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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zum Druckgießen von Gußstücken aus einer Metallschmelze,
das bei einer Druckgießform
mit wenigstens einem Formhohlraum und einer vorgeschalteten Füllkammer
mit darin beweglichem Gießkolben
und mit einem zwischen Füllkammer
und Formhohlraum angeordneten Absperrventil angewendet wird, wobei die
Füllkammer
nach dem Füllen
mit Metallschmelze entlüftet
wird, bevor das Absperrventil zur Füllung des Formhohlraums mit
Metallschmelze geöffnet wird.
Die Erfindung betrifft des weiteren eine Druckgießform zum
Druckgießen
von Gußstükken aus
einer Metallschmelze mit wenigstens einem Formhohlraum zur Formgebung
des Gußstückes und
einer vorgeschalteten Füllkammer,
in der ein Gießkolben zum
Eindrükken
der in der Füllkammer
befindlichen Metallschmelze in den Formhohlraum angeordnet ist, wobei
zwischen Füllkammer
und Formhohlraum ein Absperrventil vorgesehen ist, das zur Befüllung des Formhohlraums
mit Metallschmelze aus einer Schließstellung in eine Offenstellung
bringbar ist, und wobei ein Entlüftungskanal
vorgesehen ist, über
den die Füllkammer
vor Öffnung
des Absperrventils entlüftet
wird.
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Bei
einer Druckgießform
wird die Metallschmelze aus einem Warmhaltegefäß zunächst in eine Füllkammer
eingeleitet. Von dort wird sie mittels eines Gießkolbens über einen Angußkanal in
einen Formhohlraum gedrückt.
Zur Unterstützung
des Befüllvorgangs
kann der Formhohlraum mit Vakuum beaufschlagt werden (vgl.
EP 1 165 274 B1 ).
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Aus
dem vorgenannten Dokument ist es bekannt, zwischen Füllkammer
und Angußkanal
ein Absperrventil vorzusehen, das mit einem Entlüftungskanal versehen ist, der
die Füllkammer
mit dem Formhohlraum verbindet. Beim Vorschub der Metallschmelze
in der Füllkammer
kann die darin befindliche Luft über
den Entlüftungskanal
in den evakuierten Formhohlraum entweichen. Nach vollständiger Entlüftung der
Füllkammer
wird das Absperrventil durch Ansteuerung einer hydraulischen Zylinder-Kolben-Einheit
geöffnet
und gibt damit den Weg zum Formhohlraum frei.
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Diese
Art der Entlüftung
setzt voraus, daß der
Formhohlraum evakuiert wird, eignet sich also nicht für Druckgießformen,
bei denen die Befüllung allein
mittels des Gießkolbens
erfolgt. Außerdem
ist die Steuerung des Absperrventils aufwendig.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren bereitzustellen,
das eine Entlüftung
der Füllkammer
unabhängig
davon ermöglicht,
ob der Formhohlraum mit Vakuum beaufschlagt ist oder nicht. Eine
weitere Aufgabe besteht darin, eine für dieses Verfahren geeignete
Druckgießform
zu konzipieren, die einen einfachen Aufbau hat.
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Die
erste Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch
gelöst,
daß die
Füllkammer über einen
separaten, vom Formhohlraum getrennten Entlüftungskanal entlüftet wird,
daß die
danach in den Entlüftungskanal
einströmende
Metallschmelze unter Bildung eines Pfropfens abgekühlt wird
und daß das
Absperrventil durch den sich in der Füllkammer anschließend aufbauende
Druck der Metallschmelze geöffnet
wird. Grundgedanke der Erfindung ist es, die Füllkammer nicht über den
Formhohlraum zu entlüften,
sondern über
einen separaten Entlüftungskanal,
und das Öffnen
des Absperrventils durch die auf das Absperrventil einwirkende Metallschmelze
zu bewirken. In dem separaten Entlüftungskanal bildet sich nach dem
Entlüften
aufgrund Abkühlung
ein erstarrter Metallpfropfen, der den Entlüftungskanal verschließt und somit
den Druck in der Füllkammer
so ansteigen läßt, daß sich das
Absperrventil durch diese Druckeinwirkung selbsttätig öffnet und
die Metallschmelze dann in den Formhohlraum einströmen kann.
