DE19500005C2 - Verfahren und Vorrichtung zur Evakuierung und/oder Druckmessung in einer Druck- oder Spritzgußform - Google Patents
Verfahren und Vorrichtung zur Evakuierung und/oder Druckmessung in einer Druck- oder SpritzgußformInfo
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Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Evakuierung
und/oder Druckmessung in einer Druck- oder Spritzgußform. Grundsätzlich kann die Erfin
dung dort eingesetzt werden, wo über einem beliebig geformten Spalt Gase aus einem Hohl
raum, der mit einem flüssigen oder teigigen Medium gefüllt wird, das später in diesem er
starrt, abgesaugt werden sollen. Das flüssige oder teigige Medium erstarrt bei hinreichender
Dimensionierung beim Durchtritt durch den Spalt während der Formfüllung infolge des
Wärmetausches. In der Regel wird es sich bei dem oben genannten Medium um Schmelzen
handeln.
Insbesondere läßt sich dieses Verfahren im Aluminium- und Zinkdruckguß einsetzen, bei
dem Formhohlräume über den oben beschriebenen Spalt trotz extrem kurzer Formfüllzeiten
entlüftet werden können. Während des Durchtritts der Schmelze durch den Spalt gibt diese
Wärme über die Wände des Spaltes ab und erstarrt bei entsprechender Dimensionierung im
Spalt.
Durch den auf diese Weise im Werkstück verminderten Gasgehalt lassen sich die mechani
schen Eigenschaften und die Qualität des Gußstückes erheblich verbessern. Die Verbesse
rungen reichen bis hin zum schweiß- und wärmebehandelbaren Druckguß.
Ein weiteres Beispiel für einen Einsatz stellt in analoger Weise der Kunststoffspritzguß dar.
Speziell im Aluminium-Druckguß werden zum Erzeugen gasarmen Druckgusses, der z. B.
geschweißt oder wärmebehandelt werden kann, Formen evakuiert oder entlüftet. Dies ist
notwendig, weil die unter hohem Druck im Werkstück eingeschlossenen Gase während des
Schweißens expandieren und einen Schweißprozeß unmöglich machen oder bei den hohen
Temperaturen einer Wärmebehandlung infolge der sinkenden Warmfestigkeit zur Blasenbil
dung führen.
Die Evakuierung des Formhohlraumes geschieht mittels eines großvolumigen evakuierten
Tanks, in den über ein während der Formfüllzeit geöffnetes Ventil die Gießgase bzw. Luft
aus dem Formhohlraum strömen. Dabei handelt es sich meist um mechanisch betätigte Ven
tile. Gegen Ende der Formfüllung wird das Ventil durch die in das Ventil strömende
Schmelzefront über ein Hebelsystem mechanisch geschlossen. Diese mechanisch betätigten
Ventile müssen sehr präzise gefertigt sein und neigen in der Produktion infolge der rauhen
Betriebsbedingungen zu Störungen. Ursächlich für diese rauhen Betriebsbedingungen sind
zum einen ein Druckimpuls, der am Ende des Füllvorgangs durch die bewegten Massen des
Gießsystems entsteht, sowie der hoch gehaltene Nachdruck, unter dem die Schmelze zur Ge
währleistung der Nachspeisung erstarrt. Beides führt zu einem schnellen Verschleiß und
kurzen Wartungsintervallen. Insgesamt verursacht der Einsatz derartiger Ventile hohe An
schaffungs- und Betriebskosten.
Eine weniger wirkungsvolle Alternative stellen in der Formteilungsebene verlaufende Ent
lüftungsbahnen dar, die den Formhohlraum mit der Umgebung oder mit einem Entlüftungs
system verbinden. Während des Formfüllvorgangs im Formhohlraum und der Gießkammer
komprimierte Luft kann über den Spalt aus der Form in die Umgebung austreten. Am Ende
der Formfüllung in den Spalt eintretende Schmelze erstarrt und verschließt diesen, wie be
reits oben beschrieben.
Der Nachteil des in der Formteilungsebene verlaufenden Entlüftungsspalts liegt darin, daß
dieser die Sprengfläche der Form gegenüber einer Anordnung ohne Spalt erheblich erhöht,
weil der Spalt nur eine geringe Höhe besitzen darf, aber andererseits zur Realisation ausrei
chender Entlüftungsquerschnitte eine große Breite besitzen muß. Der Entlüftungsspalt muß
eine geringe Höhe besitzen (< 1 mm), weil sonst bei der Kürze der Formfüllzeit und der
hohen Geschwindigkeit, mit der die Schmelze durch den Spalt strömt, der Wärmetausch
nicht mehr ausreicht und die Schmelze nicht rechtzeitig vor Spaltende erstarrt. Aufgrund der
Anordnung führen auch mehrere, zur Vergrößerung des Entlüftungsquerschnitts nebeneinan
der angeordnete Spalte zwangsläufig zu einer erheblichen Vergrößerung der Sprengfläche
und damit zu einer erheblichen Vergrößerung der zum Zuhalten der Form beim Gießen er
forderlichen Schließkräfte.
