer Hochdruck-Gasquelle verbunden ist. Der Formhohlraum kann sowohl beim Zusammenschluss der Formteile als auch in einem Zustand mit einem Formtrennflächenabstand von einigen Millimetern mit Hilfe einer Gasdichtung nach außen abgeschlossen werden. Durch den auf das gesamte Volumen des Gussstückes ausgeübten Druck soll die Lunkerbildung an allen Stellen im Inneren des Gussstückes unterdrückt werden. Dabei kann der Formhohlraum in der vorbekannten Druckgießanlage mit Hilfe des nach der oberflächlichen Erstarrung des Gussstückes in den Formhohlraum eingebrachten, hochgespannten Gases unter Druck gesetzt werden.
Die Formfüll- und Erstarrungszeiten metallischer Werkstoffe im Druckgießprozess sind jedoch um ein Vielfaches kürzer als die Vorgänge im Kunststoff-Spritzguss. Deshalb können die aus der Kunststofftechnik vorbekannten Gasinjektionssteuereinheiten auch nicht in Metall-Druckgießprozessen verwendet werden, da die Anlagensteuerung für die gestellten Anforderungen im Druckgießprozess viel zu langsam reagiert. Dies liegt an der niedrigen Wärmeleitfähigkeit der Kunststoffe, die eine wesentlich langsamere Erstarrung des heißflüssigen Kunststoffs im Formnest eines Spritzgießwerkzeuges zur Folge hat. Demgegenüber muss die Gasinjektion bei metallischen Formteilen im Druckgießprozess und die Ein-leitung des Druck- oder Prozessgases in die im Formnest befindliche Metallschmelze in kürzester Zeit von beispielsweise wenigen Millisekunden erfolgen. Die Ansteuerung des Absperrventils und die zumindest nahezu zeitgleiche Öffnungsbewegung des Druckgas-Injektors ist dabei mit einem erheblichen Aufwand verbunden.
Es besteht daher insbesondere die Aufgabe, ein Metall-Druckguss-Formwerkzeug zu schaffen, in dem die Herstellung von zumindest einem Metall-Druckgussteil wesentlich vereinfacht und die zeitgenaue Ansteuerung von Druckgasinjektor und zugeordnetem Absperrventil wesentlich zeitgenauer erfolgen kann.
Darüber hinaus besteht auch die Aufgabe, ein Verfahren der eingangs erwähnten Art zur Herstellung eines, wenigstens eine Hohlstruktur aufweisenden Druckgussteiles zu schaffen, welches Verfahren mit geringem Aufwand die vereinfachte Herstellung eines Druckgussteiles erlaubt.
Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe besteht bei dem Metall-Druckguss-Formwerkzeug insbesondere darin, dass das Absperrventil mit dem Druckgas-Injektor derart in Antriebsverbindung steht, dass eine Bewegung des Ventilkörpers in die Offenstellung des Absperrventils in eine Vorschubbewegung des Injektorstifts in die Einspritzposition des Druckgas-Injektors umsetzbar ist.
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Metall-Druckguss-Formwerkzeug, das zur Herstellung von Metall-Druckgussteilen bestimmt ist, die jeweils wenigstens eine Hohlstruktur im Metall-Druckgussteil aufweisen. Das Formwerkzeug hat dazu wenigstens ein Formnest für ein Metall-Druckgussteil sowie zumindest einen Druckgas-Injektor, der einen Injektorstift aufweist. Dieser Injektorstift ist von einer Bereitschaftsstellung in eine Einspritzposition im Formwerkzeug verfahrbar, in welche Einspritzposition das Formnest über den Druckgas-Injektor mit Druckgas befüllt werden kann. Dabei ist der zumindest eine Druckgas-Injektor mit der Abströmseite eines Absperrventils verbunden, das auf seiner Zuströmseite mit einer Druckgasquelle verbunden ist, wobei das Absperrventil einen Ventilkörper hat, der zwischen einer, die Druckgasquelle mit dem zumindest einen Druckgas-Injektor verbindenden Offenstellung und einer Schließstellung bewegbar ist, in welcher Schließstellung der Ventilkörper des Absperrventils an einem Ventilsitz dicht anliegt. Um nun die Öffnungsbewegung des Absperrventils von der Schließstellung in dessen Offenstellung nahezu zeitgleich mit der Vorschubbewegung des im Druckgas-Injektor vorgesehenen Injektorstifts von der Bereitschaftsstellung in die Einspritzposition zu bewerkstelligen, ohne dass durch die Ansteuerung des Absperrventils sowie des zumindest einen Druckgas-Injektors unerwünschte Zeitverzögerungen befürchtet werden müssten und ohne dass dazu komplexe Steuereinrichtungen notwendig sind, ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass das Absperrventil mit dem Druckgas-Injektor derart in Antriebsverbindung steht, dass eine Bewegung des Ventilkörpers in die Offenstellung des Absperrventils mechanisch in eine Vorschubbewegung des Injektorstifts in die Einspritzposition umsetzbar ist.
