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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung
zum Druckgießen
von Metallen, insbesondere Leichtmetallen, mit einer Druckkammer,
aus der eingebrachtes flüssiges
Metall mittels eines Gießkolbens
durch einen gegenüber
dem Zylinder verengten Gießlauf
in eine Gießform
drückbar
ist.
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Druckgussmaschinen weisen üblicherweise einen
hydraulisch betriebenen Gießkolben
auf, der in einer entsprechenden zylindrischen Druckkammer translatorisch
in der Achse der Druckkammer bewegbar ist. Üblicherweise ist die Bewegungsrichtung
des Gießkolbens
horizontal ausgelegt. Seit einiger Zeit sind jedoch auch sogenannte
Vertikal-Gießmaschinen
im Gebrauch, bei denen der Gießkolben
lotrecht bewegbar ist, die Gießform
somit von der Unterseite aus durch eine Formunterteil füllbar ist.
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Der den Gießkolben treibende Hydraulikkolben
weist dabei bauartbedingt einen ähnlichen Durchmesser
wie der Gießkolben
auf. Der durch den Gießkolben
auf das flüssige
Metall in der Druckkammer ausgeübte
Druck ist daher ähnlich
groß wie
der Hydraulikdruck. Andererseits wird der Durchmesser des Gießkolbens
benötigt,
um über
einen kurzen Bewegungsweg des Gießkolbens das Material zur Füllung in
die Gießform
innerhalb kurzer Zeit zu drücken.
Während
der Bewegung wird das flüssige
Metall in der Druckkammer aufgrund seiner Abkühlung teigig, sodass das Nachspeisen
des Gussstücks
erschwert wird.
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Bekannte Bauarten von Vertikal-Druckgussmaschinen
produzieren einen Gießrest,
dessen Masse etwa der Nutzmasse des Gußteils in der Gießform entspricht,
sodass etwa 50 % des eingesetzten Materials im Kreislauf wieder
verflüssigt
werden muss, um für
einen nächsten
Schuss wieder verwendet werden zu können.
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Durch
DE 39 18 334 C2 und
DE 39 23 760 A1 ist es insbesondere
bei Horizontal-Druckgussmaschinen bekannt, den Gießlauf zum
Anschnitt der Form gegenüber
der Kolbenoberseite zu verengen und in den Gießlauf eine Verdichtungsstange
bzw. einen Verdichtungskolben seitlich hineinzuführen, um zusätzliches
Material aus dem Gießlauf
in die Form zu drücken.
Die Verdichtungsstange steht dabei senkrecht zu dem Gießkolben
und zu der Längserstreckung
des Gießlaufes.
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Bei der aus der
EP 897 768 A1 bekannten Druckgussmaschine
wird der Gießkolben
ebenfalls horizontal geführt,
drückt
jedoch das flüssige
Metall in einen senkrecht abgewinkelten Gießlauf und die sich daran anschließende Form.
Etwa fluchtend mit dem Gießkolben
befindet sich eine Kammer, in der ein Presskolben gelagert ist,
mit dem eine Nachverdichtung des in den Gießlauf und in die Form gedrückten flüssigen Metalls
vorgenommen werden kann.
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Die
EP 1 057 560 A1 offenbart eine Vertikal-Druckgussmaschine,
bei der der Gießkolben
mit seinem Antrieb über
ein Federelement verbunden ist, das bei einem Nachlauf des Antriebs
gegenüber
der Bewegung des Gießkolbens
einen erhöhten,
durch einen Drucksensor überwachten Überdruck
aufbaut, der zur Nachverdichtung des flüssigen Metalls dienen kann.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die
Menge an anfallenden Gießresten
mit einer möglichst
einfachen Konstruktion deutlich zu reduzieren. Ausgehend von dieser
Aufgabe ist erfindungsgemäß eine Vorrichtung
der eingangs erwähnten
Art dadurch gekennzeichnet, dass in den Gießkolben mehrere kleinere Verdichterkolben
eingesetzt sind, die Zeitverzögerung
zur Bewegung des Gießkolbens
aus der Kolbenstirnflächer
heraus in Richtung des Gießlaufs
drückbar
sind.
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Die vorliegende Erfindung geht von
der Erkenntnis aus, dass die Abkühlung
des flüssigen
Metalls in der Druckkammer von der Mantelwandung der zylindrischen
Druckkammer aus erfolgt, sodass das Teigigwerden bzw. Erstarren
des Metalls zylindrisch von radial außen nach radial innen verläuft. Der
teigig gewordene bzw. erstarrte Außenzylinder des Metalls kann
bereits die weitere Bewegung des Gießkolbens verhindern, wodurch
eine relativ große
Menge des Metalls als erstarrter Gießrest anfällt. Durch die erfindungsgemäß vorgesehenen
mehreren kleineren Verdichterkolben wird ein Ausdrücken von
Metall aus dem noch flüssigen
Innenbereich des Materials in der Druckkammer möglich. Darüber hinaus führt die
auf die kleineren Flächen
der Verdichterkolben ausübende
treibende Hydraulikkraft zu einem wesentlich erhöhten Druck auf das Material,
sodass auch bereits teigig gewordenes Material noch durch den Gießlauf gedrückt werden
kann. Aufgrund der Anordnung der mehreren Verdichterkolben, deren
Stirnflächen
vorzugsweise jeweils um wenigsten den Faktor 10 kleiner sind als
die Stirnfläche
des Gießkolbens,
kann daher noch Material in die Gießform gedrückt werden, das mit den üblichen
Gießdrücken aufgrund
der bereits erfolgten Erkaltung nicht mehr bewegbar gewesen wäre. Gleichzeitig
kann die Größe des Pressrests
vermindert werden, ohne die Nachspeisung zu behindern.
