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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Füllung einer Gießform einer Druckgießmaschine, mit einem Gießkolben, einer den Gießkolben haltenden Kolbenstange und einer mit der Kolbenstange in Antriebsverbindung stehenden, zur Ausübung einer Kraft auf die Kolbenstange ausgebildeten Antriebseinrichtung. Des Weiteren betrifft die Erfindung eine Druckgießmaschine.
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Derartige Vorrichtungen und mit solchen Vorrichtungen ausgestattete Druckgießmaschinen sind aus dem allgemeinen Stand der Technik bekannt. Diese sind bereits seit vielen Jahrzehnten im Einsatz und ihr grundsätzlicher Aufbau hat sich für die meisten Anwendungen bewährt.
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Beispielsweise ist in der
WO 2019/048675 A1 ein Verfahren zur Herstellung eines Fahrzeugrads aus einem Leichtmetallwerkstoff beschrieben, bei dem der Leichtmetallwerkstoff in flüssiger Form in einen Formhohlraum einer Gießform eingeleitet wird. Das Fahrzeugrad wird mittels druckbeaufschlagten Gießens hergestellt, wobei die Gießform in unterschiedlichen Bereichen auf unterschiedliche Temperaturen temperiert wird.
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Wenn mit derartigen Vorrichtungen und den entsprechenden Druckgießmaschinen jedoch Druckgießverfahren mit sehr hohen Geschwindigkeiten und sehr kurzen Formfüllzeiten durchgeführt werden sollen, wie beispielsweise in der
WO 2019/048675 A1 beschrieben, so wirken sehr hohe Kräfte auf alle beteiligten Bauteile. Dieser Effekt wird noch verstärkt, wenn der Durchmesser des Gießkolben sehr groß und das Werkzeug bzw. die Gießform vergleichsweise klein ist.
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Ein Ansatz, eine Beschädigung oder ein Öffnen der beteiligten Bauteile zu verhindern, besteht darin, die Geschwindigkeit des Gießkolbens unmittelbar vor dem Erreichen der Formfüllung zu verringern, was die durch das in der
WO 2019/048675 A1 beschriebene Verfahren erreichten Vorteile jedoch teilweise zunichtemachen kann. Ein weiterer Nachteil dieser Vorgehensweise ist die recht hohe Komplexität bei der Steuerung des Verfahrens.
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Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Füllung einer Gießform einer Druckgießmaschine zu schaffen, die auch mit sehr hohen Geschwindigkeiten und sehr kurzen Formfüllzeiten betrieben werden kann.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die in Anspruch 1 genannten Merkmale gelöst.
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Durch das erfindungsgemäße, zwischen der Antriebseinrichtung und dem Gießkolben angeordnete, durch die Kraft der Antriebseinrichtung komprimierbare Federelement ist es möglich, die höchste Spitze des bei der Füllung der Gießform auftretenden Druckimpulses abzufangen, so dass Beschädigungen der beteiligten Bauteile verhindert und die Formfüllung mit gleichbleibender Geschwindigkeit des Gießkolbens erreicht werden kann. Ebenfalls wird das Risiko der Formöffnung während dieser höchsten Spitze reduziert oder ein solches Öffnen sogar verhindert.
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In einer sehr vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass eine Kompression des Federelements bei Überschreiten einer auf das Federelement wirkenden Schwellenkraft auf eine Grenzauslenkung beschränkt ist. Dadurch geht das elastische Federelement bei Erreichen einer bestimmten Kraft bzw. Verformung auf Block bzw. verformt sich nicht weiter. Dies ermöglicht nach dem Ende der Verformung des Federelements ein Nachdrücken, so dass die Füllung der Gießform noch schneller erreicht werden kann. Ebenso ist es dadurch trotz des Federelements möglich, mit hohem Druck während der Erstarrung und dem damit verbundenen Schwinden des Materials das Nachdrücken sicherzustellen.
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Wenn in einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung das Federelement zwischen der Antriebseinrichtung und der Kolbenstange angeordnet ist, so ergibt sich eine besonders einfache Unterbringung des Federelements.
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Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung kann darin bestehen, dass an der Antriebseinrichtung und/oder der Kolbenstange ein Vorsprung angeordnet ist, der in eine Ausnehmung des Federelements eingreift. Dies gewährleistet eine zuverlässige Positionierung des Federelements.
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Eine besonders einfache Konstruktion des Federelements kann erreicht werden, wenn das Federelement als Tellerfeder ausgebildet ist.
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Des Weiteren kann vorgesehen sein, dass das Federelement an einer Anschlagfläche anliegend angeordnet ist. Dadurch wird bei Erreichen der Grenzauslenkung eine flächige Abstützung des Federelements gewährleistet, sodass sich dieses nicht weiter über den elastischen Bereich hinaus verformen kann.
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Um eine gewisse Nachgiebigkeit des gesamten, durch die Antriebseinrichtung und die Kolbenstange gebildeten Antriebsstrangs für den Gießkolben zu erreichen, kann des Weiteren vorgesehen sein, dass die Kolbenstange aus einem Aluminiummaterial besteht.
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Wenn die Antriebseinrichtung als Hydraulikzylinder ausgebildet ist, so ergibt sich eine zuverlässige Kraftbeaufschlagung der Kolbenstange und des daran angebrachten Gießkolbens.
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Eine Druckgießmaschine mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung ist in Anspruch 9 angegeben. Mittels einer derartigen Druckgießmaschine kann ein besonders turbulenzarmes Druckgießverfahren durchgeführt werden.
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Aus Anspruch 10 ergibt sich ein Verfahren zur Füllung einer Gießform einer Druckgießmaschine. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Füllung der Gießform der Druckgießmaschine wird durch die Kraft der Antriebseinrichtung ein zwischen der Antriebseinrichtung und dem Gießkolben angeordnetes Federelement komprimiert.