Um den im Druckgas-Injektor befindlichen Injektorstift verschieblich zwischen der Bereitschaftsstellung und der Einspritzposition des Druckgas-Injektors zu führen, ist es zweckmäßig, wenn der zumindest eine Druckgas-Injektor einen Führungskanal aufweist, in welchem Führungskanal der Injektorstift verschieblich geführt ist. Die einsetzende Erstarrung der im Formnest eines Metall-Druckguss-Formwerkzeuges von der Kavitätswand des Formnestes in Richtung zur Bauteilmitte des Gussteiles führt zur Bildung einer Randschale, welche die noch flüssigen Teilbereiche der Metallschmelze umschließt. Um Restflüssigkeitsbereiche aus dem Gussteil unter dem hohen Druck eines Druck- oder Prozessgases zu verdrängen und um in dem erstarrenden Druckgussteil eine Hohlstruktur zu bilden, wird das Druck- oder Prozessgas über den Druckgas-Injektor in die noch teilflüssigen Bereiche des Gussteils eingeleitet. Damit der Druckgas-Injektor die erstarrende Randschale des Druckgussteiles überwinden kann, ist es vorteilhaft, wenn der zumindest eine Druckgas-Injektor einen in das Formnest vorstehenden hülsenförmigen Teilbereich hat, der in diesem Bereich den Führungskanal umgrenzt.
In der Druckgießtechnik wird die Gasinjektionstechnologie zur Herstellung von Druckgussteilen aus vergleichsweise leichten Metallen und insbesondere aus Aluminium bevorzugt verwendet. Es hat sich jedoch gezeigt, dass insbesondere das zum Druckgießen verwendete heißflüssige Aluminium die in das Formnest vorstehenden stählernen Teilbereiche eines Druckgas-Injektors angreift, wodurch kurze Wartungsintervalle notwendig werden. Eine bevorzugte Ausführungsform gemäß der Erfindung, die sich demgegenüber durch vergleichsweise lange Wartungsintervalle auszeichnet sieht vor, dass der zumindest eine Druckgas-Injektor wenigstens in seinem in das Formnest vorstehenden Teilbereich aus einem Material hergestellt ist, das nicht von einer Metallschmelze, insbesondere von einer Aluminiumschmelze, angegriffen wird. Solche Materialien sind zum Beispiel nicht-eisenhaltige Metalle oder auch keramische Werkstoffe, wie zum Beispiel Siliziumnitrid oder Zirkonoxid. Es sei erwähnt, dass Beschichtungen aus den zuvor genannten Werkstoffen oder Materialien ebenfalls Verwendung finden können, um diesen Teilbereich des Druckgas-Injektors resistent gegen die Metall-, insbesondere Aluminiumschmelze zu machen.
Damit das von der Druckgasquelle über das Absperrventil kommende Druckgas durch den Druckgas-Injektor hindurch in das Formnest eingeleitet werden kann, ist es vorteilhaft, wenn der Injektorstift des zumindest einen Druckgas-Injektors in der Einspritzposition einen um den Injektorstift herum angeordneten Ringspalt im Führungskanal zum Formnest hin freigibt.
Damit die im Formnest heißflüssige Metallschmelze nicht in den Führungskanal des Druckgas-Injektors und die dahinter liegenden Leitungsabschnitte der Druckgasleitung eindringen kann, ist es zweckmäßig, wenn der Injektorstift des zumindest einen Druckgas-Injektors den Führungskanal in der Bereitschaftsstellung gegen ein Eindringen von Metallschmelze verschließt.