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Der erfindungsgemäße Effekt der Minimierung des
Gießrests
wird noch dadurch erhöht,
dass mehrere, dem Gießkolben
zugeordnete Gießläufe vorgesehen
sind, die in Bewegungsrichtung des Gießkolbens mit den Verdichterkolben
fluchten. Dadurch wird erreicht, dass das durch die Verdichterkolben
zusätzlich
bewegte Material auf kürzest
möglichem
Wege in die Gießform
gelangt. Vorzugsweise ist dabei jedem Gießlauf ein fluchtender Verdichterkolben
zugeordnet.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist insbesondere
dann von besonderem Vorteil, wenn die Stirnfläche des Gießkolbens größer und die Stirnflächen der
Verdichterkolben deutlich kleiner als die effektive Stirnfläche eines
den Gießkolben
treibenden Hydraulikkolbens sind. Dabei wird der Vorteil einer schnellen
Gießformfüllung durch
den großen
Gießkolben
kombiniert mit den Vorteilen von hohen Drücken zum Auspressen des Gießrests,
die durch die kleinen Stirnflächen
der Verdichterkolben erzeugt werden.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist besonders
vorteilhaft als Vertikal-Druckgießmaschine ausgebildet,
in der sich der Gießkolben
in der Druckkammer lotrecht bewegt.
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Die Erfindung soll im Folgenden anhand
eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert werden.
Es zeigen:
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1 einen
schematischen Aufbau einer erfindungsgemäß ausgebildeten Vertikal-Druckgießmaschine
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2 eine
vergrößerte schematische
Darstellung eines Ausführungsbeispiels
eines Gießkolbens
in einer erfindungsgemäßen Druckgießmaschine.
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1 lässt einen
aufrecht stehenden Hydraulikkolben 1 erkennen, der in einer
Hydraulikkammer 2 durch den Druck einer (nicht dargestellten)
Hydraulikflüssigkeit
nach oben verschiebbar ist. Der Hydraulikkolben 1 ist über eine
Kolbenstange 3 mit einem Gießkolben 4 verbunden,
der in einer zylindrischen Druckkammer lotrecht verschiebbar angeordnet
ist. Die Druckkammer 5 weist eine Stirnwand 6 auf,
in der sich mehrere Öffnungen 7 befinden.
In der in 1 dargestellten
unteren Ruhestellung des Gießkolbens 4 wird
die Druckkammer 5 geöffnet,
mit einer dosierten Menge flüssigen
Metalls gefüllt
und dann wieder verschlossen. Die Öffnungen 7 der Stirnwand 6 der
Druckkammer 5 fluchten mit Gießläufen 8 in einem auf
die Stirnwand 6 aufgesetzten Formunterteil 9,
das stationär
angeordnet ist. Eine Gießform 10 wird
durch ein lotrecht verfahrbares Formoberteil 11 verschlossen,
in dem das Formoberteil 11 mittels eines Hydraulikstellzylinders 12 nach unten
verfahren wird. Üblicherweise
werden Formunterteil 9 und Formoberteil 11 im
geschlossenen Zustand der Gießform 10 gegeneinander
verriegelt, sodass sich die geschlossene Gießform 10 unter der Einwirkung
des Gießdrucks
nicht ungewollt öffnet.
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1 lässt erkennen,
dass der Gießkolben 4 eine
Stirnfläche
aufweist, die größer als
die Stirnfläche
des Hydraulikkolbens 1 ist. In der Stirnfläche des Gießkolbens 4 sind
drei Verdichterkolben 13 angeordnet, deren Stirnflächen wesentlich
kleiner sind als die Stirnfläche
des Gießkolbens 4 und
auch des Hydraulikkol bens 1. Die Verdichterkolben 13 sind
mit ihrer Stirnfläche
fluchtend mit der Stirnfläche
des Gießkolbens
ausgerichtet. In dieser relativen Position zum Gießkolben 4 verbleiben
sie während
des Beginns des Druckgießvorganges.
Etwa gegen Ende des Vorschubs des Gießkolbens 4 werden
die Verdichterkolben 13 durch den Hydraulikkolben 1 zeitverzögert aus
der Stirnfläche
des Gießkolbens 4 heraus
nach oben in Richtung der Gießläufe 8 verschoben,
um flüssiges
Restmaterial mit hohem Druck in Richtung der Gießläufe 8 zu drücken.
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Nachdem auf diese Weise die Gießform 10 gefüllt und
das Metall abgekühlt
ist, wird die Gießform 10 durch
Verfahren des Formoberteils 11 mittels des doppelt wirkenden
Stellzylinders 12 nach oben geöffnet und das gegossene Formstück ausgeworfen
und in üblicher
Weise nachbearbeitet.
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2 zeigt
in vergrößerter Darstellung
die Druckkammer 5 mit dem Gießkolben 4 und den
in den in den Gießkolben 4 eingearbeiteten
Verdichterkolben 13, mit denen jeweils eine Öffnung 7 in
der Stirnwand 6 der Druckkammer 5 fluchtet. Schematisch
angedeutet ist in 2 ferner
das durch die Öffnungen 7 austretende
Material 8', das durch die in 2 nicht dargestellten Gießläufe 8 in
der dargestellten Form hindurchtritt und am Ende des Gießvorganges
erkaltet.
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Aufgrund der zusätzliche mehreren Verdichterkolben 13 mit
jeweils kleiner Stirnfläche
lassen sich somit erhebliche zusätzliche
Restmengen dem Nutz-Gießvorgang
zuführen
und so die Menge des Gießrests
deutlich verkleinern.