DE19531161C2 - Warmkammer-Druckgießmaschine - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Warmkammer-Druckgießmaschine zur Verarbeitung von Magnesium-Schmelzen, mit einem Gießbehälter mit einer Steigbohrung mit einem konusartigen Mundstück und mit einer an das Mundstück angesetzten Düse, sowie mit einer Heizeinrichtung zum Beheizen der Düse.

Beim Warmkammer-Gießverfahren befindet sich der Gießbehälter und der Gießkolben der Gießeinheit im flüssigen Metall. Da­ durch ist die Wirtschaftlichkeit des Warmkammerverfahrens be­ deutend höher als beim Kaltkammerverfahren.

Es ist auch bekannt, daß der Werkstoff Magnesium gut vergieß­ bar ist und durch sein niedriges Gewicht für viele Anwen­ dungsfälle interessant ist. Die Verarbeitungstemperatur von Magnesium liegt jedoch je nach Legierung zwischen 630°C und 660°C. Aufgrund dieser hohen Temperatur wird es notwendig, bei Warmkammer-Druckgießmaschinen der eingangs genannten Art eine Beheizung für die Düse und den Gießbehälter vorzusehen. Es ist bekannt, hierzu eine Gasbeheizung für Düse und Gießbe­ hälteransatz vorzusehen. Dies führt aber zu gewissen Nachtei­ len. Zum einen liegt eine offene Gasflamme vor, die aus Si­ cherheitsgründen überwacht werden muß. Es ist auch schwierig, die Düse mit einer gleichbleibenden Temperatur zu beheizen. Dies kann zu einer Verformung, insbesondere zu einer Verbie­ gung der Düse führen. Durch die Gasflammenbeheizung kann auch eine Entkohlung des sehr teuren Materials von Düse und Gieß­ behälter auftreten. Es wird daher an der Düse und am Gießbe­ hälter eine Temperaturkontrolle notwendig, um die Lebensdauer der Verschleißteile nicht unnötig zu verkürzen. Insbesondere bei der Verarbeitung von Magnesium sind offene Flammen aus Sicherheitsgründen unerwünscht.

Es sind zwar auch schon Beheizungen vorgeschlagen worden, die eine induktive Hochfrequenzbeheizung im Bereich der Düse vor­ sehen. Auch bei diesen Vorschlägen aber wird der Ansatz des Gießbehälters für die Anordnung der Düse mit Gas beheizt. Be­ züglich der dann verwendeten Gasheizung gelten die oben ange­ gebenen Nachteile. Da bei der Hochfrequenzheizung die Induk­ toren mit Wasser gekühlt werden müssen, besteht auch die Ge­ fahr, daß Wasser und Magnesium in unerwünschter Weise mitein­ ander reagieren.

Aus der DE-OS 21 41 551 ist eine luftgekühlte Düse für Me­ tallgießvorrichtungen bekannt, bei der die Düse über eine elektrische Widerstandsheizung erhitzt wird. Man hat dort, um eine Überhitzung der Düse zwischen den "Schüssen", wo eine im wesentlichen leere Düse vorliegt, deren elektrischer Wider­ stand größer ist als die mit dem Metall gefüllte Leitung, ei­ ne Luftkühlung vorgesehen, die in einem um die Düse gelegten Mantel in Kanälen strömt, die zwischen den einzelnen Windun­ gen eines wendelförmig gewickelten Stabes aus Rundmaterial gebildet werden, der mit einer äußeren Hülse und einer inne­ ren Hülse die Wände für den Luftführungskanal bildet. Die elektrische Widerstandsbeheizung erfolgt dort dadurch, daß das Zuführrohr und die Düse selbst mit einer Energiequelle verbunden werden und so unmittelbar als elektrischer Wider­ stand dienen.