Eine besonders vorteilhafte und konstruktiv einfache Ausführungsform gemäß der Erfindung, die sich auch durch lange Wartungsintervalle auszeichnet, sieht vor, dass der Injektorstift des zumindest einen Druckgas-Injektors von der Bereitschaftsstellung gegen eine Rückstellkraft vorzugsweise wenigstens einer Rückstellfeder in die Einspritzposition bewegbar ist. Somit wird eine Antriebskraft auf den Injektorstift nur dann ausgeübt, wenn sich der Injektorstift von der Bereitschaftsstellung in die Offenstellung des Druckgas-Injektors bewegen soll.
Um die mechanische Antriebsverbindung zwischen dem Ventilkörpers des Absperrventils einerseits und dem Injektorstift des Druckgas-Injektors andererseits möglichst einfach ausgestalten zu können, ist es vorteilhaft, wenn der Ventilkörper des Absperrventils und der Injektorstift des Druckgas-Injektors auf einer gemeinsamen Bewegungslinie axialverschieblich geführt sind.
Eine besonders vorteilhafte Weiterbildung gemäß der Erfindung sieht vor, dass der Ventilkörper des Absperrventils mittels einem vorzugsweise hydraulischen Ventilkörper-Antrieb von der Schließstellung des Absperrventils in dessen Offenstellung bewegbar ist. Dabei wird die vom Ventilkörper-Antrieb bewirkte Antriebsbewegung mechanisch auch auf den Injektorstift des auf einer gemeinsamen Bewegungslinie axial nachgeschalteten Druckgas-Injektors übertragen. Der Ventilkörper-Antrieb kann beispielsweise als elektrischer oder elektromagnetischer Antrieb ausgestaltet sein. Der Ventilkörper-Antrieb vermag jedoch einen kräftigen und schnellen Bewegungsimpuls auf den Ventilkörper des Absperrventils zu übertragen, wenn dieser Antrieb als hydraulischer Ventilkörper-Antrieb ausgestaltet ist.
Dabei ist es zweckmäßig, wenn als Ventilkörper-Antrieb ein Hydraulikzylinder vorgesehen ist, dessen Druckkörper vorzugsweise über eine Ventilstange mit dem Ventilkörper des Abstellventils in Antriebsverbindung steht. Bei dieser Ausführungsform gemäß der Erfindung steht der hydraulische Ventilkörper-Antrieb über seinen Hydraulikzylinder mit dem Ventilkörper des Absperrventils in Antriebsverbindung. Um den Ventilkörper-Antrieb von dem näher zum Formnest angeordneten Absperrventil thermisch besser trennen zu können, ist es dabei vorteilhaft, wenn der Druckkolben des Hydraulikzylinders über eine Ventilstange mit dem Ventilkörper in Antriebsverbindung steht.
Um auch das Absperrventil von dem demgegenüber näher zum Formnest gelegenen Druckgas-Injektor besser thermisch trennen zu können, ist es vorteilhaft, wenn eine Vorschubbewegung des Ventilkörpers von der Schließstellung in die Offenstellung des Absperrventils mittels eines Stößels mechanisch auf den Injektorstift übertragbar ist.
Dabei sieht eine bevorzugte Ausführungsform gemäß der Erfindung vor, dass der Stößel mit dem Ventilkörper oder mit dem Injektorstift einstückig und/oder fest verbunden ist. Einstückig kann in diesem Zusammenhang bedeuten, dass der Stößel mit dem Ventilkörper oder mit dem Injektorstift eine homogene monolithische Einheit bildet.
Eine bevorzugte Ausführungsform gemäß der Erfindung sieht vor, dass der Stößel an die dem Druckgas-Injektor zugewandte Stirnseite des Ventilkörpers einstückig angeformt ist. Es sei erwähnt, dass der Stößel aber grundsätzlich auch lösbar mit der Stirnseite des Ventilkörpers verbunden sein kann. Dies, um einen verschleißbedingten Austausch des Stößels zu erlauben.
Eine besonders wirkungsvolle thermische Trennung zwischen dem Ventilkörper des Absperrventils einerseits und dem Injektorstift des Druckgas-Injektors andererseits wird erreicht, wenn in der Schließstellung des Absperrventils und der Bereitschaftsstellung des Druckgasinjektors ein Spalt und insbesondere ein Luftspalt zwischen dem Injektorstift und einem benachbarten freien Stirnende des Stößels vorgesehen ist.
