-
Technisches Gebiet
-
Diese
Erfindung betrifft eine Spritzgießeinheit in einer Kaltkammer-Druckgussmaschine.
Genauer betrifft diese Erfindung eine Spritzgießeinheit, die Leichtmetallwerkstoff
in Form eines Barrens, wie einem kurzen zylindrisuchen Stab, zum
Schmelzen in die zugehörige
Schmelzvorrichtung nachführt
und welche die Schmelze zum Dosieren einer Kolbenspritzvorrichtung
zuführt.
Darüber
hinaus betrifft diese Erfindung ein Dosierverfahren für die Kaltkammer-Druckgussmaschine.
-
Stand der
Technik
-
Eine
Spritzgussmaschine für
Leichtmetalllegierungen, wie Magnesium, Aluminium, Zink, wird im Allgemeinen
als Druckgussmaschine bezeichnet und ist unterteilt in Maschinen,
die das Warmkammer-Verfahren anwenden und Maschinen, die das Kaltkammer-Verfahren
anwenden. Die erstgenannte Warnkammer-Maschine, bei der eine Spritzgießvorrichtung
auf einem Ofen angeordnet ist, dosiert durch Ansaugen der Schmelze
aus dem Ofen einen Schuss der Schmelze in eine Befüllkammer
der Spritzgießvorrichtung
und spritzt diese mit einem Kolben in einen Formenhohlraum. Bei
dieser Maschinenart wird der Befüllkammer
kontinuierlich Schmelze mit einer hohen Temperatur zugeführt. Die
Kaltkammer-Maschine hingegen, bei der eine Befüllkammer außerhalb eines Ofens angeordnet
ist, dosiert die Schmelze, indem sie diese mit Hilfe einer Pumpe
oder einem Löffel
vom Ofen in die Befüllkammer überführt und mit
einem Kolben einspritzt. Durch die separate Anordnung von Befüllkammer
und Ofen ist diese Maschinenart leicht zu warten.
-
Da
jedoch bei der oben beschriebenen Formmaschine der Ofen im Vergleich
zu den Formstücken
ein sehr großes
Volumen aufweist und ein großes
Volumen an Schmelze auf der festgelegten hohen Temperatur gehalten
werden muss, fallen die Betriebskosten höher aus. Darüber hinaus
dauert es lange, die Ofentemperatur zu erhöhen oder zu senken Wartungsarbeiten
am Ofen können
einen ganzen Tag in Anspruch nehmen. Besonders, wenn es sich bei
dem Formstoff um eine Magnesiumlegierung handelt, ist es auf Grund
der hohen Oxidationsfähigkeit
und leichten Entzündbarkeit
von Magnesium erforderlich, von Zeit zu Zeit Schlacke, einschließlich Magnesiumoxid,
zu entfernen. Darüber
hinaus ist die Oberfläche
der Schmelze im Ofen zu groß,
um die Erzeugung von Schlacke auch bei Einführung einer großen Menge
von nicht brennbarem Flussmittel oder Inertgas in den Ofen zu vermeiden.
Außerdem verursacht
diese Schlacke den Verschleiß der
Befüllkammer
und des Kolbens.
-
Daher
wurde eine Spritzgießeinheit
zum Zuführen
von Formstoff direkt an eine Kolbenspritzvorrichtung ohne Einbeziehung
des Ofens vorgeschlagen. So ist zum Beispiel eine Spritzgießeinheit
mit einer Werkstoff-Zuführungsvorrichtung
bekannt, die in der Lage ist, Leichtmetallwerkstoff in Form eines
kurzen zylindrischen stabförmigen
Barrens oder einer Massel zuzuführen.
Diese Art von Spritzgießeinheit spritzt
im Allgemeinen halberstarrten Formstoff in die Form. Mit dieser
Spritzgießeinheit
wird das mit dem oben beschriebenen Ofen zusammenhängende Problem
gelöst
und außerdem
das Oxidieren einer Magnesiumlegierung vermindert.
-
Genauer
ist in einer dieser Spritzgießeinheiten
eine Heizkammer angeordnet, die eine Mehrzahl von Masseln zum Vorerwärmen enthält, eine
Befüllkammer
mit einem Kolben und eine Rutsche, welche die Massel von der Heizkammer
zur Befillkammer leitet, wobei die Masseln zuvor durch eine andere Formeinheit
auf die Größe geformt
wurden, die für
einen Schuss Spritzmenge erforderlich ist. (Beispiel siehe Patentschrift
1, deren Nummer weiter unten angegeben ist) Diese Spritzgießeinheit überführt die
in der Heizkammer erwärmten
und erweichten Masseln in die Befüllkammer und spritzt daraufhin
den Werkstoff, der sich in einem halbgeschmolzenen Zustand befindet,
unter Druckaufbringung des Kolbens in die Form.
-
Bei
einer anderen Art dieser Spritzgießeinheit sind am vorderen Ende
einer Heizkammer ein Formloch (würfelförmig) und
eine Schneidplatte angeordnet, welche den Barren formen und abschneiden,
damit dieser in die Befüllkammer
passt, wobei der Barren der oben beschriebenen Massel entspricht.
(Siehe Patentschrift 2) Bei dieser Einheit wird der Außendurchmesser
des Barrens so geformt, dass er zum Innendurchmesser der Befüllkammer passt,
und von der Gesamtlänge
des Barrens wird ein Stück
abgeschnitten, das einen Schuss Spritzmenge ergibt. Die in der Patentschrift
1 dargestellten schwierigen Probleme, wie die Zunahme der verschiedenen
Masselarten und die damit zusammenhängenden Einstellungen für das Vorerwärmen, werden
somit gelöst,
wodurch die vorherige Vorbereitung vieler verschiedener Masselarten
für jedes
Formstück
nicht mehr erforderlich ist.
-
Andererseits
wird eine sich von der oben beschriebenen Einheit unterscheidende
Spritzgießeinheit
vorgeschlagen (Siehe Patentschrift 3) Diese Spritzgießeinheit
weist auf der Formseite (vordere Seite nahe einer Form) einen Hochtemperatur-Zylinderabschnitt
auf, an der hinteren Seite (Basisseite) einen Niedrigtemperatur-Zylinderabschnitt
und zwischen diesen beiden einen wärmedämmenden Zylinderabschnitt.
Bei dieser Spritzgießeinheit
wird der zuvor zu einem zylindrischen Stab geformte Formstoff in
den oben beschriebenen Füllzylinder
eingebracht, woraufhin er im Hochtemperatur-Zylinderabschnitt schmilzt
und seine Schmelze schließlich durch
den noch nicht geschmolzenen Formstoff eingespritzt wird. Da der
Formstoff nicht mit einem Kolben, sondern mit dem noch nicht geschmolzenen Formstoff
selbst eingespritzt wird, wird dieser Formstoff in dieser Patentschrift
als selbstverbrauchender Kolben bezeichnet. Diese Art von Spritzgießeinheit erfordert
keinen Ofen, wodurch der Aufbau der Schmelzvorrichtungsumgebung
einfach ist und außerdem
ein effizientes Schmelzen ermöglicht
wird. Darüber
hinaus benötigt
diese Spritzgießeinheit
keinen Kolben, wodurch der Verschleiß des Füllzylinders verringert und
eine kurze Dauer der Wartungsarbeiten erreicht wird.
-
Anschließend hat
der oben genannte Anmelder eine ähnliche
Spritzgießeinheit
vorgeschlagen (siehe Patentschrift 4), jedoch offenbart diese Patentschrift hauptsächlich eine
Spritzgießeinheit
zur Vermeidung eines fressenden Verschleißes von Glas.
-
Die
oben zitierten Patentschriften sind:
- Patentschrift 1 – Japanisches
Patent Nr. 2639552 ,
- Patentschrift 2 – Japanisches
Patent offen gelegt Nr. 2001–191168 ,
- Patentschrift 3 – Japanisches
Patent offen gelegt Nr. Hei. 05–212531 ,
und
- Patentschrift 4 – Japanisches
Patent offen gelegt Nr. Hei. 05–254858 .
-
Die
oben beschriebene Spritzgießeinheit
für Maschinen,
die das Warmkammer-Verfahren und auch Maschinen, die das Kaltkammer-Verfahren
anwenden, enthalten jedoch im Hinblick auf den oben beschriebenen
Ofen einige Probleme. Die in den Patentschriften 1 und 2 beschriebenen
Spritzgießeinheiten,
die nicht den oben beschriebenen Ofen enthalten, besitzen außerdem die
Einschränkung,
dass sie nicht für
das Formen besonders dünnwandiger Artikel
und/oder Artikel mit einer sehr genauen Geometrie geeignet sind,
da es sich dabei nicht um Einheiten handelt, bei denen vollständig geschmolzenes Metall
eingespritzt wird. Wenn bei dieser Art von Spritzgießeinheit
versucht wird, trotz dieser Einschränkung vollständig geschmolzenen
Formstoff einzuspritzen, ist eine längere Wartezeit für das Umwandeln
des Werkstoffs in eine vollständig
geschmolzene Masse erforderlich.
-
Eine
weitere Patentschrift 3, bei der ein selbstverbrauchender Kolben
verwendet wird, offenbart weder die Länge des Formstoffes noch dessen Zuführungsverfahren.
Ebenso wenig offenbart die Patentschrift 3 die Lösung für das folgende Phänomen, obwohl
dieses häufig
auftritt. Dieses Phänomen besteht
in einer Erschwerung der Kolbenbewegung, wodurch das Einspritzen
während
des Spritzvorgangs oftmals unmöglich
wird, da die Schmelze, die eine geringe Viskosität und einen hohen Druck besitzt,
durch den Zwischenraum zwischen der Befüllkammer und dem selbstverbrauchenden
Kolben zurückfließt, anschließend erstarrt
und den Reibungswiderstand erhöht.
Das ist darauf zurückzuführen, dass
die Spritzgießeinheit
sowohl als Spritzgießeinheit
als auch als eine Schmelzvorrichtung wirkt, was zu einem hohen Druck
der Schmelz führt.
Falls ein selbstverbrauchender Kolben horizontal in der Befüllkammer
eingebaut ist, tritt das oben beschriebene Phänomen noch deutlicher hervor,
da der Zwischenraum zwischen dem Kolben und der Befüllkammer
im oberen Bereich größer wird.
Das ist darauf zurückzuführen, dass
der Außendurchmesser
des selbstverbrauchenden Kolbens in Berücksichtigung einer Wärmeausdehnung
bedeutend kleiner ausgeführt
ist als der Innendruckmesser der Befüllkammer. Darüber hinaus
verstärkt
sich das oben beschriebene Phänomen
auch, wenn die erstarrte Masse der Schmelze während des Spritzgussvorgangs
häufig zerstört und neu
geformt wird und sich dadurch ausdehnt und härter wird. Das oben genannte
Phänomen
tritt auch insbesondere bei Formen für besonders dünnwandige
Stücke
und/oder Stücke
mit einer komplexen Geometrie auf, da das Spritzen in diesem Fall
mit einer hohen Geschwindigkeit und einem hohen Druck ausgeführt wird.