Aus der EP 0 662 361 A1 ist schließlich noch ein Gießverfah­ ren bekannt, bei dem man eine Gießhülse mit einem in ihrem Inneren bewegten Kolben vorsieht und außerhalb dieser Hülse eine Reihe von elektrischen Leitstäben vorsieht, die wiederum von einer Wandung umgeben sind, um die eine Induktionsspule gewickelt ist. Dabei geht es dort vorwiegend darum, das zu vergießende Material in einem halbfesten Zustand zu halten. Zu diesem Zweck verwendet man dort zum Teil sehr niedrige Frequenzen, z. B. zwischen 300 und 1.000 Hz zur Beaufschlagung der Induktionsspule, schlägt aber gleichzeitig vor, um eine Überhitzung der elektrischen Leiterelemente zu vermeiden, diese als gerade Hohlrohre aus rostfreiem Stahl herzustellen, sie in einen Isolator einzubetten und sie mit Wasser zu küh­ len. Bei der dort gezeigten Gießeinrichtung handelt es sich um keine Warmkammerdruckgießmaschine. Die Anordnung und der Betrieb solcher Einrichtungen sind auch sehr aufwendig.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, bei einer Warmkammer-Druckgießmaschine zur Verarbeitung von Magnesium-Schmelzen ein Beheizungssystem vorzuschlagen, mit dem zum einen eine einfache Temperaturüberwachung möglich ist und mit dem die gewünschten hohen Temperaturen erreichbar sind, ohne daß jedoch die Sicherheit beeinträchtigt wird.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird bei einer Warmkammer-Druck­ gießmaschine der eingangs genannten Art vorgesehen, daß dem Mundstücksbereich des Gießbehälters und der Düse eine induk­ tiv arbeitende Heizeinrichtung zugeordnet ist, deren Indukto­ ren aus außen isolierten Rohren bestehen, die mit Mittelfre­ quenz oder mit einer an der unteren Grenze der Hochfrequenz liegenden Frequenz beaufschlagt und von Luft durchströmt sind. Der Erfindung liegt dabei zum einen die Überlegung zu­ grunde, daß auch verhältnismäßig niedrige Frequenzen zur Er­ zeugung der notwendigen Aufheizung ausreichend sind und daß man dann mit einer niedrigeren Kühlleistung auskommt, die durch Luft bewirkt werden kann. Die Gefahr, daß Wasser und Magnesium reagieren, wird auf diese Weise sicher ausgeschlos­ sen. Durch die induktive Beheizung läßt sich auch auf ver­ hältnismäßig einfache Weise eine gleichmäßige Erhitzung von Düse und Gießbehälteransatz erreichen und temperaturgesteuert durchführen. Die Betriebsfrequenzen für die Heizeinrichtung liegen dabei in der Größenordnung zwischen 8 kHz und 15 kHz. Die erfindungsgemäße Ausgestaltung ermöglicht auch eine re­ lativ einfache Herstellung der Induktionsheizung und der Küh­ leinrichtung. An einem Ende der Rohre kann dabei ein Luftein­ laß- und am anderen Ende ein Luftauslaßventil angeordnet sein, wobei das letztere temperaturgesteuert mehr oder weni­ ger öffnen kann, so daß auch auf verhältnismäßig einfache Weise eine gesteuerte Luftkühlung der Induktoren bewirkt wer­ den kann.

In Weiterbildung der Erfindung können die Rohre zu Hülsenkör­ pern gewickelt sein, die dann zu mehreren jeweils auf zylin­ drische Teile der zu beheizenden Einrichtung aufgeschoben werden können. So kann in Weiterbildung dieses Gedankens je einer der Hülsenkörper auf einen im Bereich des Mundstückes zylindrischen Ansatz des Gießbehälters, auf den an diesem Gi­ eßbehälterbereich angrenzenden Bereich der zylindrischen Düse und auf die Düse im Bereich ihres Mundstückes aufgeschoben sein. Diese Hülsenkörper lassen sich durch Verschieben an verschiedene Bereiche anpassen.

In Weiterbildung der Erfindung kann dabei der auf den Gießbe­ hälteransatz aufgeschobene Hülsenkörper diesen Ansatz nach außen überragen und zumindest den Anschlußbereich der Düse außen umgeben. Um dennoch jede Undichtheit feststellen zu können, kann in Weiterbildung der Erfindung innerhalb des vom Gießbehälter abragenden Hülsenkörpers und zwischen diesem und der Düse eine Überwachungseinheit für ausblühendes Magnesium­ oxid vorgesehen sein, die zweckmäßig als ein Ring mit einer Kontaktschleife ausgebildet ist. Obwohl daher vom Gießbehäl­ ter ab bis zum Düsenmundstück eine durchgehende Beheizung vorgesehen ist, wird die Gefahr weitgehend ausgeschlossen, daß Undichtheiten bei der Düsenmontage nicht bemerkt werden und Magnesium austritt.

