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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zum Druckgießen von Gußstücken aus einer Metallschmelze
in einer Druckgießform
mit wenigstens einem Formhohlraum und einer vorgeschalteten Füllkammer
sowie mit einem Füllkammer
und Formhohlraum verbindenden Angußkanal. Sie betrifft auch eine
Druckgießform
zur Durchführung
dieses Verfahrens.
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Bei
einer Druckgießform
wird die Metallschmelze aus einem Warmhaltegefäß zunächst in eine Füllkammer
eingeleitet. Von dort wird sie mittels eines in der Füllkammer
verschieblich geführten Gießkolbens über einen
Angußkanal
in einen Formhohlraum gedrückt.
Zur Unterstützung
des Befüllvorgangs
kann der Formhohlraum auch mit Vakuum beaufschlagt werden (vgl.
EP 0 051 310 B1 ;
DE 298 18 994 U1 ;
DE 42 39 558 A1 ;
DE 196 05 727 A1 ;
DE 38 34 777 C2 ;
EP 1 165 274 B1 ).
Dabei besteht die Druckgießform
aus zwei an einer Trennfuge aneinander liegenden Formkästen.
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Aus
den vorgenannten Dokumenten ist es bekannt, den Angußkanal an
die Stirnseite so anzuschließen,
daß zumindest
der obere Teil der in der Füllkammer
befindlichen Metallschmelze, meist jedoch der gesamte Querschnitt
in den Angußkanal einfließt und von
dort nach oben in den darüber
liegenden Formhohlraum eingedrückt
wird. Dies hat den Nachteil, daß die
in der Füllkammer
aus der Metallschmelze entstandene Gußhaut zusammen mit der Metallschmelze
in den Angußkanal
und damit in den Formhohlraum einströmt. Dies beeinträchtigt die Qualität des Gußstücks und
beschränkt
dessen Weiterverarbeitung oder Verwendung.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren bereitzustellen,
mit dem sich der Transport der sich in der Füllkammer gebildeten Gußhaut in
den Formhohlraum weitgehend vermeiden läßt. Eine zweite Aufgabe besteht
darin, eine Druckgießform
zu konzipieren, die zur Durchführung
dieses Verfahrens geeignet ist.
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Die
erste Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch
gelöst,
daß Metallschmelze
oberhalb eines Niveaus, das mit Abstand unterhalb deren Scheitelpunkt
liegt, im Bereich des Übergangs
von Füllkammer
und Angußkanal
beim Befüllen
des Formhohlraums zunächst
daran gehindert wird, durch den Angußkanal bis in den Formhohlraum
zu fließen.
Grundgedanke der Erfindung ist es also, zumindest zunächst den
Teil der Metallschmelze in den Formhohlraum zu befördern, der
unterhalb eines bestimmten Niveaus liegt und deshalb frei von Gußhaut ist,
während
der Anteil der Metallschmelze, der oberhalb dieses Niveaus liegt,
im Bereich des Übergangs
von Füllkammer
und Angußkanal
daran gehindert wird. Durch dieses Verfahren wird weitgehend oder
sogar vollständig
verhindert, daß Gußhaut bis
in den Formhohlraum gelangt. Erst sehr spät wird der Teil der Metallschmelze,
der mit Gußhaut
verunreinigt ist, in den Angußkanal
eingedrückt
und setzt sich dann allenfalls bis auf einen ganz geringen Teil
in dem Angußkanal
ab. Die Beeinträchtigung
des Gußstücks durch Gußhaut beschränkt sich
somit im wesentlichen auf den Teil des Gußstücks aus dem Angußkanal,
der ohnehin nach Entnahme aus der Druckgießform entfernt werden muß. Als Resultat
verbleibt ein Gußstück, das
weitgehend bis vollständig
frei von Einflüssen
durch die Gußhaut
und demgemäß von wesentlich
höherer
Qualität
ist.
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In
Ausbildung der Erfindung ist vorgesehen, daß der Abstand wenigstens 1/4,
wenn nicht sogar 1/3 der Höhe
der Füllkammer
ist. Durch einfache Versuche kann ermittelt werden, welches Niveau
eine besonders geringfügige
Verunreinigung des Gußstücks im Formhohlraum
bewirkt oder sogar eine Verunreinigung vollständig vermeidet.
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Die
Metallschmelze kann beispielsweise über wenigstens eine Ausnehmung
in der Seitenwandung der Füllkammer,
die vorzugsweise an die Stirnseite der Füllkammer anschließt, in den
Angußkanal
geleitet werden. Alternativ dazu kann vorgesehen sein, daß die Metallschmelze
erst in ein sich an die Stirnseite der Füllkammer axial anschließenden Abschnitt
des Angußkanals
einfließt,
von dem eine Fortsetzung des Angußkanals quer dazu abzweigt. Entsprechend wird
die Metallschmelze umgelenkt. Dabei kann vorgesehen sein, daß die Metallschmelze
oberhalb eines Niveaus, das mit Abstand unterhalb dessen Scheitelpunkt
liegt, daran gehindert wird, in die Fortsetzung einzufließen.