Die gesamte auf die Formteilungsebene projizierte Fläche des Gußkörpers multipliziert mit
dem sogenannten spezifischen Gießdruck - Druck in der flüssigen Schmelze an Ende der
Formfüllung - wirkt der Schließkraft der Maschine entgegen. Dies wirkt sich insbesondere
dann besonders nachteilig aus, wenn Problemformen nachträglich zur Verbesserung der
Gußqualität mit einer derartigen Zwangsentlüftung versehen werden sollen. Im ungünstig
sten Fall reicht diese nicht mehr aus und es muß auf einer Maschine mit höherer Schließ
kraft, die im allgemeinen auch höhere Stundensätze besitzt, gefertigt werden.
Die genannten herkömmlichen Entlüftungsverfahren bzw. -vorrichtungen sind in Brunnhu
ber, "Praxis der Druckgußfertigung", dritte Auflage 1981, Seiten 241 bis 275, ausführlich
beschrieben.
Ein weiteres im Stand der Technik bestehendes Problem besteht darin, Aufschluß über die in
dem Formhohlraum herrschenden Drücke bzw. Druckverläufe zu bekommen.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung war es daher, unter Vermeidung der im Stand der
Technik bekannten Nachteile, ein Verfahren bzw. eine Vorrichtung zu schaffen, mit der
Spritzgußformen sicher und wirksam entlüftet werden können und mit der der Druckverlauf
der Gießgase im Formhohlraum gemessen werden kann.
Zur Lösung dieser Aufgabe sieht die Erfindung gemäß Hauptanspruch vor, daß die Evakuie
rung durch Formspalte, denen Temperierbohrungen direkt zugeordnet sind, erfolgt und/oder
die Druckmessung über Spalte erfolgt, die mit den Spalten zur Evakuierung der Form in
direkter Verbindung stehen.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der nachgeordneten Ansprüche.
Die Erfindung wird in der Folge anhand eines Ausführungsbeispiels und unter Bezugnahme
auf die beigefügten Zeichnungsfiguren näher erläutert, die Folgendes zeigen:
Fig. 1 zeigt die Einbausituation der spaltbildenden Teileinsätze in der Ofenseite;
Fig. 2 zeigt die Einbausituation der spaltbildenden Teileinsätze in der Auswerferseite;
Fig. 3 zeigt vier parallele, aus fünf Teileinsätzen gebildete und übertrieben dargestellte
Spalte;
Fig. 4 zeigt ein Detail eines Teileinsatzes; und
Fig. 5 verschiedene, aus zwei Teileinsätzen gebildete Spaltformen und Spaltverläufe,
wobei jeweils ein Teileinsatz in der Ofenseite und der Auswerferseite angeordnet
ist.
Einsatz der Erfindung zum Entlüften oder Evakuieren von Druckgießformen:
Bei der Erfindung (Fig. 1 und 2), handelt es sich insbesondere um eine Alternative zu den
mechanisch betätigten Ventilen, die kostengünstiger zu fertigen und störungsunanfälliger ist,
weil sie ganz ohne mechanische Betätigung auskommt. Durch ihre spezielle Gestaltung ver
größert sie die Sprengfläche der Form nur unwesentlich und kann somit auch problemlos bei
Formen nachgerüstet werden. Sie gestattet beliebige Verläufe des Spaltes (Fig. 5) und er
weitert dadurch erheblich die Einsatzmöglichkeiten gegenüber den zur Zeit marktgängigen
Systemen. Durch eine parallele Anordnung mehrerer Spalte können im Vergleich zu kon
ventionellen Systemen auf kleinstem Raum sehr große Entlüftungsquerschnitte realisiert
werden.
Weil die Sprengfläche und damit verbunden die erforderlichen Schließkräfte beim Einsatz
der Erfindung nur unwesentlich steigen, können Maschinen mit geringeren Kostensätzen
genutzt werden. Zudem sind die Fertigungskosten der Erfindung niedriger als bei allen be
kannten Systemen.
Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus, daß ein oder mehrere nahezu parallele oder leicht
konische Spalte nahezu senkrecht oder ggf. senkrecht zur Formteilungsebene im Bereich des
die Gravur tragenden Formeinsatzes angeordnet sind. Eine Seite jedes Spaltes ist direkt oder
wird über ein Zulaufsystem mit dem Formhohlraum verbunden. Die andere Seite jedes
Spaltes mündet ins Freie oder in ein Zulaufsystem zum Vakuumtank oder auf die Meßfläche
eines Drucksensors. Eine der einen Spalt formenden Oberflächen liegt in der Regel in der
Ofenseite, die andere in der Auswerferseite. Es ist aber auch eine Anordnung in beiden
Formhälften oder ausschließlich in einer Formhälfte denkbar. Die Oberflächen des Spaltes
können direkt durch den Formeinsatz oder durch in den Formeinsatz einzusetzende Teilein
sätze (Fig. 3, 4) realisiert werden. Der Spalt kann im geschlossenen Zustand der Form nahe
zu gleichmäßig breit ausgebildet sein und nahezu beliebig in dem Formeinsatz verlaufen.
Der Spalt ist erheblich länger als breit. Durch diese Anordnung, insbesondere bei mehreren
Spalten, können große Entlüftungsquerschnitte, die zum Evakuieren bzw. Entlüften während
der kurzen Formfüllphase notwendig sind, bei geringerer Zunahme der Sprengfläche als bei
marktüblichen Systemen bereitgestellt werden.
Während des Formfüllvorgangs können bei einer Evakuierung über das Zulaufsystem zum
Vakuumtank Luft bzw. Gießgase aus der Form abgesaugt werden. Bei einer einfachen Ent
lüftung kann die beim Füllvorgang der Form komprimierte Luft über den Spalt in die Um
gebung austreten.
Am Ende des Formfüllvorgangs tritt die Schmelze in den Spalt ein und füllt diesen weitest
gehend. Während des Durchströmens durch den Spalt gibt die Schmelze Wärme an die be
grenzenden Oberflächen ab und erstarrt. In der Form kann sich der Nachdruck aufbauen,
ohne daß Schmelze über den Spalt aus der Form entweicht.
Der Wärmetausch kann durch eine Temperierung beeinflußt werden. Der Wärmefluß kann
durch Kupfer, das unmittelbar hinter der Stahloberfläche des Spaltes verläuft, verbessert
bzw. vergleichmäßigt werden. Ggf. Ist das Kupfer an des Temperiersystem anzubinden.
Nach der Erstarrung des Gußteiles wird die Form geöffnet und das Gußteil zusammen mit
dem im Spalt erstarrten Material ausgeworfen. Der Spalt wird frei für den nächsten Gieß-
bzw. Evakuierungszyklus. Dort, wo Auswerfer verlaufen, kann der Spalt lokal erweitert
sein.
Einsatz der Erfindung zum Messen des Druckverlaufes der Gießgase im Formhohlraum:
Will man den Druckverlauf beim Entlüften oder Evakuieren direkt im der Formhohlraum messen, dann benötigt man einen Sensor, der zum einen Drücke deutlich kleiner als 1 bar erfassen kann und andererseits den Drücken am Ende der Formfüllung und in der Nach druckphase, die 1000 bar überschreiten können, standhalten. Hinzu kommt eine wechselnde Temperaturbelastung zwischen Raumtemperatur und 750°C. Einen derartigen Sensor gibt es zur Zeit nicht auf dem Markt.
Will man den Druckverlauf beim Entlüften oder Evakuieren direkt im der Formhohlraum messen, dann benötigt man einen Sensor, der zum einen Drücke deutlich kleiner als 1 bar erfassen kann und andererseits den Drücken am Ende der Formfüllung und in der Nach druckphase, die 1000 bar überschreiten können, standhalten. Hinzu kommt eine wechselnde Temperaturbelastung zwischen Raumtemperatur und 750°C. Einen derartigen Sensor gibt es zur Zeit nicht auf dem Markt.
Mittels der oben beschriebenen Erfindung, die zu diesem Zweck leicht zu modifizieren ist,
kann der Druckverlauf der Gießgase während der Zwangsentlüftung in der Form während
des Gießprozesses überwacht und so eine direkte Qualitäts- und Prozeßüberwachung durch
geführt werden. An die vom Formhohlraum abgewandte Seite des Spaltes wird ein empfind
licher Drucksensor zum Messen der Gasdrücke angeschlossen. Durch den als Kühlstrecke
wirkenden Spalt, in dem das einströmende Material erstarrt, wird der Sensor vor der
Schmelze, bzw. vor der Einwirkung der hohen Drücke am Ende der Gießphase geschützt.
Bei dieser Meßanordnung kann solange der Druck der Gießgase gemessen werden, bis
Schmelze in den Spalt eindringt und den Druckausgleich der Gassäule unterbricht. Am Ende
des Formfüllvorgangs schützt das im Verlauf des Spaltes erstarrte Metall den Sensor vor der
Druckeinwirkung und hohen Temperaturen der Schmelze. Der Drucksensor kann, je nach
gewünschter Meßgenauigkeit über ein Bohrungssystem bzw. Schläuche vor hohen Tempe
raturen geschützt angeordnet werden.