Das erfindungsgemäße Verfahren
hat den Vorzug, daß es für das Druckgießen mit
oder ohne Evakuierung des Formhohlraums anwendbar ist und daß das Absperrventil
keiner Steuerung bedarf, sondern lediglich derart nachgiebig sein
muß, daß es bei
Beaufschlagung mit einem bestimmten Auslegungsdruck selbsttätig öffnet.
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In
Ausbildung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Luft in der Füllkammer
durch die Bewegung der Metallschmelze in den Entlüftungskanal
verdrängt
wird. Alternativ oder in Kombination kann vorgesehen sein, daß der Formhohlraum
und/oder der Entlüftungskanal
während
oder nach dem Füllen
der Füllkammer
evakuiert werden.
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Die
zweite, sich auf die erfindungsgemäße Druckgießform beziehende Aufgabe wird
dadurch gelöst,
daß der
Entlüftungskanal
vor dem Absperrventil von der Füllkammer
abzweigt und zu einem Kühlblock
führt und
daß das
Absperrventil in Richtung seiner Offenstellung derart nachgiebig
ist, daß es
bei Erreichen einer bestimmten füllraumseitigen Druckbeaufschlagung
selbsttätig öffnet. In
Ausgestaltung dieses Grundgedankens der Erfindung sollte der Entlüftungskanal
vom absperrventilseitigen Ende der Füllkammer ausgehen, damit die
Füllkammer vollständig entlüftbar ist.
Dabei ist es zweckmäßig, wenn
der Entlüftungskanal
von der Oberseite der Füllkammer
ausgeht und nach oben gerichtet ist. Auf diese Weise wird die auf
der Metallschmelze aufschwimmende Gießhaut teilweise in den Entlüftungskanal
gedrückt.
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Der
Kühlblock
ist vorzugsweise mit Wasser gekühlt.
Er ist in an sich bekannter Weise als Chillerblock ausgebildet (vgl.
z.B.
EP 0 930 114 B1 ).
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Der
Entlüftungskanal
verläuft
vorteilhafterweise in einem Formkasten der Druckgießform, der auch
den Formhohlraum enthält.
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Nach
einem weiteren Merkmal der Erfindung ist vorgeschlagen, daß das Absperrventil
einen Ventilkörper
aufweist, der an einer nachgiebigen Abstützeinrichtung anliegt. Dabei
kann die Abstützeinrichtung
als Feder, beispielsweise als Schrauben- oder Tellerfeder ausgebildet
sein. Statt dessen kommt aber auch eine Zylinder-Kolben-Einheit
in Frage, die mittels eines Fluids derart druckbeaufschlagt ist,
daß sich
der Ventilkörper
bei Beaufschlagung mit einem bestimmten Auslegungsdruck in Offenstellung
bewegen kann.
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Um
sicherzustellen, daß der
Ventilkörper nach
Abschluß eines
Gießvorgangs
wieder vollständig
seine Schließstellung
erreicht, ist es zweckmäßig, eine
separate Rückstelleinrichtung
vorzusehen, mittels der der Ventilkörper gesteuert in seine Schließstellung
bewegbar ist. Die Rückstelleinrichtung
kann als Zylinder-Kolben-Einheit ausgebildet sein, die mit einem
Fluid – Luft
oder Hydraulikflüssigkeit – druckbeaufschlagbar
ist. Stattdessen kann vorgesehen sein, daß die Rückstelleinrichtung einen Rückstellstößel aufweist,
der mit einer Auswerfereinrichtung für das Ausstoßen des
Gußstückes aus
dem Formhohlraum derart gekoppelt ist, daß bei Ausführung der Ausstoßbewegung
der Rückstellstößel in Rückstellrichtung
bewegt wird. Damit wird der Auswerfereinrichtung eine Doppelfunktion
zugewiesen. Ein gesonderter Antrieb für die Rückstelleinrichtung kann dann
entfallen.
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Der
Ventilkörper
ist zweckmäßigerweise
als Ventilkolben ausgebildet, der in einem entsprechenden Gehäuse ver schieblich
geführt
ist. Dabei sollten Ventilkolben, Abstützeinrichtung und Rückstelleinrichtung
hintereinander und koaxial zueinander angeordnet sein.