Weiterbildungen gemäß der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispieles in Verbindung mit den Ansprüchen sowie der Zeichnung. Nachstehend wird die Erfindung aufgrund dieses bevorzugten Ausführungsbeispieles noch näher beschrieben.
In der einzigen Fig. wird ein Metall-Druckguss-Formwerkzeug in einem Teil-Längsschnitt im Bereich eines in ein Formnest vorstehenden Druckgas-Injektors gezeigt. Das über den Druckgas-Injektor und die dazugehörigen Bestandteile hinaus nicht weiter dargestellte Metall-Druckguss-Formwerkzeug ist zur Herstellung von Druckgussteilen bestimmt, die jeweils wenigstens eine Hohlstruktur im Druckgussteil aufweisen. Das Metall-Druckguss-Formwerkzeug ist in zumindest zwei Formteile teilbar, die im Bereich zumindest einer zwischen den Formteilen vorgesehenen Trennzone wenigstens ein Formnest für ein Druckgussteil aufweisen.
Das hier in einem Teil-Längsschnitt dargestellte Metall-Druckguss-Formwerkzeug weist einen Druckgas-Injektor 1 auf, der einen Injektorstift 2 hat, welcher Injektorstift von der hier gezeigten Bereitschaftsstellung in eine Einspritzposition im Formwerkzeug verfahrbar ist, in welcher Einspritzposition das Formnest über den Druckgas-Injektor mit Druckgas befüllbar ist. Der Druckgas-Injektor 1 ist auf der Abströmseite eines Absperrventils 3 vorgesehen, welches Absperrventil auf seiner Zuströmseite mit einer Druckgasquelle verbunden ist. Das Absperrventil 3 weist einen Ventilkörper 4 auf, der zwischen einer, die Druckgasquelle mit dem zumindest einen Druckgas-Injektor 1 verbindenden Offenstellung und der hier gezeigten Schließstellung bewegbar ist, in welcher Schließstellung der Ventilkörper 4 an einem Ventilsitz 5 dicht anliegt.
Um nun das Absperrventil von seiner Schließ- in die Offenstellung bewegen und zumindest nahezu zeitgleich auch den Injektorstift 2 in die Einspritzposition des Druckgas-Injektors verschieben zu können, steht das Absperrventil 3 mit dem Druckgas-Injektor 1 derart in Antriebsverbindung, dass eine Bewegung des Ventilkörpers 4 in eine Vorschubbewegung des Injektorstifts 2 in die Einspritzposition umsetzbar ist.
Der Druckgas-Injektor weist einen Führungskanal 6 auf, in welchem Führungskanal 6 der Injektorstift 2 verschieblich geführt ist. Damit der Druckgas-Injektor die bereits erstarrte Randschicht der im Formnest befindlichen Metallschmelze überwinden oder durchstoßen kann und damit das über den Druckgas-Injektor in das Formnest eingeleitete Prozess- oder Druckgas die noch flüssige Seele der Metallschmelze in eine Nebenkavität des Formwerkzeuges verdrängen kann, steht der Druckgas-Injektor 1 mit einem hülsenförmigen Teilbereich 7 einer Führungshülse in das Formnest vor, wobei die Führungshülse 8 mit ihrem hülsenförmigen Teilbereich 7 auch in diesem Bereich den Führungskanal 6 umgrenzt.
Damit eine im Formnest befindliche heißflüssige Formschmelze nicht den in das Formnest vorstehenden Teilbereich 7 des Druckgas-Injektors 1 angreifen kann, ist der Druckgas-Injektor 1 in seinem in das Formnest vorstehenden Teilbereich 7 vorzugsweise aus einem nicht-eisenhaltigen Material, zum Beispiel aus Keramik hergestellt.
Während der Injektorstift 2 des Druckgas-Injektors 1 den Führungskanal 6 in der Bereitschaftsstellung gegen ein Eindringen von Metallschmelze verschließt, gibt der Injektorstift 2 in der Einspritzposition des Druckgas-Injektors 1 einen um den Injektorstift 2 herum angeordneten Ringspalt im Führungskanal 6 zum Formnest hin frei, so dass durch diesen Ringspalt das unter Druck stehende Prozessgas in die im Formnest befindliche Metallschmelze eingeleitet werden kann.