-
Die
oben beschriebene ähnliche
Patentschrift 4 löst
das Phänomen
des Leichtmetallformens auch nicht, da es die Vermeidung des fressenden Verschleißes beim
Formen von Glas offenbart. Das heißt, das oben beschriebene Verfahren
zur Vermeidung des fressenden Verschleißes ist eine Kühltechnik
zur Förderung
des Kühlens
von Formstoff mit der Mehrzahl von Einkerbungen oder Spiralnuten
an der Zylinderwand. In diesem Fall des Glasformens soll die oben
beschriebene Betriebswirkung an den oberen Einkerbungen und so weiter
tatsächlich
effektiv sein, da geschmolzenes Glas auf Grund der hohen Viskosität seiner
erweichten Masse bei der vergleichsweise großen Temperaturspanne von Glas nicht
schnell über
die beschriebenen Einkerbungen hinaus steigt. Beim Leichtmetallformen
hingegen schmilzt und erstarrt das Leichtmetall schnell auf Grund
der geringen spezifischen Wärme,
der geringen latenten Wärme
und des hohen Wärmeleitkoeffizienten
von Leichtmetall Außerdem
ist der Temperaturbereich, in dem sich Leichtmetall in einem erweichten
Zustand befindet, geringer als bei Glas, und die Metallschmelze
besitzt eine sehr gerinuge Viskosität. Daher wird die Schmelze
schnell in die oben beschriebenen Einkerbungen gespritzt und erstarrt schnell,
und somit wirken die Einkerbungen nicht als Kühl- oder Absorptionseinkerbungen
für Verformungen.
-
Dementsprechend
sind die Spritzgießeinheiten
der oben beschriebenen Patentschriften 3 und 4 immer noch unvollständig für das kontinuierliche
Einspritzen von geschmolzenem Leichtmetall.
-
Daher
ist es Aufgabe dieser Erfindung, eine Spritzgießeinheit bereitzustellen, welche
den herkömmlichen
Ofen unnötig
macht und es ermöglicht, einen
Leichtmetallwerkstoff in Form des Barrens nachzufüllen und
den Werkstoff in vollständig
geschmolzenem Zustand einer Spritzvorrichtung zuzuführen, wobei
die Spritzgießeinheit
einen Leichtmetallwerkstoff effizient zuführen und schmelzen kann und
einen Schuss der Spritzmenge der Schmelze genau dosieren kann.
-
Offenbarung der Erfindung
-
Gemäß der vorliegenden
Erfindung umfasst eine Spritzgießeinheit in einer Kaltkammer-Druckgussmaschine,
welche die Schmelze eines Leichtmetallwerkstoffs dem Werkstoff-Zuführungsmundstück einer
Befällkammer
zuführt
und eine Kolbenspritzvorrichtung aufweist, welche die Schmelze mittels
eines Kolbens einspritzt:
- (a) eine Schmelzvorrichtung,
die den Leichtmetallwerkstoff schmilzt, und ein Schmelze-Zuführungselement,
das Schmelze aus der Schmelzvorrichtung in die Kolbenspritzvorrichtung
gießt;
- (b) wobei die Schmelzvorrichtung des Weiteren aufweist: eine
Barren-Zuführungsvorrichtung,
die das zu formende Metall durch Zuführung des Leichtmetallwerkstoffs
in Form eines kurzen zylinderstabförmigen Barrens nachführt,
eine
hinter der Barren-Zufihrungsvorrichtung angeordnete Barren-Einführungsvorrichtung,
aufweisend eine Schubvorrichtung zur Vorwärtsbewegung des nachgeführten Barrens
oder zur Rückbewegung über die
Länge,
welche über
die Gesamtlänge
des Barrens hinausgeht, und einen vor der Barren-Zuführungsvorrichtung
angeordneten Schmelzzylinder zur Aufnahme der durch die Schubvorrichtung
vorwärts
bewegten Mehrzahl von Bar ren und zum Schmelzen vom vorderen Ende
der Barren an, so dass mehrere Schüsse von Schmelze gebildet werden;
- (c) wobei das Schmelze-Zuführungselement
weiterhin ein Werkstoff-Zuführungsloch
aufweist zum Gießen
der Schmelze vom vorderen Ende einer Zylinderbohrung des Schmelzzylinders
in das Werkstoff-Zuführungsmundstück der Befüllkammer;
und
- (d) wobei die Schmelzvorrichtung die Schmelze dosiert durch
Schieben des Barrens mittels der Schubvorrichtung und durch Zuführung eines Schusses
der Schmelze in die Befüllkammer, nachdem
die Kolbenspritzvorrichtung den Kolben zur Rückbewegung veranlasst hat;
-
Durch
diese Art des Aufbaus füllt
die Schmelzvorrichtung der Spritzgießeinheit dieser Erfindung Leichtmetallwerkstoff
in Form von kurzen zylinderstabförmigen
Barren nach und schmilzt nur die Menge, die mindestens für die Zuführung von Schmelze
in die Befüllkammer
erforderlich ist. Daher kann das Erhitzen und Erstarren im Schmelzzylinder über einen
kurzen Zeitraum erfolgen, und es ist möglich, Wartungsarbeiten an
der Spritzgießeinheit schnell
auszuführen.
Darüber
hinaus verringert sich die Wärmeenergie
für das
Schmelzen des Werkstoffs in der Schmelzvorrichtung und das Erhitzen
wird somit effizienter. Außerdem
ist das Volumen der Schmelzvorrichtung erheblich geringer als bei
dem herkömmlichen
Ofen. Zusätzlich
wird die Handhabung vereinfacht, da der Leichtmetallwerkstoff in Form
des Barrens zugeführt
wird. Insbesondere, wenn es sich bei dem Barren um einen Magnesiumwerkstoff
handelt, besteht ein weiterer Vorteil darin, dass der Barren nicht
so leicht oxidiert.
-
Vorzugsweise
besteht der Schmelzzylinder der Spritzgießeinheit in einer Kaltkammer-Druckgussmaschine
aus einem derartigen ersten Schmelzzylinder, so dass der überwiegende
Teil einer Zylinderbohrung mit Ausnahme der Basisseite des ersten Schmelzzylinders
so ausgebildet ist, dass er einen Innendurchmesser aufweist, der
den überwiegenden Teil
der Zylinderbohrung in Kontakt mit einer vergrößerten Seitenfläche des
noch nicht geschmolzenen vorderen Endes des Bar rens hält, in einem
Winkel, der den Rückfluss
der Schmelze verhindert, und eine Zylinderbohrung der Basisseite
des ersten Schmelzzylinders so ausgebildet ist, dass ihr Durchmesser
etwas größer ist
als der Außendurchmesser
des Barrens.
-
Bei
diesem Aufbau der Spritzgießeinheit
dieser Erfindung besteht der Schmelzzylinder aus einem derartigen
ersten Schmelzzylinder, so dass der überwiegende Teil der Zylinderbohrung
mit Ausnahme der Basisseite so ausgebildet ist, dass er einen Innendurchmesser
aufweist, der den überwiegenden Teil
der Zylinderbohrung in Kontakt mit einer vergrößerten Seitenfläche des
noch nicht geschmolzenen vorderen Endes des Barrens hält, in einem
Winkel, der den Rückfluss
der Schmelze zum Zeitpunkt des Dosierens verhindert, und eine Zylinderbohrung
der Grundfläche
so ausgebildet ist, dass ihr Durchmesser etwas größer ist
als der Außendurchmesser
des Barrens. Die vergrößerte Seitenfläche verhindert
daher als Dichtungselement mit vergrößertem Durchmesser den Rückfluss
der Schmelze und das Eindringen von Luft und dergleichen in die
Schmelze und wirkt so als Dichtung mit geringem Reibungswiderstand
Darüber
hinaus verschleißen
der erste Schmelzzylinder und der Kolben nicht stark, da sie nicht
in Kontakt miteinander kommen, und die Wartung der Schmelzvorrichtung
wird erleichtert. Diese Art von Schmelzzylinder ist so einfach,
dass sie bei Einsatz in einer kleinen Spritzgussmaschine wirksam ist.
-
Vorzugsweise
weist die Schmelzvorrichtung der Spritzgießeinheit in einer Kaltkammer-Druckgussmaschine
auf
- (a) ein Kühlelement, das den Barren kühlt, einen zweiten
Schmelzzylinder, der vor dem Kühlelement
befestigt ist, und eine Kühlhülse, die
zwischen dem zweiten Schmelzzylinder und dem Kühlelement angeordnet ist;
- (b) wobei das Kühlelement
ein Durchgangsloch aufweist, mit einem Durchmesser, der etwas größer ist
als der Außendurchmesser
des Barrens, und einen um das Durchgangsloch herumführenden
Kühlkanal;
- (c) wobei der überwiegende
Teil der Zylinderbohrung des zweiten Schmelzzylinders so ausgebildet
ist, dass er einen Innendurchmesser aufweist, der verhindert, dass
der überwiegende
Teil der Zylinderbohrung in Kontakt mit dem vorderen Ende des Barrens
kommt; und
- (d) wobei die Kühlhülse eine
kreisförmige
Einkerbung aufweist, die durch Kühlen
der Schmelze einen kreisrunden erstarrten Werkstoff der Schmelze
an der Peripherie des Barrens erzeugt.
-
Bei
diesem Aufbau enthält
die Schmelzvorrichtung der Spritzgießeinheit dieser Erfindung eine derartige
Kühlhülse zwischen
dem zweiten Schmelzzylinder und einem Kühlelement, so dass das Kühlelement
das Loch des Innendurchmessers aufweist, welches etwas größer ist
als der Außendurchmesser des
oben beschriebenen Barrens, und der überwiegende Teil der Zylinderbohrung
des zweiten Schmelzzylinders so ausgebildet ist, dass er einen Innendurchmesser
aufweist, der verhindert, dass der überwiegende Teil der Zylinderbohrung
in Kontakt mit dem vorderen Ende des Barrens kommt, und dass die
Kühlhülse eine
kreisförmige
Einkerbung aufweist, die durch Kühlen
der Schmelze aus dieser eine kreisrunde erhärtete Masse erzeugt. Der kreisrunde
erhärtete
Werkstoff verhindert daher als kreisrunde Dichtung aus erhärtetem Werkstoff
den Rückfluss der
Schmelze und das Eindringen von Luft und dergleichen in die Schmelze
und wirkt auch als Dichtung mit geringem Reibungswiderstand Diese
Art von Schmelzzylinder wird wirksam eingesetzt bei einer großen Spritzgussmaschine
sowie auch bei einer kleinen Spritzgussmaschine.
-
Vorzugsweise
führt das
Werkstoff-Zuführungsloch
des Schmelze-Zuführungselementes
der Spritzgießeinheit
in einer Kaltkammer-Druckgussmaschine zu der Zylinderbohrung des
Schmelzzylinders über
eine Verbindungsdurchführung,
die sich im oberen Bereich der Zylinderbohrung des Schmelzzylinders öffnet, und
ist der Schmelzzylinder geneigt so angeordnet, dass der vordere
Abschnitt höher
gelegen ist.