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Nach
der Erfindung ist des weiteren vorgesehen, daß das Absperrventil mit einer
Kühleinrichtung versehen
ist, die beispielsweise als Stichkühleinrichtung ausgebildet ist.
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In
der Zeichnung ist die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels
näher veranschaulicht.
Es zeigen:
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1 einen Vertikalschnitt
durch die erfindungsgemäße Druckgießform;
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2 eine vergrößerte Darstellung
des Absperrventils der Druckgießform
gemäß 1;
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3 eine perspektivische Ansicht
der Druckgießform
gemäß den 1 und 2 in Teilschnittdarstellung ohne den
ersten Formkasten;
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4 eine stirnseitige Ansicht
der Druckgießform
gemäß 3;
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5 eine perspektivische Ansicht
einer zweiten Druckgießform
in Teilschnittdarstellung ohne den ersten Formkasten und
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6 eine vergrößerte Darstellung
des Absperrventils der Druckgießform
gemäß 5.
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Die
in den 1 bis 4 dargestellte Druckgießform 1 weist
zwei aufeinanderliegende Formkästen 2, 3 auf,
in denen jeweils ein Formeinsatz 4, 5 eingelegt
ist. Die Formeinsätze 4, 5 liegen
aneinander an und weisen sich ergänzende Formhohlräume 6, 7 auf.
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Unterhalb
der Formeinsätze 4, 5 sind
Gießlaufeinsätze 9, 10 in
die Formkästen 2, 3 eingesetzt. In
die Gießlaufeinsätze 9, 10 ist
ein Abgußkanal 11 eingeformt,
der zu den Formhohlräumen 6, 7 führt.
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In
den Formkasten 2 ist eine Füllkammerhülse 13 eingesetzt,
die eine Füllkammer 14 umgibt.
In die offene Seite der Füllkammer 14 ragt
ein Gießkolben 15 hinein,
der in der Füllkammer 14 verschieblich geführt ist.
Die Füllkammerhülse 13 durchsetzt
den in dem Formkasten 2 sitzenden Gießlaufeinsatz 9 und endet
im Bereich der Trennfuge zwischen den beiden Formkästen 2, 3.
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Stirnseitig
abgeschlossen wird die Füllkammer 14 durch
ein Absperrventil 16, dessen Aufbau sich insbesondere aus 2 ergibt. Das Absperrventil 16 weist
einen Ventilkolben 17 auf, der in einer Führungsbuchse 18 koaxial
zur Achse der Füllkammer 14 verschieblich
geführt
ist. In der gezeigten Stellung liegt der Außenrand des Ventilkolbens 17 an der
Stirnseite der Füllkammerhülse 13 abdichtend an.
Der Ventilkolben 17 ist dabei durch eine Schraubenfeder 19 in
dieser Richtung kraftbeaufschlagt. Die Schraubenfeder 19 stützt sich
an einem Zylinderblock 20 ab, der einen Flansch 21 aufweist, über den der
Zylinderblock 20 an der Rückseite des Formkastens 3 mittels
Schrauben 22, 23 befestigt ist. In dem Zylinderblock 20 ist
ein Rückstellkolben 24 angeordnet,
der eine Rückstellhülse 25 ringförmig umgibt
und mit dieser fest verbunden ist. Die Rückstellhülse 25 durchsetzt
den Zylinderblock 20 und die Schraubenfeder 19 und
ragt in einen Ringraum 26 hinein, der in den Ventilkolben 17 eingeformt
ist.
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Die
Rückstellhülse 25 wird
von einer Stichkühleinrichtung 27 durchsetzt,
die eine Außenhülse 28 aufweist,
die mit ihrem linken Ende in ein Sackloch 29 des Ventilkolbens 17 eingeschraubt
ist. Durch die Außenhülse 28 geht
ein Zuführrohr 30,
das über
die Außenhülse 28 hinaus
in das Sackloch 29 hineinragt und am anderen Ende mit einem
Zuführkanal 31 verbunden
ist. Über
den Zuführkanal 31 kann
Kühlflüssigkeit
in das Sackloch 29 einströmen. Sie wird dann über den
Ringkanal zwischen Außenhülse 28 und Zuführrohr 30 wieder
zurückgeführt und
fließt über einen
Abführkanal 32 wieder
ab.
