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Die
Erfindung betrifft ein Druckgussverfahren für eine Horizontalkaltkammer-Druckgießmaschine
und eine Druckgießmaschine,
wobei der Schmelzefluss vordosierter Schmelze aus dem Gießbehälter in
den Formhohlraum durch ein Druckgas erfolgt.
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Stand der
Technik
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Aus
Gründen
der Verringerung der Umweltbelastung und der Erhöhung der Wirtschaftlichkeit
ist für viele
Geräte
und Maschinen der Einsatz besonders leichter, großflächiger Bauteile
erforderlich. Wünschenswert
ist auch, dass für
die Herstellung ein Verfahren gewählt wird, welches eine geringst
mögliche
Fertigbearbeitung erfordert. Besonders geeignet für die Herstellung
solcher Teile ist das Druckgießverfahren.
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Nachteilig
sind dabei die vergleichsweise hohen Kräfte für die Formzuhaltung und den
Gießantrieb.
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In
einem Verfahren gemäß der Patentschrift
Nr. 460 579 kann auf die heute üblichen
hohen Kräfte
bei Warmkammer-Druckgießmaschinen
verzichtet werden. Offenbart wird ein Verfahren bei dem das flüssige Metall
aus einer Art Dosierkammer mittels eines Druckgases in den Formhohlraum
gepresst wird. Die Dosierkammer und das Schmelzgefäß sind in
einem Gefäß im eigentlichen
Ofen zwei getrennte Räume.
Verbindbar sind diese Räume
durch ein Bodenventil, welches zum Zwecke der Dosierung, d. h. Materialfluss
vom Schmelzgefäß in die
Dosierkammer, geöffnet
wird.
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Aus
der Fachzeitschrift „Giesserei„ Nr. 25
von 1973 ist auf Seite 791 eine derartige Maschine beschrieben.
Ausgeführt
wird, dass auf diesen Maschinen Magnesium vergossen wurde. Die Gewichtsangabe
von 6 kg zeigt, dass auch aus heutiger Sicht bereits Magnesium Druckgussteile
mit größeren Dimensionen
hergestellt wurden. Der Eingießdruck
betrug bis zu 70 atü.
Der Aufsatz enthält
auch Hinweise auf die Gefahren beim Betreiben der Maschinen. So
konnte, insbesondere durch Undichtigkeiten im Drucksystem, Druckluft
in den Warmhalteraum eindringen. Die sich bildende Mischung von
Luft und ausgeschleuderter Magnesiumschmelze führte zu explosiven Bedingungen.
Bekannt sind auch Funktionsstörungen
des zur Dosierung erforderlichen Bodenventils. Hervorgerufen durch
z. B. Verunreinigungen in der Schmelze war ein sicheres Schließen der
Dosieröffnung
durch das Ventil nicht immer gewährleistet.
Die Dosierung war fehlerhaft und die sich ergebende Produktionsunterbrechung
zeitaufwendig. Ebenfalls nachteilig war die Beschränkung auf
das Vergießen
von Magnesium und gegebenenfalls Zink, da diese Metalle die dauernd
in der Schmelze befindlichen Bauteile und vor allem die Metallteile
des Bodenventils nur im geringen Umfang angriffen. Auch die beherrschbaren
Gasdrücke,
bis max. 70 atü,
waren zur Dichtspeisung der Gussteile nicht immer ausreichend.
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Das
beschriebene Verfahren hat aber auch wichtige Vorteile:
- – kurze
Zykluszeiten, dem Warnkammerverfahren entsprechend, durch „Dosieren„ bei noch
geöffneter Form,
- – Entfall
der Betriebs- und Instandshaltungskosten-intensiven Teile Gießkammer
und Gießkolben,
- – Entfall
der Schmierung der Gießkammer
und des Kolbens, wie im Kaltkammerverfahren erforderlich. Die Rückstände dieser
Trenn- und Schmiermittel erzeugen zudem unerwünschte Gasporosität in den
Gussteilen,
- – Herstellbarkeit
besonders großflächiger Teile
durch höher
bleibende Gießmetalltemperaturen
wegen geringer thermischer Verluste und vergleichsweise hohe Formfüllgeschwindigkeit
wegen nicht vorhandener Reibungskräfte im Gießantrieb,
- – vergleichsweise
niedrige erforderliche spezifische Drücke und somit weit geringere
erforderlicher Zuhaltekräfte
wegen direkter, nahezu reibungsfreier Nachspeisemöglichkeiten
zum Ausgleich von örtlichen
Volumendefiziten.