-
Bei
diesem Aufbau der Spritzgießeinheit
dieser Erfindung führt
das Werkstoff-Zuführungsloch des
Formstoff-Zuführungselements
durch eine Verbindungsdurchführung,
die sich im oberen Bereich der Zylinderbohrung des Schmelzzylinders öffnet, und
der Schmelzzylinder ist geneigt so angeordnet, dass seine vordere
Seite höher
gelegen ist. Daher werden die Luft und das Gas, die zunächst im Schmelzzylinder
verbleiben unverzüglich
ausgeblasen, und das Phänomen,
dass die Schmelze aus dem Schmelzzylinder zu unerwarteten Zeitpunkten außerhalb
des Dosiervorgangs in die Befüllkammer überfließt, wird
vermieden, wodurch die Genauigkeit des Dosierens sichergestellt
wird.
-
Vorzugsweise
ist eine derartige Öffnungs- und
Schließvorrichtung
der Spritzgießeinheit
in einer Kaltkammer-Druckgussmaschine zwischen der Schmelzvorrichtung
und der Kolbeneinspritzvorrichtung angeordnet, die eine Ventilstange
zum Öffnen und
Schließen
des unteren Endes des Werkstoff-Zuführungslochs durch Auf- und
Abwärtsbewegung
im Werkstoff-Zuführungsloch
und eine Ventilstangenantriebsvorrichtung zum Öffnen der Ventilstange nur zum
Zeitpunkt des Dosierens enthält.
-
Bei
dieser Art von Aufbau wird das tropfenweise Einfließen der
Schmelze in das Werkstoff-Zuführungsloch
zu unerwarteten Zeitpunkten außerhalb des
Dosiervorgangs verhindert, da die Ventilstange das untere Ende des
Werkstoff-Zuführungslochs
nur zum Zeitpunkt des Dosierens öffnet,
wodurch die Genauigkeit des Dosierens sichergestellt wird.
-
Das
in der Spritzgießeinheit
einer Kaltkammer-Druckgussmaschine angewendete Dosierverfahren,
bei dem die Öffnungs-
und Schließvorrichtung
das Werkstoff-Zuführungsloch öffnet und schließt, besteht
darin, dass die Schmelze so dosiert wird, dass sie stets im Werkstoff-Zuführungsloch
gelagert wird, wobei das Öffnen
und Schließen
des Werkstoff-Zuführungslochs
und das Extrudieren der Schubvorrichtung nahezu simultan erfolgen.
-
Da
das Öffnen
und Schließen
des Werkstoff-Zuführungslochs
mittels der Öffnungs-
und Schließvorrichtung
und das Einspritzen der Schmelze durch die Schubvorrichtung simultan
erfolgen, wird bei diesem Dosierverfahren das Erstarren der Schmelze
im Werkstoff-Zuführungsloch
verhindert und darüber
hinaus ein Haften der Schmelze am Werkstoff-Zuführungsloch oder der Ventilstange
vermieden, wodurch eine genaue Steuerung der Dosierung sichergestellt
wird.
-
KURZE BESCHREIBUNG DER
ZEICHNUNGEN
-
1 ist
ein im Querschnitt dargestellter Aufriss, der die Gestaltung einer
Spritzgießeinheit
in einer Kaltkammer-Druckgussmaschine dieser Erfindung zeigt. 2 ist
ein Querschnitt, der einen ersten Schmelzzylinder für die erste
Ausführungsform dieser
Erfindung zeigt. 3 ist ein Querschnitt, der einen
zweiten Schmelzzylinder für
die zweite Ausführungsform
dieser Erfindung zeigt. 4 ist ein vergrößerter Querschnitt
des Basisabschnitts des in 3 dargestellten
zweiten Schmelzzylinders. 5 ist ein
vergrößerter Querschnitt,
der den Aufbau einer in einem Schmelze-Zuführungselement dieser Erfindung
angeordneten Öffnungs-
und Schließvorrichtung
zeigt. 6 ist ein Querschnitt entlang der Linie X-X von 1,
der eine Barren-Zuführungsvorrichtung
einer Spritzgießeinheit
in einer Kaltkammer-Druckgussmaschine dieser Erfindung zeigt.
-
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGS-FORMEN
-
Mit
Hilfe veranschaulichender Ausführungsformen
wird nachfolgend eine Spritzgießeinheit
in einer Kaltkammer-Druckgussmaschine dieser Erfindung beschrieben.
-
Zunächst wird
der der Spritzgießeinheit
zuzuführende
Leichtmetallwerkstoff beschrieben. Der Leichtmetallwerkstoff weist
die Form eines kurzen Stabes auf, welcher zuvor in festgelegter
Länge von einem
zylindrischen Stab abgeschnitten wird. Dieser Leichtmetallwerkstoff
wird nachfolgend Barren genannt. Bezugszeichen 2 bezeichnet
den Barren, und dessen Peripheriefläche und die Oberfläche des
abgeschnittenen Endes sind glatt. Der Außendurchmesser dieses Barrens
ist so ge formt, dass er 0,2 mm bis 0,5 mm kleiner ist als der Innendurchmesser einer
Seite am Basisende (in der Zeichnung rechts) einer Zylinderbohrung 11a des
Schmelzzylinders 11, wenn dieser Barren sich nach Erwärmen ausgedehnt hat,
wie später
beschrieben. Die Länge
dieses Barrens 2 ist so ausgebildet, dass sie einem Volumen zwischen
zehn Schüssen
und einigen wenigen Schüssen
der Spritzmenge entspricht und zum Beispiel so, dass etwa 300 mm
bis 400 mm für
dessen Handhabung verbleiben. Da der Leichtmetallwerkstoff in Form
dieses Barrens zugeführt
wird, werden Lagerung und Handhabung der Werkstoffe erleichtert.
Insbesondere dann, wenn die Barren 2 aus Magnesium bestehen,
besitzen die Barren den Vorteil, dass sie nicht so leicht oxidieren
wie bei palettisiertem Metall, das üblicherweise beim thixotropen
Formen verwendet wird, da die Oberfläche im Verhältnis zum Volumen gering ist.
Der oben beschriebene eine Schuss der Spritzmenge ist die Summe
des Volumens der Schmelze für
einen Schuss, wozu auch das Volumen von Formstücken und das Begleitvolumen, wie
zum Beispiel von einer Spule, einem Angussverteiler, und das Volumen
der thermischen Schwindung gehören.
-
Nachfolgend
wird die Gestaltung der Ausführungsformen
der Spritzgießeinheit
in einer Kaltkammer-Druckgussmaschine dieser Erfindung beschrieben.
Wie in 1 dargestellt, weist diese Spritzgießeinheit 1 eine
Schmelzvorrichtung 10 auf, eine Kolbenspritzvorrichtung 20 und
ein Schmelze-Zuführungselement 15,
welches Schmelze aus der Schmelzvorrichtung 10 in die Kolbenspritzvorrichtung 20 gießt.
-
Die
Schmelzvorrichtung 10 unterscheidet sich von der herkömmlichen
Spritzgießeinheit
einer Kaltkammer-Druckgussmaschine darin, dass der Leichtmetallwerkstoff
in Form von Barren nachgeführt
wird, wie oben beschrieben. Diese Schmelzvorrichtung 10 umfasst
den Schmelzzylinder 11, eine Barren-Zuführungsvorrichtung 40 und
eine Barren-Einführungsvorrichtung 50.
Der Schmelzzylinder 11 und die Barren-Einführungsvorrichtung 50 sind
an einem zentralen Rahmenelement 90 befestigt. Das zentrale
Rahmenelement 90 ist ein Element zum Anbringen der Barren-Zuführungsvorrichtung 40 und besteht
aus vier rechteckigen Seitenplatten 90a und einer einzelnen
Bodenplatte. In einer von zwei einander ge genüber liegenden Platten 90a ist
ein Durchgangsloch 90b ausgebildet, dessen Durchmesser
etwas größer ist
als der Außendurchmesser
eines Barrens 2. In der anderen der einander gegenüber liegenden
Platten 90a ist ein Durchgangsloch 90c ausgebildet,
in dem sich eine Schubvorrichtung 52a vor und zurück bewegt,
wie später
beschrieben. Der Schmelzzylinder 11 ist ein langer Zylinder,
der so geformt ist, dass er mit seiner Länge eine Mehrzahl von Barren 2 aufnehmen
kann. Der überwiegende
Teil der Zylinderbohrung 11a, mit Ausnahme der Umgebung
des Basisendes, ist so ausgebildet, dass ihr Durchmesser größer ist
als der eines Barrens 2, wie später beschrieben. Das vordere
Ende dieser Zylinderbohrung 11a ist durch ein Verschlussstück 13 blockiert,
die Zylinderbohrung 11a führt jedoch zu einem Werkstoff-Zuführungsloch 15a im
Schmelze-Zuführungselement 15,
wie später
beschrieben. Bei diesem Aufbau der Schmelzvorrichtung 10 werden
die Barren 2 einzeln am hinteren Ende des Schmelzzylinders 11 durch
die Barren-Zuführungsvorrichtung 40 nachgeführt und
mit dem Kolben 52a der Barren-Einführungsvorrichtung 50 in
den Schmelzzylinder 11 eingeführt, so dass ein Schmelzen
vom vorderen Ende an erfolgt. Die Menge der Schmelze 3 wird gesteuert,
um mehrere Schüsse
Spritzmenge zu sichern, wie später
beschrieben. Weitere Einzelheiten zum Schmelzzylinder 11,
dem Schmelze-Zuführungselement 15,
der Barren-Zuführungsvorrichtung 40 und
der Barren-Einführungsvorrichtung 50 werden
später
beschrieben.
-
Die
Kolbenspritzvorrichtung 20 ist im Wesentlichen die gleiche
wie bei der herkömmlichen Spritzgießeinheit
in der Kaltkammer-Druckgussmaschine und weist eine Befüllkammer 21,
einen Kolben 22 und eine Kolbenantriebsvorrichtung 60 auf.
Die Befüllkammer 21 und
die Kolbenantriebsvorrichtung 60 sind hintereinander in
einer Reihe angeordnet, verbunden durch ein Verbindungsglied 64.
Die Befüllkammer 21 weist
eine Kammerbohrung 21a auf, zur vorübergehenden Lagerung der Schmelze 3,
und ein Werkstoff-Zuführungsmundstück 21h im
oberen Bereich, durch das die Schmelze 3 gegossen wird.
Das vordere Ende (in der Zeichnung links) der Befüllkammer 21 führt durch
eine unbewegliche Platte 31 und eine Formhälfte 32.
Der Kolben 22 ist an seiner Basis mit einer Kolbenstange 62 der
Kolbenantriebsvorrichtung 60 verbunden und unterliegt einer
gesteuerten Bewegung in Längsrichtung
in der Befüllkammer 21.