Der Injektorstift 2 des Druckgas-Injektors 1 ist von der Bereitschaftsstellung gegen die Rückstellkraft einer Rückstellfeder 9 in die Einspritzposition bewegbar.
Der Ventilkörper 4 des Absperrventils 3 und der Injektorstift 2 des Druckgas-Injektors 1 sind auf einer gemeinsamen gedachten Bewegungslinie axialverschieblich geführt. Dabei ist der Ventilkörper 4 des Absperrventils 3 mittels einem hydraulischen Ventilkörper-Antrieb von der Schließstellung des Absperrventils 3 in dessen Offenstellung bewegbar, wobei als Ventilkörper-Antrieb ein Hydraulikzylinder 10 vorgesehen ist. Der im Hydraulikzylinder 10 des hydraulischen Ventilkörper-Antriebs vorgesehene Druckkolben 11 ist über ein Kupplungselement 12 mit einer Ventilstange verbunden, die an ihrem dem Hydraulikzylinder 10 abgewandten Stangenende ihrerseits mit dem Ventilkörper 4 des Absperrventils 3 verbunden ist. Auf diese Weise steht auch der Druckkolben 11 im Hydraulikzylinder 10 über das Kupplungselement 12 sowie die Ventilstange 13 mit dem Ventilkörper 4 des Absperrventils 3 in Antriebsverbindung.
Eine Vorschubbewegung des Ventilkörpers 4 von der Schließstellung in die Offenstellung des Absperrventils 3 wird mittels eines Stößels 14 mechanisch auf den Injektorstift 2 übertragen. Dabei ist der Stößel mit dem Ventilkörper 4 einstückig verbunden und steht über die dem Druckgas-Injektor 1 zugewandte Stirnseite dieses Ventilkörpers 4 vor. In der hier gezeigten Schließstellung des Absperrventils 3, die der Bereitschaftsstellung des Druckgas-Injektors 1 entspricht, ist ein Spalt 15 zwischen dem Injektorstift 2 und einem benachbarten freien Stirnende 16 des Stößels 14 vorgesehen. Dieser vorzugsweise einstellbare Spalt gewährleistet eine gute thermische Trennung zwischen dem in Richtung zum Formnest vorstehenden Injektorstift 2 und dem auf einer gemeinsamen Bewegungslinie dahinterliegenden Ventilkörper 4 des Absperrventils 3.
Während der Ventilkörper 4 mit Hilfe des Hydraulikzylinders 10 von der Offenstellung des Absperrventils 3 in dessen Schließstellung bewegt werden kann, wird der Injektorstift 2 demgegenüber durch die Rückstellkraft der Rückstellfeder 9 von der Einspritzposition in die hier gezeigte Bereitschaftsstellung zurückgeholt.
Die in einem Führungskanal 17 verschieblich geführte Ventilstange 13 ist im Bereich des Ventilsitzes 5 von einer Ringdichtung 18 umgriffen, die den die Ventilstange 13 umhüllenden Ringspalt in der Schließstellung des Absperrventils 3 noch zusätzlich abdichtet. In dem die Ventilstange 13 umhüllenden Ringspalt 19 des Führungskanals 17 mündet die von der Druckgasquelle kommende Druckgasleitung über das Prozessgas mit einem hohen Druck von beispielsweise 300 bar in den Ringspalt 19 gepresst wird. Diese von der Druckgasquelle kommende Druckgasleitung ist über einen Leitungsanschluss 20 mit dem Metall-Druckguss-Formwerkzeug verbunden.