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Der
Formkasten 3 ist rückseitig über Distanzblöcke 33, 34, 35 mit
einer Aufspannplatte 36 verbunden. Zwischen Formkasten 3 und
Aufspannplatte 36 befinden sich Auswerferplatten 37, 38.
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Die
Füllkammerhülse 13 weist
an ihrem dem Absperrventil 16 benachbarten Ende eine Ausnehmung 39 auf,
die in einen zwischen den Formeinsätzen 4, 5 gerade
nach oben verlaufenden Entlüftungskanal 40 übergeht.
Der Entlüftungskanal 40 endet
in einem Kühlblock 41,
der in die Formkästen 2, 3 eingesetzt
ist und mit Wasser gekühlt
ist. Dort hat der Entlüftungskanal 40 Verbindung
zur Außenatmosphäre.
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Wie
insbesondere aus den 2 und 3 zu ersehen ist, wird ein
erster Abschnitt des Angußkanals 11 von
einer mehr als halbkreisförmigen
Ausnehmung an der Stirnseite der Führungsbuchse 18 für den Ventilkolben 17 gebildet.
Aus 4 ist zu ersehen,
daß dieser
erste Abschnitt bis zu einer Scheitelhöhe SA geht, die zwischen der
Mittelachse des Ventilkolbens 17 und dessen Scheitelhöhe liegt.
Von dort aus teilt sich der Angußkanal 11 in zwei
Angußkanalarme 42, 43,
die jeweils zu einem Formhohlraum 6 bzw. 7 führen. Die
Scheitelhöhe
SA des Angußkanals 11 liegt
um den Abstand D niedriger als die Scheitelhöhe SF der Füllkammer 14.
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Mit
der vorbeschriebenen Druckgießform 1 geht
ein Gießvorgang
wie folgt von statten. Nach Schließen der Druckgießform 1 (vgl. 1) wird eine bestimmte Menge
Metallschmelze von einem Vorratsgefäß über eine hier nicht näher dargestellte Öffnung in
die Füllkammer 14 eingefüllt. Die
hierdurch verdrängte
Luft kann dabei über
den Entlüftungskanal 40 entweichen.
Dann werden der Gießkolben 15 und
damit die Metallschmelze in Richtung auf das Absperrventil 16 unter
weiterer Verdrängung
von Luft aus der Füllkammer 14 bewegt.
Ist die Luft vollständig
verdrängt,
fließt
Metallschmelze über
die Ausnehmung 39 in den Entlüftungskanal 40 ein
und gelangt so in den Kühlblock 41.
Dort kühlt
sich die Metallschmelze so stark ab, daß sie unter Bildung eines abdichtenden
Pfropfens erstarrt. Durch den vorrückenden Gießkolben 15 steigt
der Druck in der Füllkammer 14 stark
an. Bei Erreichen eines bestimmten Druckes reicht die Kraft der
Schraubenfeder 19 nicht aus, um den Ventilkolben 17 in
der gezeigten Schließstellung
zu halten. Der Ventilkolben 17 weicht unter Komprimierung
der Schraubenfeder 19 zurück und öffnet dadurch den Zugang zu
dem Abgußkanal 11.
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Nach
dem Zurückweichen
des Ventilkolbens 17 strömt die Metallschmelze in den
ersten Abschnitt des Angußkanals 11 und
teilt sich dort durch Einströmen
in die Angußkanalarme 42, 43 auf.
Dabei gelangt nur der Teil der Metallschmelze, der unterhalb der
Scheitelhöhe
SA liegt, in die Angußkanalarme 42, 43 ein,
während
der darüber
liegende Teil der Metallschmelze durch den niedrig liegenden Anschnitt
der Angußkanalarme 42, 43 entsprechend
der Scheitelhöhe
SA bis kurz vor Beendigung des Einschießens der Metallschmelze daran
gehindert wird, in die Angußkanalarme 42, 43 einzufließen und
dabei die obenseitig auf der Metallschmelze schwimmende Gußhaut mitzunehmen.