Diese Kolbenspritzvorrichtung 20 befestigt die Schmelzvorrichtung 10 mit
Hilfe des zentralen Rahmenelements 90. Das zentrale Rahmenelement 90 ist
auf einem auf der Kolbenantriebsvorrichtung 60 angeordneten
Basis-Verbindungselement 92 befestigt. Die Kolbenantriebsvorrichtung 60 ist
auf einer schiebbaren Basis 91 eines Maschinengrundrahmens
angeordnet. (Nicht in der Zeichnung abgebildet) Die Kolbenspritzvorrichtung 20 füllt mit
dem Kolben 22 Schmelze 3 in einen Hohlraum 34.
Weitere Einzelheiten zu der Befüllkammer 21,
dem Kolben 22, dem Verbindungsglied 64 und der
Kolbenantriebsvorrichtung 60 sind später beschrieben. Die Formhälften 32 und 33 setzen
sich zu einer herkömmlichen
Formeinheit zusammen, die Formhälfte 32 ist
an der unbeweglichen Platte 31 einer Einspannvorrichtung 30 befestigt,
so dass bei Schließen der
Formhälfte 33 der
Hohlraum 34 gebildet wird.
-
Das
Werkstoff-Zuführungsloch 15a im Schmelze
Zuführungselement 15 ist
nahe dem vorderen Ende des Schmelzzylinders 11 befestigt
und führt über eine
Verbindungsdurchführung 13a und 13b im
Endverschlussstück 13 zur
Zylinderbohrung 11a. Der untere Abschnitt des Schmelze-Zuführungselements 15 und
das Werkstoff-Zuführungsmundstück 21h sind
mit einer Abdeckung 16 verschlossen. Ein Gussloch 17,
durch das Inertgas eingeleitet wird, führt zur Verbindungsdurchführung 13a,
zum Werkstoff-Zuführungsloch 15a oder
zur Abdeckung 16. In 1 zum Beispiel
ist dieses Gussloch 17 im Endverschlussstück 13 ausgebildet,
wogegen es in 5 in der Abdeckung 16 ausgebildet
ist, wie später
beschrieben. Durch dieses Gussloch 17 eingeleitetes Inertgas
bläst Luft
aus dem Werkstoff-Zuführungsloch 15a und
der Befüllkammer 21 aus.
Insbesondere wird durch dieses Hinausleiten das Oxidieren eines
leicht oxidierenden Formstoffes, wie zum Beispiel einer Magnesiumlegierung,
verhindert.
-
Diese
Art des Schmelzzylinders 11 der Spritzgießeinheit 1 ist
zum Beispiel mit Heizvorrichtungen 12a, 12b, 12c und 12d,
beispielsweise Heizbänder,
umwi ckelt, um den Barren 2 von dessen vorderem Ende an
zu schmelzen. Darüber
hinaus sind ein Heizband 18 und ein Heizband 23 um
das Schmelze-Zuführungselement 15 und
die Befüllkammer 21 gewickelt,
um den geschmolzenen Zustand der Schmelze 3 aufrechtzuerhalten.
Auf der Grundlage der Temperatur, die von nicht in der Zeichnung
abgebildeten Sensoren gemeldet wird, regeln diese Heizbänder ihre
Umgebung auf eine bestimmte eingestellte Temperatur. Falls ein Barren
2 zum Beispiel aus einer Magnesiumlegierung besteht, ist die Temperatur
der Heizbänder 23 und 18 auf
etwa 600°C
bis 650°C
eingestellt. Die Temperatureinstellung der Heizbänder 12a, 12b, 12c und 12d ist
an späterer Stelle
beschrieben. Der Schmelzzylinder 11 kann aus Keramik und
dergleichen bestehen, die Heizbänder können also
eine Wirbelstrom-Heizschlange sein.
-
Es
folgt eine detaillierte Beschreibung der Ausführungsform der Schmelzvorrichtung 10,
die charakteristische Merkmale dieser Erfindung am ausführlichsten
offenbart. Zuerst werden zwei Ausführungsformen des Schmelzzylinders 11 beschrieben. 2 ist
eine im Schnitt dargestellte Seitenansicht, welche die erste Ausführungsform
zeigt. 3 ist eine im Schnitt dargestellte Seitenansicht,
welche die zweite Ausführungsform
zeigt. 4 ist ein vergrößerter Querschnitt des Basisabschnitts
von 3.
-
Bezugszeichen 111 in 2 bezeichnet
den ersten Schmelzzylinder der ersten Ausführungsform. Der überwiegende
Teil einer Zylinderbohrung 111a dieses Zylinders 111,
mit Ausnahme der Umgebung des Basisendes, ist so geformt, dass der
Durchmesser einige mm größer ist
als der des Barrens 2, und das Basisende dieser Zylinderbohrung 111a weist
einen etwas größen Durchmesser
auf als der Barren 2. Dazwischen ist ein abgestufter Abschnitt 111d ausgebildet.
Falls dieser Schmelzzylinder für
das Schmelzen einer Magnesiumlegierung bestimmt ist, wird der Zwischenraum
einer Zylinderbohrung mit einem größeren Durchmesser 111b als
der Barren 2 gebildet, um etwa 1 mm bis 2 mm zu sichern.
Außerdem
wird der Zwischenraum zwischen einer Seite am Basisende der Zylinderbohrung 111c und
dem Barren 2, der sich durch Wärmeeinwirkung etwas ausgedehnt
hat, gebildet, um etwa 0,2 mm bis 0,5 mm zu sichern. Die Position
des abgestuften Abschnitts 111d wird zuvor an einer geeigneten
Stelle ausgebildet, in Übereinstimmung
mit einigen Bedingungen, wie dem Innendurchmesser des Schmelzzylinders 111,
dem Volumen der Schmelze 3, der Temperatureinstellung des
Heizbandes 12c, 12d oder dem Zwischenraum zwischen
der Zylinderbohrung mit dem größeren Durchmesser 111b und
dem Barren 2. Der Innendurchmesser einer Zylinderbohrung 111c der Seite
am Basisende stellt einen Zylinderdurchmesser dar, der eine der
festgelegten Richtzahlen der Spritzgießmaschine aufweist.
-
Bezugszeichen 211 in 3 bezeichnet
einen zweiten Schmelzzylinder der zweiten Ausführungsform. Dieser Schmelzzylinder 211 ist
zusammen mit einer später
beschriebenen Kühlhülse 212 an
seinem Basisende mit der Seitenplatte 90a eines zentralen
Rahmenelements 90 mittels Bolzen 213 verbunden.
In dieser Ausführungsform
ist an der Peripherie des Durchgangslochs 90b der Seitenplatte 90a ein
Kühlkanal 90d zur
Zirkulation von Kühlflüssigkeit
gebildet. Daher wirkt die Seitenplatte 90a als Kühlelement
und wird deshalb in der nachfolgenden Beschreibung auch als Kühlelement 214 bezeichnet. Selbstverständlich kann
dieses Kühlelement 214 als der
sich von der Seitenplatte 90a unterscheidende Teil ausgelegt
und überall
angeordnet sein, solange es sich zwischen Schmelzzylinder 211 und
der Seitenplatte 90a befindet. Falls der Barren 2 aus
einer Magnesiumlegierung besteht, wird der Zwischenraum zwischen
dem Durchgangsloch 90b und dem Barren 2 so ausgebildet,
dass etwa 0,2 mm bis 0,5 mm gesichert sind, nachdem sich der Barren 2 durch Wärmeeinwirkung
etwas ausgedehnt hat. Auf Grund dieses Zwischenraums im Durchgangsloch 90b und dieser
Kühlung
durch die Seitenplatte 90a werden die Barren 2 eingeführt, ohne
in das Durchgangsloch 90b zu gelangen, und in einem derartigen
nicht erweichten Zustand gehalten, dass der Barren 2 sich unter
dem Druck der zum Zeitpunkt des Dosierens leicht ansteigenden Schmelze 3 nicht
verformt.
-
Der
Innendurchmesser der Zylinderbohrung 211a des oben beschriebenen
zweiten Schmelzzylinders 211 ist einige mm größer ausgebildet
als der Barren 2.
-
Falls
die Schmelze zum Beispiel aus einer Magnesiumlegierung besteht,
ist der Zwischenraum im Hinblick auf den Barren 2 etwa
1 mm bis 3 mm größer ausgebildet.
Die Betriebswirkung dieses Zwischenraums ist später beschrieben. Der Schmelzzylinder 211 weist
an der Außenseite
des Basisendes auch einen ringförmigen
Vorsprung 211e in der Form der Hülse auf, wie in 4 dargestellt,
und bildet zusammen mit der Kühlhülse 212 und
dem Kühlelement 214 einen
Raum 215. Dieser ringförmige
Vorsprung 211e weist eine Mehrzahl von Löchern oder Ausschnitten 211f auf,
aus denen in diesem Raum 215 eingeschlossene Wärme verteilt
wird. Daher wirkt dieser Raum 215 als wärmedämmender Raum zwischen dem Kühlelement 214 und
dem Schmelzzylinder 211 bezeichnet.
-
Die
Kühlhülse 212,
die zwischen dem Basisende des Schmelzzylinders 211 und
der Seitenplatte 90a eines Kühlelements 214 befestigt
ist, ist als kleines und im Wesentlichen schmales zylindrisches Element
ausgebildet, so dass die Kontaktflächen mit ihnen so klein wie
möglich
ausfallen. Diese in 4 gezeigte Kühlhülse 212 ist in einem
Bohrloch an der Vorderfläche
des Kühlelements 214 und
in einem Bohrloch am Basisende des Schmelzzylinders 211 angebracht.
Diese Kühlhülse 212 weist
außerdem
einen nicht in dieser Zeichnung abgebildeten Tempetursensor auf,
und ihre Temperatur wird ermittelt.
-
In
einem Loch der in 4 gezeigten Kühlhülse 212 ist
eine kreisförmige
Einkerbung 212a ausgebildet, in der Schmelze 3,
die entlang der Peripherie des Barrens 2 zurückgeflossen
ist, erhärtet
und gehalten wird. Diese kreisförmige
Einkerbung 212a ist so ausgebildet, dass sie 20 mm bis
40 mm, vorzugsweise 30 mm, breit und 3 mm bis 4 mm tief ist, bezogen
auf die Zylinderbohrung 211a, wenn die Barren aus einer
Magnesiumlegierung bestehen. Daneben ist der Innendurchmesser eines
Lochs 212b der Kühlhülse 212 an
der vorderen Seite der kreisförmigen
Einkerbung 212a so ausgebildet, dass er gleich dem der
Zylinderbohrung 211a ist, und der Innendurchmesser eines
Lochs 212c an der hinteren Seite der kreisförmigen Einkerbung 212a ist
so ausgebildet, dass er gleich dem des Durchgangslochs 90b ist.
Da die kreisförmige
Einkerbung 212a in der Kühlhülse 212 ausgebildet
ist, die in Kontakt mit dem Kühlelement 214 kommt,
wird die kreisförmige
Einkerbung 212a durch das Kühlelement mit hoher Leistung
gekühlt.