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Nach
der Erfindung ist ferner vorgesehen, daß die Metallschmelze beim Einströmen in den
Angußkanal
nach wenigstens einer Seite, bedarfsweise aber auch nach zwei Seiten
hin umgelenkt wird. Alternativ dazu oder in Kombination damit kann
die Metallschmelze auch nach unten in den Angußkanal umgelenkt werden, in
beiden Fällen
vorzugsweise rechtwinklig.
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Gemäß einem
weiteren Merkmal der Erfindung ist vorgeschlagen, daß die Metallschmelze
vor dem Befüllen
des Formhohlraums zunächst
gegen ein Absperrventil am Übergang
zwischen Füllkammer
und Angußkanal
gedrückt
wird und daß die
Metallschmelze nach Öffnen
des Absperrventils seitlich und/oder nach unten umgelenkt wird.
Solche Absperrventile sind an sich aus der
EP 1 165 274 B1 bekannt.
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Bei
einer solchen Ausführungsform
ist es zweckmäßig, 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 das Absperrventil durch den sich in der Füllkammer anschließend aufbauenden
Druck der Metallschmelze geöffnet
wird. Dabei sollte die Luft in der Füllkammer durch die Bewegung
der Metallschmelze in den Entlüftungskanal verdrängt werden.
Auf diese Weise gelangt ein erheblicher Teil der Gußhaut in
den Entlüftungskanal und
damit nicht in den Formhohlraum.
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Die
zweite Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Scheitelhöhe des Angußkanals
im Bereich des Übergangs
von der Füllkammer mit
Abstand unterhalb der dortigen Scheitelhöhe der Füllkammer liegt. Der Angußkanal schneidet
also erfindungsgemäß die Füllkammer
unterhalb deren Scheitelhöhe
an, so daß die
zwischen Scheitelhöhe des
Angußkanals
und Scheitelhöhe
der Füllkammer befindliche
Anteil der Metallschmelze nach Art eines Wehrs daran gehindert wird,
bis in den Formhohlraum zu strömen.
Der Abstand zwischen diesen beiden Scheitelhöhen sollte so bemessen sein,
daß beim
Befüllen
des Formhohlraums möglichst
wenig Gußhaut
in diesen gelangt, vielmehr die mit Gußhaut verunreinigte Metallschmelze
erst am Schluß des Gießvorgangs
in den Angußkanal
eingedrückt
und hauptsächlich,
wenn nicht vollständig
in diesem erstarrt.
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Wie
schon oben beschrieben, kann der Angußkanal über wenigstens eine Ausnehmung
in der Seitenwandung der Füllkammer,
die vorzugsweise an die Stirnseite der Füllseite anschließt, abzweigen. Es
kann sich aber auch an die Stirnseite der Füllkammer axial ein Abschnitt
des Angußkanals
anschließen,
von dem die Fortsetzung des Angußkanals eine Scheitelhöhe hat,
die mit Abstand unterhalb der Scheitelhöhe der Füllkammer an deren Stirnseite liegt.
Damit kann zwar die mit Gußhaut
verunreinigte Metall schmelze bis in den ersten Abschnitt einfließen, wird
jedoch dann an dem Einströmen
in die Fortsetzung des Angußkanals
gehindert.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren
kann zweckmäßigerweise
bei Druckgießformen
zur Anwendung kommen, bei denen im Angußkanal am Übergang von der Füllkammer
ein Absperrventil vorgesehen ist, das zur Befüllung des Formhohlraums mit
Metallschmelze aus einer Schließstellung
in eine Offenstellung bringbar ist, wobei das Absperrventil einen
Ventilkolben aufweist, der in Schließstellung abdichtend an der
Stirnseite der Füllkammer
anliegt, und wobei von dem Ventilkolben in Schließstellung eine
Fortsetzung des Angußkanals
mit einer Scheitelhöhe
abgeht, die mit Abstand unterhalb der Scheitelhöhe der Füllkammer liegt.
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Nach
einem weiteren Merkmal der Erfindung ist vorgeschlagen, daß ein Entlüftungskanal
vorgesehen ist, über
den die Füllkammer
vor Öffnung
des Absperrventils entlüftet
wird, wobei 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. Dabei
sollte der Entlüftungskanal
vom absperrventilseitigen Ende der Füllkammer ausgehen, und zwar
vorzugsweise von der Oberseite der Füllkammer, damit möglichst
viel Gußhaut
in den Entlüftungskanal
gedrückt
wird, wozu der Entlüftungskanal zweckmäßigerweise
nach oben gerichtet 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
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 (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 Kompri mierung
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,
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 Ventilkolbens 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 Rück stellkolben 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.