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Vor
allem die letzten beiden Punkte belegt eine Tabelle mit für die einzelnen
Verfahren angegebenen Füllgeschwindigkeiten,
Fülldrücke und
Nachverdichtdrücke,
bezogen auf die Gießkolbenstirnfläche bzw.
die druckgasbeaufschlagte Fläche
der Schmelze.
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Aufgabe und
Vorteil der Erfindung
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Stand der Technik weiter
zu entwickeln, wobei die Nachteile der mit Druckgas betriebenen
Druckgießmaschinen
vermieden werden und die Vorteile trotzdem nutzbar sind.
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Diese
Aufgabe wird zum einen durch ein Druckgussverfahren mit den Merkmalen
des Patentanspruchs 1 und zum anderen durch eine Druckgießmaschine
mit den Merkmalen nach Patentanspruch 8 gelöst. In den Unteransprüchen sind
vorteilhafte und zweckmäßige Weiterbildungen
des Verfahrens und der Druckgießmaschine
angegeben.
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Der
Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, die Metalldosierung vergleichbar
einer Kaltkammer-Druckgießmaschine
auszuführen.
Auf die Verwendung des mit der Dosierkammer verbundenen Schmelzegefäßes, wie
bei der bekannten Druckgas-Druckgießmaschine,
kann verzichtet werden.
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Das
zur Dosierung erforderliche extrem störanfällige Bodenventil entfällt. Die
verschiedensten im Druckguss üblicherweise
verwendeten Legierungen können
vergossen werden, da sich jetzt keine Bauteile der Druckgießmaschine
mehr dauerhaft in der Schmelze befinden.
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Aufgrund
der vorgeschlagenen Dosierung und den geringeren wirkenden Kräften ist
die Unfallgefahr wesentlich reduziert und auch geringer als bei
einer normalen Kaltkammer-Druckgießmaschine.
Höhere
Gasdrücke
sind heute beherrschbar und so regelbar, dass Gussteile mit dichtem,
porenarmen Gefüge
herstellbar sind.
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In
vorteilhafter Weise wird die Funktionssicherheit des Gießprozesses
erhöht.
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Vorteilhaft
zur Erzielung kurzer Zykluszeiten ist, dass die Dosierung der Schmelze
bereits bei geöffneter
Form möglich
ist.
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Von
besonderem Vorteil für
die Teilequalität
ist die Möglichkeit
der kombinierbaren Anwendung von Unterdruck und Druckgas. Dabei
kann der Unterdruck sowohl vor dem Druckgas als auch gemeinsam mit
diesem wirksam werden. Auch die Zahl und die Anbausituation der
für den
Unterdruck verwendeten Evakuierventile sind variabel. So kann durch
Anbau des Evakuierventils an einer Formhälfte der Unterdruck im Formhohlraum
geregelt werden. Ein zusätzliches
Evakuierventil im Bereich der Druckgas- bzw. Schmelzezuführung ermöglicht auch
die Evakuierung dieses Raumes. Mit geringem baulichem Aufwand ist
auch eine Zuführung
von Schutzgas möglich,
zur Reinigung und Schutz der Schmelze von Oxiden. Durch den vorgeschlagenen
Anbau des Druckgas-Giessaggregats kann teilweise auf eine aufwendige
Bearbeitung der festen Aufspannplatte verzichtet werden. Die sonst übliche großflächige Ausnehmung
auf der dem Gießaggregat
zugewandten Seite der Aufspannplatte entfällt. Die Schwächung der
Aufspannplatte wird vermieden und die Plattendicke kann reduziert
werden.
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Weitere
Einzelteile und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden
Beschreibung von zwei Ausführungsbeispielen
für eine
Kaltkammer-Druckgießmaschine
mit Druckgas-Giessaggregat.
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Die
Figuren zeigen:
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1 Schnittdarstellung
des erfinderischen Gießaggregates
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2 1 ergänzt durch
Evakuierventile
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Beschreibung
der Ausführungsbeispiele
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1 zeigt
eine Kaltkammer-Druckgießmaschine
in geschlossenem Zustand. Die bewegliche Aufspannplatte 25 trägt die aufgespannte
bewegliche Formhälfte 22,
die feste Aufspannplatte 2 die aufgespannte feste Formhälfte 3.
In der festen Aufspannplatte 2 befindet sich eine Bohrung
zur Aufnahme einer Buchse 4, die zur Schmelzezuführung dient.