Claims (27)
1. Verfahren zur Evakuierung und/oder Druckmessung in einer Druck- oder Spritzguß
form,
dadurch gekennzeichnet, daß
die Evakuierung durch Formspalte, denen Temperierbohrungen direkt zugeordnet sind,
erfolgt und/oder die Druckmessung über Spalte erfolgt, die mit den Spalten zur Evakuie
rung der Form in direkter Verbindung stehen.
2. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die folgenden Schritte:
- - Durchführung eines Druckausgleichs bzw. eines Massentransports (Gase) zu Beginn und während der Formfüllung einer metallischen Dauerform mit Schmelze über die Vorrichtung eines durch metallische Oberflächen gebildeten, den Formhohlraum wahlweise mit einer Evakuierungsanlage oder mit der Umgebung oder mit einer Druckmeßstelle verbindenden Spaltes;
- - Eintritt von Schmelze in den Spalt gegen Ende der Formfüllung, wobei wegen der hohen Temperaturdifferenz zwischen den Oberflächen des Spaltes und der Schmelze die im Spalt vorwärts fließende Schmelze Wärme mit den Oberflächen des Spaltes tauscht;
- - Erstarren der Schmelze im Spalt und Versperren des Spalts gegen die nachströmende Schmelze;
- - Druckaufbau in der in der Form verbliebenen Schmelze; und
- - Verdampfen des Trägermediums des aufgetragenen Formtrennmittels infolge der Temperierung nach dem Ausformen.
3. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge
kennzeichnet, daß innerhalb der Form Spalten, die mit dem Formhohlraum einerseits
und mit einer Evakuierungsvorrichtung andererseits verbunden sind, angeordnet und ih
nen direkt Drucksensoren und/oder Temperierbohrungen zugeordnet sind.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Spalte mittels Teilein
sätzen gebildet werden.
5. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Spalte senkrecht
zur Formteilungsebene angeordnet sind.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Spalte
selbst konisch ausgebildet sind.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß sich die
Höhe des Spaltes zur Formteilungsebene hin vergrößert.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Breite
des Spaltes sich senkrecht zur Ausformrichtung der Gußstücke erstreckt.
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Höhe
des Spaltes eine Ausformschräge bildet.
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Höhe
des Spaltes aus zwei keilförmig divergierenden, als Ausformschräge ausgebildeten Ober
flächen besteht.
11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Spalt
in beiden Formhälften unabhängig voneinander sowohl durch Teileinsätze als auch die
Formeinsätze selbst verläuft.
12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Spalt
etwa im Winkel der Ausformschrägen zur Ausformrichtung geneigt ist und sich die Flä
chen bei einer Bewegung in Ausformrichtung nicht durchdringen, wobei der Spalt in
beiden Formhälften unabhängig voneinander sowohl durch Teileinsätze oder die For
meinsätze selbst verläuft.
13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Tei
leinsätze Temperierbohrungen aufweisen.
14. Vorrichtung nach einem vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Tem
perierbohrungen mit einem Wärmeträgermaterial gefüllt sind.
15. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß das Wärmeträgermaterial
Wasser ist.
16. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß das Wärmeträgermaterial
Öl ist.
17. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß
die Temperierbohrungen mit einem Formtemperiersystem verbunden sind.
18. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß
die Temperierbohrungen Wärmeleitrohre führen.
19. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß
die Temperierbohrungen elektrische Heizpatronen aufnehmen.
20. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß
ein Teileinsatz aus einem gut wärmeleitenden Material vorgesehen ist.
21. Vorrichtung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß das Material Kupfer ist.
22. Vorrichtung nach Anspruch 20 oder 21, dadurch gekennzeichnet, daß der Teileinsatz
zusätzlich Temperierbohrungen aufweist und mit einem Temperiersystem verbunden ist.
23. Vorrichtung nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß das Temperiersystem
Wasser führt.
24. Vorrichtung nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß das Temperiersystem Öl
führt.
25. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 22 bis 24, dadurch gekennzeichnet, daß die
Temperierbohrungen Wärmeleitrohre aufnehmen können.
26. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 22 bis 24, dadurch gekennzeichnet, daß die
Temperierbohrungen Heizpatronen aufnehmen können.
27. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 26, dadurch gekennzeichnet, daß an die
vom Formhohlraum abgewandte Seite des Spaltes ein empfindlicher Drucksensor zum
Messen der Gasdrücke angeschlossen ist.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DE1995100005 DE19500005C2 (de) | 1995-01-01 | 1995-01-01 | Verfahren und Vorrichtung zur Evakuierung und/oder Druckmessung in einer Druck- oder Spritzgußform |
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Publications (2)
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DE19500005A1 DE19500005A1 (de) | 1996-07-04 |
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