Die Betriebswirkung dieser kreisförmigen Einkerbung 212a ist
später
beschrieben. Die kreisförmige
Einkerbung 212a ist so ausgebildet, das sie vollständig in
der Kühlhülse 212 enthalten
ist, wie in 4 dargestellt, sie kann jedoch
so ausgebildet sein, dass sie mit einer der Seiten des Schmelzzylinders 211 oder
des Kühlelements 214 in
Kontakt ist.
-
Es
ist insbesondere wünschenswert,
dass die Kühlhülse 212 aus
einem Werkstoff gefertigt ist, der dem Schmelzzylinder 211 und/oder
dem Kühlelement 214 in
Steifigkeit und Wärmeausdehnung
entspricht und dessen Wärmeleitfähigkeit
so günstig
wie möglich
ist. Das bedeutet, dass die Kühlhülse 212 entweder
zusammen mit dem Schmelzzylinder 211 oder dem Kühlelement 214 ausgebildet
sein kann. Darüber
hinaus treten bei der Kühlhülse 212 keine Steifigkeitsprobleme
auf, obwohl sie, wie abgebildet, aus einem Element mit einem geringen
Volumen gefertigt ist, nämlich
einem vergleichsweise dünnen
zylindrischen Element. Das ist darauf zurückzuführen, dass ein kreisrunder
erhärteter
Werkstoff 201, der in der kreisförmigen Einkerbung 212a wie
später
beschrieben gebildet wird, die Schmelze daran hindert, über diesen
kreisrunden erhärteten
Werkstoff 201 hinaus zurückzufließen und somit einen hohen Druck verhindert.
-
Im
Hinblick auf die oben beschriebenen Heizbänder 12a, 12b, 12c und 12d des
ersten Schmelzzylinders 11 und des zweiten Schmelzzylinders 211 sind
die drei Heizbänder
an der vorderen Seite 12a, 12b und 12c auf
die Schmelztemperatur der Barren 2 eingestellt. Falls Barren 2 zum
Beispiel aus einer Magnesiumlegierung besteht, ist die Temperatur
dieser Heizbänder
auf etwa 600°C
bis 650°C eingestellt.
Die Temperatureinstellung des Heizbandes 12d für den ersten
Schmelzzylinder und die für den
zweiten Schmelzzylinder 211 unterscheiden sich dagegen
etwas.
-
Die
Temperatureinstellung des Heizbandes 12d des ersten Schmelzzylinders 111 ist
entsprechend auf 450°C
bis etwa 550°C
geregelt, um das Erweichen von Barren 2 zu verhindern,
der am Basisende von Schmelzzylinder 111 angeordnet ist.
-
Das
ist darauf zurückzuführen, dass
Magnesiumlegierungen stark erweichen, wenn sie auf etwa 350°C erhitzt
werden. Durch diese Art der Erwärmung
wird der Barren 2 so vorerwärmt, dass er am Basisende des
Schmelzzylinders 111 nicht erweicht, anschließend wird
er im Bereich von der Hälfte
bis zum vorderen Ende des Zylinders 111 bei einer hohen
Temperatur erhitzt, während
er sich in der Zylinderbohrung 111a vorwärts bewegt,
und schließlich am
vorderen Ende des Zylinders 111 schnell zu Schmelze 3 mit
der Temperatur von 600°C
bis 650°C schmilzt.
Bei dieser Ausführungsform
wird die Seitenplatte 90a des zentralen Rahmenelements
im Allgemeinen nicht erwärmt,
so dass die Platte 90a in einigen Fällen mittels des Kühlrohrs,
wie dem Kühlkanal 90d des
zweiten Schmelzzylinders 211, gekühlt werden kann.
-
Das
Heizband 12d des zweiten Schmelzzylinders 211 andererseits
ist in der zur Umgebung des Basisendes beabstandeten Position befestigt,
wo die Kühlhülse 212 angebracht
ist, und der Einfluss der Erwärmung
auf die Kühlhülse 212 wird
so weit wie möglich
verhindert. Die Temperatureinstellung des Heizbandes 12d ist
auf etwa 500°C
bis 550°C
geregelt. Daher wird die Kühlhülse 212 nicht
erhitzt, sondern durch das Kühlelement 214 stark
gekühlt.
Dementsprechend ist die Temperatur der Kühlhülse 212 hauptsächlich durch
die Temperatureinstellung des Kühlelements 214 gesteuert
und zusätzlich
durch dieses Heizband 12d. Selbstverständlich können die Leitungen, durch die
das Kühlmittel
fließt,
um die Kühlhülse 212
herum gewickelt sein, und die Temperatur ist individuell regelbar.
Genauer kann beim Formen von Magnesium die Temperatur von Barren 2 im Kühlelement 214 so
gesenkt werden, dass sie 100°C bis
150°C nicht überschreitet,
und die Temperatur von Barren 2 in der Kühlhülse 212 kann
so geregelt werden, dass sie etwa 400°C beträgt, was nahe der Temperatur
von 350°C
liegt, bei der ein leichtes Erweichen stattfindet.
-
Da
der Barren 2 im ersten Schmelzzylinder 111 oder
im zweiten Schmelzzylinder 211 wie oben beschrieben geschmolzen
wird, schmilzt der Barren 2 von seinem vorderen Ende an
und geht in Schmelze 3 über.
Anschließend
wird die Temperatur so gesteuert, dass mehrere Schüsse Spritzmenge
sichergestellt sind, während
das Volumen dieser Schmelze 3 bei jedem Dosieren während des
Spritzgussvorgangs schwankt. Auf diese Weise wird nur die Mindestmenge
an Werkstoff geschmolzen und in der Schmelzvorrichtung 10 sichergestellt
und die Wärmeenergie
somit effizient reduziert. Darüber
hinaus wird die Zeit für
das Erhöhen
oder Verringern der Temperatur reduziert, was unproduktive Wartezeiten für Wartungs- und Inspektionsmaßnahmen
minimiert. Darüber
hinaus ist das Volumen der Schmelzvorrichtung wesentlich kleiner
als bei dem herkömmlichen Ofen.
-
Selbstverständlich muss
ein Rückfluss
von Schmelze 3 durch den Zwischenraum zwischen dem Barren 2 und
dem Schmelzzylinder 11 sicher verhindert werden, wenn Schmelze 3 für eine Schussmenge
vom Schmelzzylinder 111 oder 211 der Befüllkammer 21 zugeführt, nämlich dosiert,
wird. Eine derartiges Abdichten erfolgt sowohl im ersten Schmelzzylinder 111 als
auch im zweiten Schmelzzylinder 211 durch folgendes Verfahren.
-
In
der ersten Ausführungsform
wird zum Zeitpunkt des Dosierens auf Grund einer geringen Druckerhöhung der
Schmelze 3 der Durchmesser des vorderen Endes des erweichten
Barrens 2 etwas vergrößert. Anschließend dichtet
eine Seitenfläche 2a des
vergrößerten vorderen
Endes die Schmelze 3 ab, indem sie mit der Wandfläche der
Zylinderbohrung mit dem größeren Durchmesser 111b entsprechend in
Kontakt gehalten wird. Diese Abdichtung erfolgt, wenn diese vergrößerte Seitenfläche 2a mit
der Wandfläche
der Zylinderbohrung 111b entsprechend in Kontakt bleibt,
und somit wird diese Abdichtung durch die entsprechende Größe des Zwischenraums zwischen
ihnen erreicht. In diesem Fall ist es zweckmäßig, dass der Druckanstieg
der Schmelze 3 zum Zeitpunkt des Dosierens nur gering ist,
wodurch sich der Durchmesser der oben beschriebenen Seitenfläche 2a nicht übermäßig ausdehnt.
Darüber
hinaus wird eine Exzentrizität
des Barrens 2 in Bezug zur Zylinderbohrung 111b vermieden,
wodurch der Zwischenraum zwischen der Zylinderbohrung 111c an der
Seite am Basisende und Barren 2 verkleinert und gleichmäßig minimiert
wird. Zusätzlich
hält die
Seitenfläche 2a mit
der Zylinder bohrung 111b entsprechend als eine weiche und
gleichmäßig vergrößerte Dichtung
Kontakt, da eine derartige Fläche 2a durch Wärmezufuhr über die
Heizbänder 12a bis 12d und Abkühlen durch
das Kühlelement 214 in
dem entsprechenden erweichten Zustand gehalten wird. Daher wirkt
die Seitenfläche 2a als
eine Dichtung mit geringem Reibungswiderstand und als eine Dichtung, die
außerdem
das Eindringen von Luft und dergleichen oder das Austreten von Schmelze 3 verhindert. Dementsprechend
wird die Seitenfläche 2a dieser Ausführungsform,
die den vergrößerten Durchmesser
aufweist, in der nachfolgenden Beschreibung als Dichtungselement
mit vergrößertem Durchmesser bezeichnet.
-
In
dieser Ausführungsform
muss der Zwischenraum zwischen der Zylinderbohrung mit dem größeren Durchmesser 111b und
dem Barren 2 zuvor in Übereinstimmung
mit den oben beschriebenen Schmelzbedingungen entsprechend eingestellt
werden. Der oben beschriebene erste Schmelzzylinder 111 kann
jedoch relativ leicht für
eine kleine Spritzgussmaschine mit einem vergleichsweise kleinen
Innendurchmesser des Schmelzzylinders 111 verwendet werden.
Das liegt daran, dass der Schmelzzylinder 111, der einfach
aus der oben beschriebenen Zylinderbohrung 111b, 111c besteht,
die bei kleinen Spritzgussmaschinen bestehenden Kostensparanforderungen
einhält.
Darüber
hinaus tritt bei einer derartigen kleinen Spritzgussmaschine das
Phänomen
des Rückflusses
der Schmelze nicht in dem Maße
auf wie bei einer großen
Spritzgussmaschine. Das oben Beschriebene ist leicht zu verstehen
anhand des Phänomens,
dass der Durchmesser des Barrens 2 in einer großen Spritzgussmaschine
so groß und
die periphere Länge
dadurch so lang ist, dass der Zwischenraum, durch den Schmelze zurückfließt, größer wird.
-
In
der zweiten Ausführungsform
hingegen wird die Schmelze 3 nicht durch das oben beschriebene
Dichtungselement mit vergrößertem Durchmesser
abgedichtet, sondern durch eine Dichtung aus kreisrundem erhärteten Werkstoff,
bei dem es sich um die in der kreisförmigen Einkerbung 212a erstarrte
Masse der Schmelze 3 handelt. Die Dichtung aus diesem kreisrunden
erstarrten Werkstoff wird nachfolgend beschrieben.