Dicht mit der Buchse 4 verbunden ist der Gießbehälter 5 mit
Reinigungszugang 6 und Heizung 7. Über ein
Anbaugestell 8 wird der Gießbehälter 5 durch Verbindungssäulen 9 gehalten. Das
Anbaugestell 8 ist auf der Rückseite der festen Aufspannplatte 2 angeordnet
und mit dieser verbunden. Auf dem Anbaugestell 8 befindet
sich ein Zylinder 10 der über Kolbenstange 11 das
Führungsstück 12 hält und bewegt.
Das Führungsstück 12 wird
geführt
und zentriert in den Verbindungssäulen 9 und trägt das Verschlussstück 13,
z.B. über
eine Klemmverbindung 26. Über ein Zwischenstück 14 ist
das Verschlussstück 13 mit
der Druckgasleitung 15 verbunden.
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An
der Druckgasleitung 15 kann eine Schutzgaszuführung 16 angeschlossen
werden. Mit Pfeil 17 ist eine Schmelzezuführung angedeutet.
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Der
Gießbetrieb
läuft wir
folgt ab:
Bei noch geöffneter
Form wird aus einer Dosiervorrichtung das exakte Schmelzevolumen 17 zugeführt. Die Dosiervorrichtung
kann in bekannter Weise ausgeführt
sein, wie beispielsweise als Löffel,
Druckdosierung, Dosierpumpe usw. Zuvor kann Schutzgas durch eine
nicht näher
dargestellte Zuführeinrichtung,
z. B. ein ortsfestes oder einschwenkbares Einblasrohr zwischen Verschlussstück 13 und
Gießbehälter 5 in
den gesamten Schmelzelauf eingebracht werden. Nach der Dosierung
in den Gießbehälter 5 wird
der Zylinder 10 derart druckbeaufschlagt, dass der Dichtsitz 18 des
Verschlussstückes 15 auf
dem Dichtsitz 19 des Gießbehälters 5 aufsitzt.
Dabei wird der Druck im Zylinder 10 so gewählt, dass
ein sicherer Verschluss und Dichtheit bei Zuschaltung des Gießdruckes
gewährleistet
ist.
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Zwischenzeitlich
wurde über
das Schließsystem
der Kaltkammer-Druckgießmaschine 1 die
bewegliche Formhälfte 22 auf
die feste Formhälfte 3 aufgesetzt
und verriegelt.
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Zur
Verbesserung der Schmelzequalität
kann über
Zuführung 16 nochmals
Schutzgas auf die Schmelzeoberfläche
zugeführt
werden. Mittels einer ungeminderten oder zunächst geminderten Druckgaszufuhr 15 wird
die Schmelze durch Buchse 4 in den Formhohlraum 24 gepresst.
Durch vorgeschaltete Gasventile sind beliebige Gasmengen- und Gasdruckprofile,
z.B. zeitabhängig,
möglich.
Werden nicht näher
dargestellte Füllfrontsensoren
im Gießlauf 4 oder
im Formhohlraum 24 angebracht, so können durch deren Signale ebenfalls Steuer-
oder Regelverläufe
erreicht werden zur Erzielung einer optimalen Teilequalität.
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Durch
die heute verfügbaren
Druck- und Regeleinrichtungen kann das Druckgas bzw. das Druckgasprofil
in einem weiteren Bereich problemlos beherrscht werden. Für den praktischen
Gießbetrieb
sind Drücke von
0,05 bis 180 bar sinnvoll. Als Druckgas kann sowohl Luft als auch
ein Inertgas verwendet werden. Das Druckgas kann aus einem Druckspeicherbehälter entnommen
werden. Beispielhaft ist bei Luft der Einsatz eines Kompressors
möglich,
während
Inertgas aus entsprechendem Druck beaufschlagten Gasflaschen entnommen
wird. Als Druckquelle kann auch eine chemische Reaktion geeigneter
Bestandteile in jeweils sachgerechter Dosierung eingesetzt werden.
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Zur
Erhöhung
der Prozesssicherheit wirkt auf den Gießbehälter 5 eine Heizung
bzw. Temperierung 7. Durch den Reinigungszugang 6 kann
der Gießbehälter 5 von
Verschmutzungen, Oxidprodukten oder anlegierter Schmelze gereinigt
werden. Die Anbaulage im Gießbehälter 5 und
die konstruktive Ausführung
des Reinigungszuganges 6 kann so gestaltet sein, dass dieser
eine Art Austausch oder Verschleißteil darstellt. Da durch die
Schmelzezuführung
immer gleiche Sektoren beaufschlagt und durch den Dosierstrahl ausgeschwemmt werden,
wird in diesem Bereich bevorzugt der Reinigungszugang 6 platziert.