Um die Abdichtung aber so gut wie möglich zu machen, kann in Weiterbildung der Erfindung der konische Anschlußbereich der Düse mit einem O-Ring zur Abdichtung im Bereich des konischen Mundstückes des Gießbehälters versehen sein und es ist mög­ lich, zur Abdichtung der Gießbehälterabdeckung gegenüber dem aus dieser herausragenden Teil des Gießbehälters, d. h. also unterhalb des zylindrischen Ansatzes, eine zwischen zwei Flanschringen eingespannte Dichtschnur vorzusehen. Diese Maß­ nahmen tragen mit zur Sicherheit der nun induktiv beheizten Gießeinheit bei.

Die Erfindung ist anhand eines Ausführungsbeispieles in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Schnittdarstellung des Austrittsbe­ reiches einer Warmkammer-Druckgießmaschine nach der Erfindung,

Fig. 2 die vergrößerte Darstellung des Bereiches der einge­ setzten und abgedichteten Düse mit der erfindungsge­ mäßen Beheizung,

Fig. 3 eine schematische Stirnansicht der dem Ansetzbereich der Düse und des Gießbehälters zugeordneten Behei­ zungseinrichtung und

Fig. 4 eine schematische perspektivische Darstellung des Aufbaues der zur Beheizung vorgesehenen Induktoren.

In der Fig. 1 ist ein Teil einer Warmkammer-Druckgießmaschine gezeigt, die zur Verarbeitung von Magnesium eingesetzt wird.

Das flüssige Magnesium befindet sich dabei bei Temperaturen von ca. 630-680°C innerhalb des nicht näher gezeigten Behäl­ ters (1). In diesen Behälter (1) ragt durch eine Abdeckung (2) ein Gießbehälter (3) herein, der eine Steigbohrung (4) mit einem konusartig ausgebildeten Mundstück (5) besitzt. Im Gießbehälter (3) befindet sich außerdem auch ein nicht näher gezeigter Gießkolben, der über die Kolbenstange (6) in be­ kannter Weise von oben in den Gießzylinder (7) hereingeführt wird, der sich aus dem Flüssigkeitsbehälter (1) mit der zu vergießenden Flüssigkeitsmenge füllt, ehe der Kolben die Ein­ füllöffnung bei seiner Bewegung abschließt und das flüssige Metall durch die Steigbohrung (4) nach oben drückt.

In das Mundstück (5) des Gießbehälters (3) eingesetzt ist ei­ ne Düse (8), die mit ihrem Mundstück (9) bis in den Angußbe­ reich der Form (10) reicht, die nur schematisch angedeutet ist.

Gemäß der Erfindung ist nun auf den in etwa zylindrischen An­ satz (11) des Gießbehälters (3) ein hülsenförmiger induktiver Heizkörper (12) aufgeschoben. Zwei weitere hülsenförmige in­ duktive Heizkörper (13 und 14) sind auf den mittleren Bereich der Düse (8) bzw. auf den Bereich des Mundstückes (9) der Dü­ se (8) aufgeschoben. Dabei kann dies dadurch geschehen, daß der Hülsenkörper (12) noch vor der Montage der Düse (8) auf­ geschoben wird, daß dann die Düse (8) in ihre konusartige An­ schlußöffnung (5) eingesetzt wird und dann die beiden Hülsen­ körper (13 und 14) auf die Düse aufgeschoben werden. Eine ge­ sonderte Befestigung ist nicht notwendig, weil die Hülsenkör­ per (13 und 14) wegen der leichten Schrägstellung der Düse (8) von selbst gehalten werden und der Hülsenkörper (12) auf dem ebenfalls leicht schrägen Ansatz (11) auch ohne gesonder­ te Befestigungsmittel hält. Alle Heizkörper (12, 13, 14) kön­ nen, da eine Befestigung fehlt, sehr leicht von Hand verscho­ ben werden, um auf diese Weise die optimale Temperatur in den entsprechenden Bereichen zu erhalten.

Der Hülsenkörper (12) ist so auf den Ansatz (11) aufgesetzt, daß er dessen Stirnende nach außen überragt. Der Hülsenkörper (12) überragt dabei auch eine Mutter (15), die zur späteren Demontage der Düse (8) auf diese aufgeschraubt ist, sowie ei­ ne Überwachungseinrichtung, die an der Innenseite des Hülsen­ körpers (12) in der Form eines mit einer Kontaktschleife ver­ sehenen Ringes (16) angeordnet ist. Zum Mundstück (9) der Dü­ se (8) hin liegt vor dem Stirnende des Hülsenkörpers (12) ein Schutzblech (17), das unerwünschtes Eindringen von eventuell nach hinten spritzender Magnesiumschmelze verhindern soll.