-
Bei
einer Magnesiumlegierung wird der Barren 2 in der Kühlhülse 212a durch
starkes Kühlen durch
Kühlhülse 212 auf
etwa 400, nahe seiner Erweichungstemperatur, gehalten. Wenn die
Spritzgießeinheit 1 mit
dem Vorbereiten des Spritzgussvorgangs beginnt, bewegt sich der
Barren 2 in diesem Zustand langsam vorwärts, wie später beschrieben. Anschließend fließt die Schmelze 3,
die am vorderen Ende des Schmelzzylinders 211 bereits geschmolzen
ist, entlang dem Barren 2 zurück, füllt dabei die kreisförmige Einkerbung 212 vollständig und
erstarrt schließlich
zu einer festen Masse. Diese erstarrte Masse, der kreisrunde erstarrte
Werkstoff 201, weist folgende Eigenschaften auf.
-
Zunächst füllt dieser
kreisrunde erstarrte Werkstoff 201, da es sich dabei um
den erstarrten Werkstoff der Schmelze 3 handelt, welcher
der Form des Zwischenraums zwischen der kreisförmigen Einkerbung 212a und
dem Barren 2 folgt, den peripheren Raum des Barrens 2,
ohne Zwischenräume
zu hinterlassen, selbst wenn eine geringe Exzentrizität des Barrens 2 in
Bezug zum Schmelzzylinder 211 vorliegt. Da der größere Teil
des kreisrunden erstarrten Werkstoffs 201 im erstarrten Zustand
in die kreisförmige
Einkerbung 211a eingebracht wird, bewegt sich der kreisrunde
erstarrte Werkstoff 201 anschließend weder mit dem Barren 2 vorwärts, noch
zerbricht er durch den Druck der Schmelze zum Zeitpunkt des Dosierens,
und infolgedessen dehnt sich der kreisrunde erstarrte Werkstoff 201 nicht
nach hinten über
die kreisförmige
Einkerbung 212a hinaus aus. Da die periphere Fläche von
Barren 2 bis zum folgenden Dosiervorgang durch die Schmelze 3 schnell
erhitzt wird, wird darüber
hinaus die Oberfläche
des kreisrunden erstarrten Werkstoffs 201, die mit dem
Barren 2 in Kontakt kommt, im entsprechend erweichten Zustand
gehalten. Die oben beschriebene Schmelze 3 ist der Werkstoff,
der zum Zeitpunkt des Dosierens in den Zwischenraum um die Peripherie
des Barrens 2 herum gefüllt
wird, während
sich der Barren 2 vorwärts
bewegt. Darüber
hinaus ist die Adhäsionskraft
des kreisrunden erstarren Werkstoffs 201 in Bezug auf den
Barren 2 nicht groß,
da der erstarrte Werkstoff 201 ein erstarrter Werkstoff
ist, der schnell umge wandelt wird, wenn heiße Schmelze mit der relativ
niedrigen Temperatur von Barren 2 in Berührung kommt.
-
Zusätzlich ist
der Zwischenraum zwischen dem Innendurchmesser der Zylinderbohrung 211a des
Schmelzzylinders 211 und dem Außendurchmesser des Barrens 2 so
ausgebildet, dass er einige mm beträgt, damit das erweichte vordere
Ende des Barrens 2, dessen Durchmesser beim Vorwärtsbewegen
leicht vergrößert wird,
nicht in die Zylinderbohrung 211a gelangt. Somit kann Schmelze 3 hinter dem
vergrößerten Ende
des Barrens ungehindert eindringen, wodurch das Vorhandensein des
Raumes, in den die Schmelze nicht eindringt, und somit die Schwankung
der vom Barren 2 dosierten Menge verhindert wird. Dieses
Phänomen
ist leicht zu verstehen, wenn das entgegengesetzte Phänomen angenommen
wird, dass das vergrößerte vordere
Ende des Barrens 2 seine Vergrößerung und seinen Bruch wiederholt
und so das Berühren
oder Trennen von der Zylinderbohrung 211a wiederholt. Bei
diesem entgegengesetzten Phänomen
schwankt die als Kolbenfläche
wirkende Schubfläche.
-
Auf
diese Weise dichtet der kreisrunde erstarrte Werkstoff 201 den
Zwischenraum zwischen dem Barren 2 und dem Schmelzzylinder 211 gut
und dauherhaft ab, wenn sich Barren 2 zum Zeitpunkt des Dosierens
vorwärts
bewegt und Schmelze 3 herausschiebt. Der kreisrunde erstarrte
Werkstoff 201 verhindert natürlich ein Eindringen von Luft
und dergleichen in den Zwischenraum zwischen dem Barren 2 und
dem Schmelzzylinder 211 und den Rückfluss von Schmelze 3,
was den Reibungswiderstand der Bewegung des Barrens 2 ebenfalls
reduziert. Beim Abdichten durch diesen kreisrunden erstarrten Werkstoff 201 wird
wirksam eine Eigenschaft von Leichtmetallwerkstoffen genutzt, insbesondere
von Magnesiumlegierungen, die in einem schnellen Phasenübergang
von fest zu flüssig
besteht und zurückzuführen ist
auf den hohen Wärmeleitkoeffizienten,
die geringe Wärmekapazität und geringe
latente Wärme.
-
Der
oben beschriebene kreisrunde erstarrte Werkstoff 201 dichtet
die Schmelze 3 sicher ab. Daher ist diese Art von Schmelzzylinder 211 in
einer großen Spritzgussmaschine
einsetzbar, bei der größere Durchmesser verwendet werden als bei einer kleinen
Spritzgussmaschine.
-
Nachfolgend
werden die charakteristischen Ausführungsformen der übrigen Komponenten
beschrieben, die den Schmelzzylinder 11 dieser Erfindung
betreffen. Sofern nicht anders angegeben, weist Schmelzzylinder 11 in
der nachfolgenden Beschreibung sowohl den ersten Schmelzzylinder 111 als
auch den zweiten Schmelzzylinder 211 auf.
-
Zunächst ist
in 1 eine Ausführungsform dargestellt,
welche die Anordnung der Verbindungsdurchführung 13b betrifft,
die im Verschlussstück 13 am
vorderen Ende des Schmelzzylinders 11 gebildet ist, sowie
die Einbaulage des Schmelzzylinders 11. Die Verbindungsdurchführung 13b ist
als Raum zwischen der Zylinderbohrung 11a und einem oberen Ausschnitt
eines Verschlussbereichs des Verschlussstücks 13 so ausgebildet,
dass sie sich im oberen Bereich der Zylinderbohrung 11a öffnet. In
diesem Fall ist der Ausschnitt durch horizontales Entfernen des oberen
Bereichs ausgebildet, so dass sich ein D-förmiger Querschnitt ergibt,
oder durch Erzeugen einer rechteckigen Kerbe, wie zum Beispiel einer
Keilnut. Die Schmelzvorrichtung 10, die den Schmelzzylinder 11 enthält, ist
um etwa 3 Grad geneigt so angeordnet, dass die vordere Seite höher gelegen
ist. Bei dieser Anordnung der Verbindungsdurchführung 13b werden im
Schmelzzylinder 11 eingeschlossene Luft oder Inertgas zu
Beginn der Vorbereitung des Spritzgussvorgangs sicher ausgeblasen.
Das ist darauf zurückzuführen, dass
sich Luft und Gas leicht im oberen Bereich sammeln. Außerdem wird
eine genaue Dosierung erreicht, da durch die Anordnung der Verbindungsdurchführung 13b und
die Neigung des Schmelzzylinders 11 das Phänomen, dass
Schmelze 3 zu unerwarteten Zeitpunkten außerhalb
des Dosiervorgangs in die Befüllkammer 21 überläuft, vermieden
wird. In diesem Fall besteht ein weiterer Vorteil darin, dass die
gesamte Spritzgussmaschine, einschließlich Befüllkammer 21 und Einspannvorrichtung 30 sowie
Schmelzzylinder 11, geneigt angeordnet ist, mit dem hinteren
Ende in der tieferen Position.
-
Bei
einer derartigen Ausführungsform
besteht ein weiterer Vorteil darin, dass das Schmelze-Zuführungselement 15 eine Öffnungs-
und Schließvorrichtung 70 aufweist,
wie in 5 dargestellt. 5 ist ein
vergrößerter Querschnitt,
der den Aufbau des Schmelze-Zuführungselements
und dessen Umgebung zeigt. In dieser Zeichnung weist die Öffnungs-
und Schließvorrichtung 70 einen
an einem unteren Ende des Werkstoff-Zuführungslochs 15 ausgebildeten
Ventilsitz 15b auf, eine Ventilstange 71, die
das Werkstoff-Zuführungsloch 15a durch
Berühren
des Ventilsitzes 15b oder Zurückziehen vom Ventilsitz 15b öffnet oder
verschließt,
sowie eine Ventilstangenantriebsvorrichtung 72, wie zum
Beispiel einen Flüssigkeitszylinder,
der die Auf- und Abwärtsbewegung
der Ventilstange 71 veranlasst. Zwischen der Ventilstange 71 und
dem Werkstoff-Zuführungsloch 15 ist
als Fließkanal
für Schmelze 3 ein
Zwischenraum sichergestellt. Der Flüssigkeitszylinder 72 ist
auf einem Träger 73 befestigt,
und das obere Ende der Ventilstange 71 ist durch eine Kupplung 74 mit
einer Kolbenstange 72a des Flüssigkeitszylinders 72 verbunden.
Da die Schmelze 3 mitunter an der Seitenwand des Werkstoff-Zuführungslochs 15a haften
bleibt, verhindert die Öffnungs-
und Schließvorrichtung 70 des
oben beschriebenen Aufbaus durch Öffnen des Werkstoff-Zuführungslochs 15a nur
zum Zeitpunkt des Dosierens ein Tropfen der Schmelze 3 zu
unerwarteten Zeitpunkten außerhalb
des Dosiervorgangs. Da sich das Werkstoff-Zuführungsloch 15a nahe
an seinem unteren Ende öffnet
und schließt,
ist außerdem
dort, wo Schmelze 3 haften und mitunter tropfen kann, keine
Seitenwand des Werkstoff-Zuführungslochs 15a vorhanden.
Auf diese Weise stellt die Öffnungs-
und Schließvorrichtung 70 ein
genaues Dosieren sicher. Wenn diese Art von Öffnungs- und Schließvorrichtung 70 vorgesehen
ist, ist das Gussloch 17 in einer Abdeckung 16 ausgebildet,
damit die Ventilstange 71 im Werkstoff-Zuführungsloch 15a nicht
abkühlt.
-
Wenn
diese Art von Öffnungs-
und Schließvorrichtung 70 vorgesehen
ist, kann das Dosieren unter der Bedingung erfolgen, dass die Schmelze
stets mit Zwischenraum zwischen der Ventilstange 71 und dem
Werkstoff-Zuführungsloch 15a eingefüllt wird.
In diesem Fall werden Anfangs- und Endzeitpunkt des Extrudierens (Zuführens) von
Schmelze 3 durch Barren 2 so gesteuert, dass sie
zeitlich mit dem Öffnen und
Schließen
des Werkstoff-Zuführungslochs 15a zusammenfallen,
welches den Beginn und das Ende des Dosiervorgangs bestimmt. Durch
das oben beschriebene Verfahren wird das Dosieren genauer gesteuert.