Bezugszeichenliste

1: Druckgas-Injektor
2: Injektorstift
3: Absperrventil
4: Ventilkörper
5: Ventilsitz
6: Führungskanal
7: Teilbereich
8: Führungshülse
9: Rückstellfeder
10: Hydraulikzylinder
11: Druckkolben
12: Kupplungselement
13: Ventilstange
14: Stößel
15: Spalt
16: Stirnende
17: Führungskanal
18: Ringdichtung
19: Ringspalt
20: Leitungsanschluss

Claims

Metall-Druckguss-Formwerkzeug, das zur Herstellung von Metall-Druckgussteilen bestimmt ist, die jeweils wenigstens eine Hohlstruktur im Metall-Druckgussteil aufweisen, welches Formwerkzeug wenigstens ein Formnest für ein Metall-Druckgussteil hat, mit zumindest einem Druckgas-Injektor (1), der einen Injektorstift (2) aufweist, welcher Injektorstift (2) von einer Bereitschaftsstellung in eine Einspritzposition im Formwerkzeug verfahrbar ist, in welcher Einspritzposition das Formnest über den Druckgas-Injektor (1) mit Druckgas befüllbar ist, wobei der Druckgas-Injektor (1) mit der Abströmseite eines Absperrventils (3) verbunden ist, das auf seiner Zuströmseite mit einer Druckgasquelle verbunden ist, und wobei das Absperrventil (3) einen Ventilkörper (4) hat, der zwischen einer, die Druckgasquelle mit dem zumindest einen Druckgas-Injektor (1) verbindenden Offenstellung und einer Schließstellung bewegbar ist, in welcher Schließstellung der Ventilkörper (4) an einem Ventilsitz (5) dicht anliegt, dadurch gekennzeichnet, dass das Absperrventil (3) mit dem Druckgas-Injektor (1) derart in Antriebsverbindung steht, dass eine Bewegung des Ventilkörpers (4) in die Offenstellung des Absperrventils (3) in eine Vorschubbewegung des Injektorstifts (2) in die Einspritzposition umsetzbar ist.
Formwerkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest eine Druckgas-Injektor (1) einen Führungskanal (6) aufweist, in welchem Führungskanal der Injektorstift (2) verschieblich geführt ist.
Formwerkzeug nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest eine Druckgas-Injektor (1) einen in das Formnest vorstehenden hülsenförmigen Teilbereich (7) hat, der in diesem Bereich den Führungskanal (6) umgrenzt.
Formwerkzeug nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest eine Druckgas-Injektor (1) wenigstens in seinem in das Formnest vorstehenden Teilbereich (7) aus einem nicht-eisenhaltigen Material, vorzugsweise aus einem keramischem Material hergestellt ist.
Formwerkzeug nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Injektorstift (2) des zumindest einen Druckgas-Injektors (1) in der Einspritzposition einen um den Injektorstift (2) herum angeordneten Ringspalt im Führungskanal (6) zum Formnest hin frei gibt.
Formwerkzeug nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Injektorstift (2) des zumindest einen Druckgas-Injektors (1) den Führungskanal (6) gegen ein Eindringen von Metallschmelze verschließt.
Formwerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Injektorstift (2) des zumindest einen Druckgas-Injektors (1) von der Bereitschaftsstellung gegen eine Rückstellkraft vorzugsweise wenigstens einer Rückstellfeder (9) in die Einspritzposition bewegbar ist.
Formwerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilkörper (4) des Absperrventils (3) und der Injektorstift (2) des Druckgas-Injektors (1) auf einer gemeinsamen Bewegungslinie axialverschieblich geführt sind.
Formwerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilkörper (4) des Absperrventils (3) mittels einem Ventilkörper-Antrieb von der Schließstellung des Absperrventils (3) in dessen Offenstellung bewegbar ist.
Formwerkzeug nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass als Ventilkörper-Antrieb ein Hydraulikzylinder (10) vorgesehen ist, dessen Druckkolben (11) vorzugsweise über eine Ventilstange (13) mit dem Ventilkörper (4) des Absperrventils (3) in Antriebsverbindung steht.
Formwerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass eine Vorschubbewegung des Ventilkörpers (4) von der Schließstellung in die Offenstellung des Absperrventils (3) mittels eines Stößels (14) mechanisch auf den Injektorstift (2) übertragbar ist.
Formwerkzeug nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Stößel (14) mit dem Ventilkörper (4) oder mit dem Injektorstift (2) einstückig und/oder fest verbunden ist.
Formwerkzeug nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Stößel (14) an die dem Druckgas-Injektor zugewandte Stirnseite des Ventil-körpers (4) einstückig angeformt ist.
Formwerkzeug nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass in der Schließstellung des Absperrventils (3) und der Bereitschaftsstellung des Druckgas-Injektors (1) ein Spalt (15) zwischen dem Injektorstift (2) und einem benachbarten freien Stirnende (16) des Stößels (14) vorgesehen ist.