Erst im letzten Stadium gelangt auch dieser Teil der Metallschmelze
in die Angußkanalarme 42, 43,
so daß nur
noch wenig oder gar keine Gußhaut
bis in die Formhohlräume 6, 7 gelangt.
Auf diese Weise werden die Gußstücke nur wenig
oder gar nicht mit Gußhaut
verunreinigt.
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Beim
Zurückweichen
stößt der Ventilkolben 17 mit
seiner Rückseite über einen
Dämpfungsring 42 an
die Stirnseite des Zylinderblocks 20 an, wodurch der Hub
des Ventilkol bens 17 begrenzt wird. Nach dem Öffnen der
Druckgießform 1 drückt die Schraubenfeder 19 den
Ventilkolben 17 in die Schließstellung zurück. Sollte
der Ventilkolben 17 nicht vollständig in die Schließstellung
zurückfahren, wird
der Rückstellkolben 24 in
Richtung auf den Ventilkolben 17 mit Hydraulikdruck beaufschlagt.
Hierdurch wird der Rückstellkolben 24 in
Richtung auf die Füllkammer 14 verschoben
und nimmt dabei die Rückstellhülse 25 mit.
Deren Stirnseite kommt dann an dem Ventilkolben 17 zur
Anlage und stößt ihn in die
Schließstellung.
Durch entgegengesetzte Hydraulikdruckbeaufschlagung wird der Rückstellkolben 24 wieder
in die gezeigte Ausgangsposition bewegt.
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In
den 5 und 6 ist eine Druckgießform 51 (teilweise)
dargestellt, die von der Druckgießform 1 gemäß den 1 bis 4 nur bezüglich der Rückstelleinrichtung für den Ventilkolben 17 abgeändert ist. Hinsichtlich
der übrigen
Teile der Druckgießform 51 wird
auf die Beschreibung der Druckgießform gemäß den 1 bis 4 Bezug
genommen. Insoweit sind bei der Druckgießform 51 die gleichen
Bezugsziffern wie für
die Druckgießform 1 gemäß den 1 bis 4 verwendet worden.
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Wie
insbesondere aus 6 ersichtlich
ist, ist der Zylinderblock 20 der Druckgießform 1 gemäß den 1 bis 4 durch eine Stützplatte 52 ersetzt
worden, die über
Schrauben 53, 54 mit dem Formkasten 3 verbunden
ist. An dieser Stützplatte 52 stützt sich die
hier nicht näher
dargestellte Druckfeder 19 ab. Sie spannt den Ventilkolben 17 in
Richtung auf die Füllkammer 14 vor.
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Die
Stichkühleinrichtung 27 ist
von einer Rückstellhülse 55 umgeben,
die die gleiche Funktion hat wie die Rückstellhülse 25 bei der Druckgießform 1 gemäß den 1 bis 4. Im Unterschied zu dieser Ausführungsform
wird die Rückstellhülse 55 nicht
hydraulisch betätigt,
sondern ist mechanisch mit den Auswerferplatten 56, 57 verbunden.
Hierzu weist die Rückstellhülse 55 an
ihrem dem Ventilkörper 17 abgewandten
Ende einen Bund 58 auf, der in einer entsprechenden Ausnehmung
in der Auswerferplatte 56 zwischen beiden Auswerferplatten 56, 57 eingefaßt ist.
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Die
Rückstellung
des Ventilkolbens 17 erfolgt nach dem Öffnen der Druckgießform 1 über die Schraubenfeder 19.
Sollte der Ventilkolben 17 nicht vollständig in die Schließstellung
zurückfahren,
wird er durch die Rückstellhülse 55 in
Rückstellrichtung bis
in die Schließstellung
mitgenommen. Die Bewegung der Rückstellhülse 55 wird
durch die Verschiebung der Auswerferplatten 56, 57 in
Auswerferrichtung bewirkt, d.h. beim Ausstoßen des Gußstücks aus der geöffneten
Druckgießform 51.
Damit ist sichergestellt, daß der
Ventilkolben 17 nach dem Auswerfen des Gußstücks wieder
die Schließstellung
erreicht.