Das ist darauf zurückzuführen, dass
kein Temperaturrückgang
am Werkstoff-Zuführungsloch 15a und
der Ventilstange 71 auftritt und außerdem ein Haften von Schmelze 3 an
der Seitenwand vermieden wird, da das Werkstoff-Zuführungsloch 15a mit
der Schmelze gefüllt
ist. Darüber
hinaus ergeben sich weitere Betriebswirkungen im Hinblick auf die Verbesserung
der Schmelzeffizienz von Schmelze 3 im Schmelzzylinder 11.
Die erste besteht in einer Vermeidung des Temperaturrückgangs
von Schmelze 3, wogegen der Temperaturrückgang auftritt, wenn die der
Verbindungsdurchführung 13b zugewandte Schmelze 3 mit
Inertgas in Berührung
kommt. Die zweite besteht in der Ermöglichung der vorherigen Kompression
des Barrens 2 im Schmelzzylinder 11 und somit der Erleichterung
des Schmelzens.
-
Nachfolgend
wird eine Barren-Zuführungsvorrichtung 40 beschrieben. 6 ist
ein Querschnitt entlang der Linie X-X am zentralen Rahmenelement 90 von 1,
der die Barren-Zuführungsvorrichtung zeigt.
Diese Vorrichtung weist zum Beispiel einen Bunker 41 zur
Aufnahme einer Mehrzahl von in einer Reihe angeordneten Barren 2 auf,
eine Schurre 42 zum aufeinander folgenden, ausgerichteten
Fallenlassen der Barren, eine Schließvorrichtung 43 zum temporären Auffangen
der Barren und zur Ermöglichung
des einzelnen Fallenlassens der Barren sowie einen Halter 44 zum
Halten der Barren konzentrisch mit einem Achsenmittelpunkt des Schmelzzylinders 11.
Im Inneren des Bunkers 41 ist eine einen Reflex-Leitkanal
bildende Trennplatte 42a so angeordnet, dass die Barren 2 fallen,
ohne sich zu stauen. Die Schließvorrichtung 43 stellt
den zweistufigen Verschluss eines Verschlusses einer oberen Stufe
und eines Verschlusses einer unteren Stufe dar, nämlich eine
Verschlussplatte 43a und ein Halteelement 45, wobei
das Halteelement 45 eine bewegliche Seite des Halters 44 ist.
Diese Schließvorrichtung 43 ermöglicht durch
abwechselndes Öffnen
und Schließen der
Verschlussplatte 43a und des Hal teelements 45, dass
die Barren 2 einzeln nacheinander fallen. Bezugszeichen 43b bezeichnet
einen Flüssigkeitszylinder,
wie zum Beispiel einen Luftzylinder, zum Vorwärts- und Rückwärtsbewegen der Verschlussplatte 43a.
Der Halter 44 weist einen Satz des Halteelements 45 und
ein Halteelement 46 auf, einen Flüssigkeitszylinder 74,
wie zum Beispiel einen Luftzylinder, und ein unterhalb der Schurre 42 angeordnetes
Leitelement 48, in dem die Halteelemente 45 und 46 den Barren 2 durch
Greifen von beiden Seiten unter Beibehaltung eines kleinen Zwischenraums
halten, der Flüssigkeitszylinder öffnet oder
verschließt
das eine Seitenhalteelement 45, und das Leitelement 48 empfängt den
Barren 2 auf einer gekrümmten
Leitfläche und überführt diesen
auf die Seite des Halteelements 46. An den Innenseiten
der Halteelemente 45 und der Halteelemente 46 sind
nahezu halbrunde bogenfärmige
Vertiefungen 54a und 46a mit einem Durchmesser,
der etwas größer ist
als der Außendurchmesser der
Barren, so ausgebildet, dass die Mittelpunkte dieser Vertiefungen 45a und 46a bei
Schließen
des Halteelements 45 am Mittelpunkt der Zylinderbohrung 11a ausgerichtet
sind. So wird der vom Bunker 41 zugeführte Barren 2 vom
Halter 44 konzentrisch mit dem Mittelpunkt der Zylinderbohrung 11a gehalten. Eine
derartige Barren-Zuführungsvorrichtung 40 hält den Barren 2 in
seinem ausgerichteten Zustand und sorgt dafür, dass die Barren 2 einzeln
nacheinander fallen. Dementsprechend ist sie nicht auf die oben beschriebene
Ausführungsform
beschränkt,
solange sie wie oben beschrieben wirkt. Zur Entfeuchtung seiner
Oberfläche
kann Barren 2 außerhalb
der Vorrichtung bei niedriger Temperatur vorerwärmt werden.
-
Nachfolgend
wird die Barren-Einführungsvorrichtung 50 beschrieben.
Wie zum Beispiel in 1 gezeigt, weist diese Vorrichtung
einen Hydrozylinder 51 auf, eine Kolbenstange 52,
deren Vorwärts-
und Rückwärtsbewegung
durch den Hydrozylinder 51 gesteuert wird, und eine zusammen
mit dem Ende der Kolbenstange ausgebildete Schubvorrichtung 52a.
Die maximale Reichweite der Schubvorrichtung 52a ist auf
die Länge
festgelegt, welche die Gesamtlänge
des Barrens 2 überschreitet.
Die Schubvorrichtung 52a bewegt sich bei jedem Dosiervorgang
intermit tierend über
die Länge
vorwärts,
die einem Schuss Spritzmenge entspricht. Die Position und die Geschwindigkeit
der Schubvorrichtung 52 werden durch eine Positionsermittlungsvorrichtung ermittelt,
wie zum Beispiel eine nicht in der Zeichnung abgebildete lineare
Skala, und an eine nicht in der Zeichnung abgebildete Steuervorrichtung
rückgemeldet.
-
Die
oben beschriebene Barren-Einführungsvorrichtung 50 veranlasst
die Schubvorrichtung 52a zum Zeitpunkt des Nachführens zu
einer Rückwärtsbewegung
um mehr als die Gesamtlänge
des Barrens 2, um so einen Raum für Barren 2 sicherzustellen.
Anschließend
führt die
Barren-Einführungsvorrichtung 50 den
Barren 2 in den Schmelzzylinder 11 ein, während sie
die Schubvorrichtung 52a vorwärts bewegt. Zum Zeitpunkt des
Dosiervorgangs veranlasst die Barren-Einführungsvorrichtung 50 eine
intermittierende Vorwärtsbewegung
der Schubvorrichtung 52a und führt eine festgelegte Menge
Schmelze 3 in die Befüllkammer 21 ein,
wobei die während
eines Bewegungvorgangs zugeführte
Menge einem Schuss Spritzmenge entspricht. Diese Art von Barren-Einführungsvorrichtung
ist nicht auf die Antriebsvorrichtung eines Hydrozylinders beschränkt, solange
sie die oben beschriebene Wirkungsweise der Schubvorrichtung 52a sicherstellt,
daher kann es sich um eine hinreichend bekannte elektrische Antriebsvorrichtung
handeln, welche die Schubvorrichtung 52a antreibt und die
Drehbewegung eines Servomotors mittels einer Kugelumlaufspindel
oder dergleichen in eine geradlinige Bewegung umwandelt.
-
Jede
Komponente der mit der oben beschriebenen Schmelzvorrichtung kombinierten
Kolbenspritzvorrichtung 20 ist detailliert in 1 dargestellt. Diese
Komponenten sind nicht auf die unten beschriebenen Komponenten beschränkt, da
sie für eine
herkömmliche
Spritzgießeinheit
in einer Kaltkammer-Druckgussmaschine üblich sind.
-
Zunächst wird
der Gesamtaufbau der Kolbenspritzvorrichtung 20 beschrieben.
Das Verbindungselement 64, das die Befüllkammer 21 mit der Kolbenantriebsvorrichtung
verbindet, ist ein zylindrisches Element und weist nahe der vor deren
Seite eine Sperrwand 64a auf. Die Sperrwand 64a weist ein
Durchgangsloch auf, in das der Kolben 22 nahezu ohne Zwischenraum
eingeführt
wird, und unter der vorderen Seite der Sperrwand 64a ist
Auffangbehälter 65 abmontierbar
angeordnet, um austretende Schmelze 3 aufzunehmen. Außerdem ist
in der oberen Seite des Verbindungselements 64 ein Gussloch 64b zum
Einleiten von Inertgas vorgesehen. Das Verbindungselement 64,
das diesen Aufbau aufweist, ist zwischen der Befüllkammer 21 und der
Sperrwand 64a mit einem Raum 66 versehen. Bei
diesem Aufbau wird Schmelze 3, die möglicherweise in geringen Mengen
aus dem Basisende der Befüllkammer 21 austritt,
im Auffangbehälter 65 aufgefangen.
Außerdem
wird durch das Einleiten von Inertgas in den Raum 66 Luft
ausgeblasen, die im Zwischenraum zwischen dem Kolben 22 und
der Kammerbohrung auf der Seite am Basisende 21a verblieben
ist. Diese Art des Ausblasens stellt die bevorzugte Umgebung für eine Verhinderung
der Werkstoffoxidation, besonders beim Formen von Magnesium, sicher.
Die einzuleitende Inertgasmenge kann gering ausfallen, da das Gas
nur in den Raum 66 und den kleinen Zwischenraum zwischen
der Befüllkammer 21 und
dem Kolben 22 eingeleitet wird.
-
Nachfolgend
wird eine Kolbenantriebsvorrichtung 60 beschrieben. Wie
zum Beispiel in 1 gezeigt, weist diese Vorrichtung
einen Hydrozylinder 61 auf, die Kolbenstange 62,
deren Vorwärts-
und Rückwärtsbewegung
durch den Hydrozylinder 61 gesteuert wird, und eine Kupplung 63 zur
Verbindung der Kolbenstange 62 mit dem Kolben 22.
Der in die Befüllkammer 21 eingeführte Kolben 22 wird
durch die Kolbenstange 62 des Hydrozylinders 61 in
Längsrichtung
vor und zurück
bewegt. Die Position des Kolbens 22 wird durch eine Positionsermittlungsvorrichtung
ermittelt, wie zum Beispiel eine nicht abgebildete lineare Skala,
und durch eine nicht abgebildete Steuervorrichtung gesteuert, an
welche die Position rückgemeldet
wird. Die Positionen, in die sich der Kolben 22 zurückziehen
kann, sind auf die Positionen eingestellt, die sich hinter dem Werkstoff-Zuführungsmundstück 21h befinden,
und seine maximale Reichweite ist im Voraus so ausgelegt, dass sie
dem maximalen Spritzvolumen der Spritzgießeinheit 1 entspricht.
Diese Art von Kol benantriebsvorrichtung 60 ist nicht auf
eine Antriebsvorrichtung eines Hydrozylinders beschränkt und
kann daher auch eine elektrische Antriebsvorrichtung sein, wobei
die Antriebsvorrichtung 60 den Kolben 22 antreibt
und die Drehbewegung eines Servomotors mittels einer Kugelumlaufspindel
oder dergleichen in eine geradlinige Bewegung umwandelt.