Eine Erneuerung des Reinigungszugangs 6 ist einfach und
schnell möglich.
Durch diese Maßnahme
wird die Standzeit des teuren Gießbehälters 5 wesentlich
erhöht.
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Ebenfalls
kostengünstig
wirkt es sich aus, wenn die Dichtsitze 18, 19 des
Verschlussstück 13 oder
des Gießbehälters 5 austauschbar
ausgeführt
werden.
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Zur
Verbesserung der Dichtwirkung können
die Dichtsitze 18, 19 drehend aufeinander aufgesetzt und/oder
auch zyklisch gereinigt werden um z. B. abgetropfte Schmelze aus
der Dichtzone zu entfernen.
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In 2 ist
die beschriebene Kaltkammer-Druckgießmaschine 1 um die
Vakuumventile 20 und 21 ergänzt.
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Für den Gießbetrieb
sind beispielhaft zwei Varianten beschrieben:
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1. Ausführungsvariante
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Es
ist nur das Vakuumventil 20 vorgesehen. Dieses ist ein
handelsübliches
Evakuierventil, fremd gesteuert und/oder durch den Metalleintritt
schließbar.
Dieses Vakuum-Ventil 20, montiert in der Druckgießform in
der festen Formhälfte 3 oder
der beweglichen Formhälfte 22 wird
gleichzeitig geöffnet,
wenn das Verschlussstück 13 mit
seinem Dichtsitz 18 dicht auf den Gießbehälter 5 und seinen
Dichtsitz 19 aufgesetzt ist und das Druckgasventil 23 geöffnet wird.
Das Vakuumventil 20 wird von der Metallschmelze selbst,
zeitabhängig
oder in Abhängigkeit
von einem Füllfrontsensorsignal
geschlossen, wenn der Formhohlraum 24 nahezu vollständig mit
Metallschmelze gefüllt
ist.
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2. Ausführungsvariante
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Es
sind 2 Vakuumventile 20, 21, vorgesehen. Ein Ventil 20 ist
formseitig, wie in Variante 1, angeordnet und ein Ventil 21 in
der Druckgaszuführung 15.
Das Verschlussstück 13 wird dicht
auf den Gießbehälter 5 aufgesetzt.
Beide Vakuumventile 20, 21 werden gleichzeitig
vor dem Öffnen
des Druckgasventils 23 geöffnet, damit sowohl die eingefüllte Schmelze
von der Gießbehälterseite
her als auch von der Formseite her vor der Buchse 4 der
Schmelze-Zuführung
stehend, mit dem gleichen Vakuum beaufschlagt wird. Hiermit wird
zudem ein ungewolltes Einsaugen von Schmelze in den Formenhohlraum 24 verhindert.
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Nach
einer einstellbaren Vakuum-Einwirkungzeit (Entgasungszeit) wird
das Vakuumventil 21 geschlossen und aus Sicherheitsgründen nach
einer geringen Verzögerung
im Bereich von Millisekunden das Druckgasventil 23 geöffnet. Das
formseitige Vakuumventil 20 wird wie bei Variante 1 geschlossen,
wenn der Formhohlraum nahezu vollständig mit Metallschmelze gefüllt ist.
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Mit
dieser 2. Ausführungsvariante
wird gegenüber
der 1. Ausführungsvariante
eine bessere Absaugung der Hohlräume
als auch eine Entgasung der eingefüllten Schmelze erreicht.
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Die
Vakuumeinwirkungszeiten sind nicht Zyklus-relevant, d.h. sie verlängern die
Zykluszeit nicht. Die Entgasungszeit kann ab dem Formschließen – wenn die
bewegliche Formhälfte 22 bereits
dicht anliegt, die Zuhaltekraft jedoch noch nicht durch Spannen
aufgebracht ist – während des
Spannvorgangs ablaufen.
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Die
Erfindung ist nicht auf die beschriebene und dargestellte Ausführung beschränkt. Sie
umfasst auch alle fachmännischen
Ausgestaltungen im Rahmen der geltenden Ansprüche. So kann, abweichend von
der beschriebenen Ausführung,
die Schmelzezuführung
im Bereich der festen Aufspannplatte statt horizontal auch unter
einem Winkel liegen, wie z. B. von der Düse der Warmkammer-Druckgießmaschine
bekannt.
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Auch
können
ohne Einschränkung
das Schließteil
und die Schmelzezuführung
vertikal angeordnet sein. Ebenso kann bei einer Horizontal-Kaltkammer-Druckgießmaschine
die Schmelzezuführung
vertikal, z.B. in der Teilungsebene der Form, erfolgen.