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In dem Verfahren kann zudem vorgesehen sein, dass eine Kompression des Federelements bei Überschreiten einer auf das Federelement wirkenden Schwellenkraft auf eine Grenzauslenkung beschränkt wird.
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Alle im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung und der erfindungsgemäßen Druckgießmaschine genannten Merkmale können auch als auf das erfindungsgemäße Verfahren bezogen verstanden werden.
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Nachfolgend ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung prinzipmäßig dargestellt.
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Es zeigt:
- 1 eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Füllung einer Gießform einer Druckgießmaschine;
- 2 eine vergrößerte Darstellung nach der Linie II aus 1; und
- 3 eine perspektivische Darstellung der Vorrichtung aus 1.
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1 zeigt eine Vorrichtung 1 zur Füllung einer lediglich schematisch angedeuteten Gießform 2 einer in ihrer Gesamtheit nicht dargestellten Druckgießmaschine. Die Vorrichtung 1 weist einen Gießkolben 3, eine den Gießkolben 3 haltenden Kolbenstange 4 und eine mit der Kolbenstange 4 in Antriebsverbindung stehende Antriebseinrichtung 5 auf. Die Antriebseinrichtung 5 ist im vorliegenden Fall als Hydraulikzylinder ausgebildet und ist in der Lage, eine mit dem Pfeil „F“ angedeutete Kraft auf die Kolbenstange 4 auszuüben, um den Gießkolben 3 in Richtung des Pfeils F in Richtung der Gießform 2 zu bewegen und auf diese Weise die Füllung der Gießform 2 zu bewirken. Mit der nachfolgend beschriebenen Vorrichtung 1 kann demnach ein Verfahren zur Füllung der Gießform 2 der Druckgießmaschine durchgeführt werden.
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Um aufgrund der im vorliegenden Fall sehr hohen Geschwindigkeit des Gießkolbens 3 und der sehr kurzen Formfüllzeit ein Öffnen der Gießform 2 und/oder möglicherweise auftretenden Beschädigung der beteiligten Bauteile zu verhindern, ist zwischen der Antriebseinrichtung 5 und dem Gießkolben 3 ein komprimierbares Federelement 6 angeordnet. Bei Überschreiten einer durch die Antriebseinrichtung 5 verursachten Kraft wird das Federelement 6 komprimiert, so dass die durch die Antriebseinrichtung 5 aufgebrachte Kraft nicht unmittelbar auf die Kolbenstange 4 und somit auf den Gießkolben 3 übertragen wird.
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Im vorliegenden Fall ist das Federelement 6 zwischen dem Gießkolben 3 und der Kolbenstange 4 angeordnet. Hierzu weist im dargestellten Ausführungsbeispiel ein mit der Kolbenstange 4 fest verbundenes Bauteil 4a einen Vorsprung 4b auf, der in eine Ausnehmung 6a des Federelements 6 eingreift. Dadurch ist das Federelement 6 sicher geführt. An dem Außenumfang des Federelements 6 ist des Weiteren ein mit der Antriebseinrichtung 5 fest verbundenes Bauteil 5a angeordnet, das ebenfalls zur Positionierung des Federelements 6 beiträgt.
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Hierbei ist eine Kompression des Federelements 6 bei Überschreiten einer auf das Federelement 6 wirkenden Schwellenkraft auf eine Grenzauslenkung beschränkt. Das Federelement 6 ist damit so ausgeführt bzw. angeordnet, dass es bei Erreichen einer bestimmten, auf dasselbe wirkenden Kraft auf Block geht. Dann ist eine direkte Verbindung zwischen der Antriebseinrichtung 5 und der Kolbenstange 4 gegeben. Mit anderen Worten: Das Federelement 6 verformt sich nach Erreichen einer bestimmten Kompression nicht weiter, da der für das Federelement 6 vorgesehen Raum zwischen der Antriebseinrichtung 5 bzw. dem mit der Antriebseinrichtung 5 verbundenen Bauteil 5a einerseits und der Kolbenstange 4 bzw. dem mit der Kolbenstange 4 verbundenen Bauteil 4a andererseits sich in Richtung des Pfeils „F“ so weit verkleinert, dass eine weitere Komprimierung des Federelements 6 nicht mehr möglich ist.
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Bei dem Federelement 6 handelt es sich demnach um ein druckimpulsgesteuertes Federelement 6, das nur die extreme Spitze des durch die Antriebseinrichtung 5 verursachten Druckimpulses abfängt und anschließend das Nachdrücken zulässt, da die Kompression des Federelements 6 bei Überschreiten einer auf dasselbe wirkenden Schwellenkraft auf eine Grenzauslenkung beschränkt ist, sodass das Federelement 6 auf Block geht. Die Verformung des Federelements 6 beträgt im vorliegenden Ausführungsbeispiel maximal 1,5 mm; dieser Wert kann bei Vorliegen anderer Voraussetzungen jedoch größer oder kleiner sein.
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Das Federelement 6 ist im vorliegenden Fall als Tellerfeder ausgebildet, da sich diese Ausführung als hinsichtlich der Einstellung der zur oben beschriebenen Komprimierung desselben notwendigen Federkonstante als besonders gut geeignet erwiesen hat. Es sind jedoch auch andere Ausführungsformen des Federelements 6 denkbar.
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Eine zusätzliche Verformung des durch die Antriebseinrichtung 5 und die Kolbenstange 4 gebildeten Antriebsstrangs für den Gießkolben 3 ergibt sich dadurch, dass im vorliegenden Fall die Kolbenstange 4 aus einem Aluminiumwerkstoff besteht.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- WO 2019048675 A1 [0003, 0004, 0005]