-
Am
Kolben 22 ist ein Kopfabschnitt 22a angeordnet,
mit einem etwas kleineren Durchmesser als der Innendurchmesser der
Befüllkammer 21,
sowie ein Wellenabschnitt 22b mit einem etwas kleineren
Durchmesser als der Kopfabschnitt 22a. Der Kopfabschnitt 22a weist
außerdem
einen an seiner Peripherie angeordneten Kolbenring auf (nicht abgebildet).
-
Diese
Art einer Kolbenantriebsvorrichtung 60 veranlasst den Kolben 22 zum
Zeitpunkt des Dosiervorgangs zum Rückzug hinter das Werkstoff-Zuführungsmundstück 21h und
nach Beendigung des Dosierens zur Vorwärtsbewegung des Kolbens 22 mit Spritzgeschwindigkeit
und Spritzmenge. Anschließend
steuert die Antriebsvorrichtung 60 erforderlichenfalls
den Haltedruck.
-
Bei
oben beschriebenem Aufbau der Spritzgießeinheit 1 dieser
Erfindung erfolgt der Spritzgussvorgang wie folgt. Zum besseren
Verständnis
wird zunächst
der praktische Spritzgussvorgang beschrieben. Vor Beginn dieses
Spritzgussvorgangs wurde dem Schmelzzylinder eine Mehrzahl von Barren 2 zugeführt und
Schmelze 3 für
mehrere Schüsse
Spritzmenge an der vorderen Seite des Schmelzzylinders 11 sichergestellt.
In diesem Zustand wird zuerst der Dosiervorgang ausgeführt. Zunächst zieht
sich Kolben 22 hinter das Werkstoff-Zuführungsmundstück 21h zurück, und
anschließend
veranlasst Schubvorrichtung 52 Barren 2 zur Vorwärtsbewegung
um die festgelegte Menge. Falls die Öffnungs- und Schließvorrichtung 70 vorgesehen
ist, beginnt gleichzeitig der Öffnungsvorgang
der Ventilstange 71. Durch den oben beschriebenen Dosiervorgang
wird Schmelze 3 für
einen Schuss durch das Schmelze-Zuführungselement 15 vom
Schmelzzylinder 10 in die Befüllkammer 21 überführt. Im
Allgemeinen wird dieser Vorgang ausgeführt, nachdem die während des
vorhergehenden Vorgangs geformten Formstücke he rausgenommen wurden und
das Einspannen der Formhälfte
abgeschlossen ist. Zu diesem Zeitpunkt des Dosierens steigt der
Druck der Schmelze 3 nie stark an, da das Werkstoff-Zuführungsloch 15a des Schmelze-Zuführungselements 15 geöffnet ist.
Daher wird die Dichtung von Schmelze 3 sicher durch das
oben beschriebene Dichtungselement mit vergrößertem Durchmesser oder die
Dichtung aus kreisrundem erstarrtem Werkstoff ausgeführt. Besonders dann,
wenn die Öffnungs-
und Schließvorrichtung 70 vorgesehen
und das Werkstoff-Zuführungsloch 15a stets
vollständig
mit Schmelze 3 gefüllt
ist, beginnt gleichzeitig der Öffnungsvorgang
der Ventilstange 71. Daher steigt der Druck der Schmelz
nicht besonders stark an.
-
In
die Befüllkammer 21 gefüllte Schmelze 3 wird
durch das Heizband 23 in einem geschmolzenen Zustand gehalten.
Zu diesem Zeitpunkt verhindert Inertgas das Oxidieren der Schmelze.
Anschließend bewegt
sich Kolben 22 vorwärts
und spritzt, wie üblich,
Schmelze für
einen Schuss in den Hohlraum 34. Daraufhin erfolgt das übliche Kühlen der
Formstücke, im
Anschluss daran das Öffnen
der Formhälfte
und die Entnahme der Formstücke.
Anschließend
wird die Formhälfte
wieder geschlossen und das Dosieren beginnt wie oben beschrieben.
Die bei jedem Dosiervorgang verbrauchte Schmelze 3 im Schmelzzylinder 11 wird
geschmolzen und nachgefüllt,
bevor der nächste
Dosiervorgang beginnt.
-
Bei
jeder Wiederholung des oben beschriebenen Dosiervorgangs wird der
Barren 2 intermittierend vorwärts bewegt. Wenn das Einspritzen
der Schmelze eines Barrens erfolgt ist, wird Barren 2 nachgeführt. Dieser
Nachführvorgang
beginnt, nachdem der Positionsermittler für die Schubvorrichtung 52a ermittelt
hat, dass sich die Schubvorrichtung 52a um mehr als die
Gesamtlänge
eines Barrens vorwärts
bewegt hat. Zunächst
veranlasst die Barren-Einführungsvorrichtung 50 die
Schubvorrichtung 52a zu einer Rückwärtsbewegung um mehr als die Gesamtlänge des
Barrens 2 und stellt hinter dem Schmelzzylinder 11 einen
Raum für
die Zuführung des
Barrens 2 sicher. Anschließend führt die Barren-Zuführungsvorrichtung 40 einen
Barren 2 am hinteren Ende des Schmelzzylinders 11 ein,
und daraufhin schiebt die Barren-Einführungsvorrichtung 50 den
Barren 2 in den Schmelzzylinder 11, so dass der Nachführvorgang
abgeschlossen ist. Zu diesem Zeitpunkt verhindert das oben beschriebene
Dichtungselement mit vergrößertem Durchmesser
oder die Dichtung aus kreisrundem erstarrtem Werkstoff das Eindringen
von Luft in die im Schmelzzylinder 11 vorhandene Schmelze 3 und
den Rückfluss
der Schmelze 3. Da die Endfläche und die periphere Fläche des
Barrens 2 glatt sind, dringt außerdem keine Luft zusammen
mit den Barren ein. Daher wird nach Beendigung des Ausblasens keine
Luft in den Schmelzzylinder 11 eingeführt.
-
Anschließend werden
die vorbereitenden Schritte für
den oben beschriebenen praktischen Spritzgussvorgang beschrieben.
Zunächst
wird zum Hinausleiten der Luft aus dem Schmelzzylinder 11 Inertgas
eingeleitet. Daraufhin wird der bereits zuvor in den Bunker 41 eingebrachte
Barren 2 durch die Barren-Zuführungsvorrichtung 40 dem
hinteren Ende des Schmelzzylinders 11 zugeführt und
durch die Barren-Einführungsvorrichtung 50 in
den Schmelzzylinder 11 eingeführt. In dieser Anfangsphase
wird eine Mehrzahl von Barren 2 aufeinander folgend eingeführt, bis
der Schmelzzylinder 11 gefüllt ist. Der eingeführte Barren 2 beginnt
an seinem vorderen Ende des nach vorne gerichteten Abschnitts zu schmelzen,
während
er durch die Heizbänder 12a bis 12d erhitzt
und vorwärts
in den Schmelzzylinder 11 gedrückt wird. Nachdem schließlich Schmelze 3 für eine Mehrzahl
von Schüssen
Spritzmenge sichergestellt wurde, wird Schmelze 3 in die
Befüllkammer 21 überführt, während sich
der Kolben 22 zurückzieht und
sich die Schubvorrichtung 52 vorwärts bewegt. Nachdem Schmelze 3 der
Befüllkammer 21 zugeführt wurde,
wird der dem oben beschriebenen Spritzvorgang entsprechende Vorgang
ausgeführt und
Luft oder Inertgas in den Schmelzzylinder 11 eingeleitet,
wenn die zu formende Schmelze zuerst ausgeblasen wird. Nach Beendigung
dieses Ausblasens wird der vorbereitende Spritzgussvorgang mehrmals wiederholt,
die Spritzgussbedingungen werden angepasst, und die Vorbereitung
des Spritzgusses wird beendet.
-
Die
oben beschriebene Erfindung ist nicht auf die oben beschriebenen
Ausführungsformen
beschränkt,
und es sind verschiedene auf den wesentlichen Merk malen dieser Erfindung
beruhende Modifikationen möglich,
die nicht vom Umfang der beigefügten
Ansprüche
abweichen. Besonders im Hinblick auf spezifische Vorrichtungen sind
Vorrichtungen, deren grundlegende Funktion mit den wesentlichen Merkmalen
der Erfindung übereinstimmt,
in der vorliegenden Erfindung enthalten.
-
GEWERBLICHE ANWENDBARKEIT
-
Wie
oben beschrieben, ermöglicht
die Spritzgießeinheit
in einer Kaltkammer-Druckgussmaschine dieser Erfindung das Zuführen von
Formstoff in Form von Barren trotz der Verwendung einer herkömmlichen
Kolbenspritzvorrichtung. Daher erleichtert die Spritzgießeinheit
dieser Erfindung die Handhabung des Werkstoffs und verwirklicht
das effiziente Schmelzen und Dosieren von Formstoff, während sie den
Eigenschaften des Spritzens durch die Kaltkammer-Druckgussmaschine
folgt und den Ofen der Schmelzvorrichtung überflüssig macht. Darüber hinaus
erleichtert die Spritzgießeinheit
dieser Erfindung durch Vereinfachung ihre Handhabung und außerdem die
Wartungsarbeiten.
-
Zusammenfassung
-
Gegenstand
der Erfindung ist eine Spritzgießeinheit (1) in einer
Kaltkammer-Druckgussmaschine, welche die Schmelze eines Leichtmetallwerkstoffs
dem Werkstoff-Zuführungsmundstück (21h)
einer Befüllkammer
(21) zuführt
und eine Kolbenspritzvorrichtung (20) aufweist, welche
die Schmelze mittels eines Kolbens (22) einspritzt. Die
Spritzgießeinheit
(1) weist eine Schmelzvorrichtung (10), die den Leichtmetallwerkstoff
schmilzt, und ein Schmelze-Zuführungselement
(15) auf, welches Schmelze aus der Schmelzvorrichtung in
die Kolbenspritzvorrichtung gießt.
Dabei weist die Schmelzvorrichtung eine Barren-Zuführungsvorrichtung
(40) auf, die das zu formende Metall durch Zuführung des
Leichtmetallwerkstoffs in Form eines kurzen zylinderstabförmigen Barrens
(2) nachführt.
Hinter der Barren-Zuführungsvorrichtung
ist eine Barren-Einführungsvorrichtung
(50) angeordnet, die eine Schubvorrichtung (52a)
zur Vorwärtsbewegung
des nachgeführten
Barrens oder zur Rückbewegung über die
Länge,
welche über
die Gesamtlänge
des Barrens hinausgeht, aufweist. Vor der Barren-Zuführungsvorrichtung
ist ein Schmelzzylinder (11) angeordnet zur Aufnahme der durch
die Schubvorrichtung vorwärts
bewegten Mehrzahl von Barren und zum Schmelzen vom vorderen Ende
der Barren an, so dass mehrere Schüsse von Schmelze (3)
gebildet werden.
(1)