DE19500005C2

DE19500005C2 - Verfahren und Vorrichtung zur Evakuierung und/oder Druckmessung in einer Druck- oder Spritzgußform

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Publication number: DE19500005C2
Application number: DE1995100005
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1995-01-01
Filing date: 1995-01-01
Publication date: 1997-09-25
Anticipated expiration: 2015-01-02
Also published as: DE19500005A1

Description

Einordnung der Erfindung

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.

Beschreibung des Stands der Technik

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.

Einführung in die technische Problemstellung

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.

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

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.