Die Überwachungseinrichtung (16) dient beim Ausführungsbei­ spiel dazu, Magnesiumausblühungen in dem Hohlraum (18) zwi­ schen dem Hülsenkörper (12) und der Düse (8) zu erfassen, die beispielsweise durch eine Undichtheit zwischen dem Ansatz (11) und der Düse (8) oder auch durch Undichtheiten im Be­ reich des Halses (19) des Gießbehälters (3) und durch dadurch in dem Bereich innerhalb des Hülsenkörpers (12) gelangendes Magnesium auftreten könnten.

Fig. 2 zeigt, daß man zur besseren Abdichtung zwischen Ansatz (11) des Gießbehälters (3) und Düse (8) einen O-Ring (20) auf den Konusbereich der Düse (8) aufgebracht hat. Im Bereich des Halses (19) des Gießbehälters (3) ist eine umlaufende Dicht­ schnur (21) vorgesehen, die zwischen zwei Flanschringen (22 und 23) eingespannt ist und so die erforderliche Abdichtung zwischen der Abdeckung (2) für die Metallschmelze und dem Hals (19) des Gießbehälters (3) bewirkt. Der Flanschring (22) ist dabei fest mit der Abdeckung (2) verschweißt. Der Flanschring (23) besteht aus asbestfreiem keramischen Materi­ al. Dadurch wird erreicht, daß das induktive Feld nicht ge­ stört wird. Die Heizwirkung kann sonst optimal ausgenutzt werden.

Die Fig. 3 und 4 lassen zusammen mit Fig. 2 erkennen, daß die Hülsenkörper (12, 13 und 14), die als Induktoren ausgebildet sind, jeweils aus wendelförmig gewickelten und außen isolier­ ten Kupferrohren (24) bestehen, an denen, wie in Fig. 4 sche­ matisch angedeutet ist, sowohl die notwendige Frequenz zur Erzeugung des Wechselmagnetfeldes über einen entsprechenden Generator (25) angelegt ist, als auch eine Beaufschlagung mit Luft im Sinne des Pfeiles (26) erfolgt. Die im Sinn des Pfei­ les (26) zugeführte Luft dient als Kühlluft für die Indukto­ ren. Sie tritt über ein Auslaßventil (27) wieder aus, das temperaturgesteuert öffnet oder schließt. Mit höher werdender Temperatur, die durch einen Sensor ermittelt wird, öffnet das Ventil (27) immer mehr, so daß dann, wenn die Rohre (24) im Betrieb zu heiß werden, eine entsprechende bessere Kühlung durch mehr durchströmende Luft erfolgt.

Die Fig. 4 zeigt, daß sich die Kupferrohre (24) in einfacher Weise zu den Hülsenkörpern (12, 13 und 14) wickeln lassen. Natürlich werden die so gebildeten Induktoren, die luftge­ kühlt werden können, außen noch mit einer Wärmeisolierung versehen, ehe sie in ihre entsprechenden Montagestellungen geschoben werden.

Das dem Mundstück (9) zugewandte Stirnende des Hülsenkörpers (14) ist ebenfalls mit einem Schutzblech (28) versehen. Die Induktoren werden vom Generator (25) aus mit einer Art Mit­ telfrequenz versorgt, d. h. mit einer Frequenz, die in der Größenordnung zwischen 8 kHz und 15 kHz liegt. Beim Betrieb der Induktoren mit einer solchen Frequenz ist Luftkühlung möglich, die insbesondere auch durch die besondere Art der Ausbildung der Induktoren ermöglicht wird. Durch diese Maß­ nahmen besteht keine Gefahr, daß Kühlwasser mit etwa austre­ tendem Magnesium in Berührung kommen kann. Eine Reaktion zwi­ schen Magnesium und Wasser wird daher ausgeschlossen. Die An­ ordnung der Überwachungseinrichtung (16) wiederum sorgt da­ für, daß der an sich im Betrieb nicht einsichtige Hohlraum (18) sicher überwacht werden kann.

Zum Abbau der Düse (8) werden die Hülsenkörper (14 und 13) nach dem Abschalten der Maschine nach vorne von der Düse (8) heruntergezogen. Dies ist in einfacher Weise von Hand mög­ lich. Anschließend wird der Hülsenkörper (12) vom Ansatz (11) heruntergezogen, was auch von Hand geschehen kann, so daß dann die Demontage der Düse (8) in der bekannten Weise durch die Betätigung der Abdrückmutter (15) erfolgen kann. Durch diese Ausgestaltung wird es aber auch möglich, z. B. bei einem kurzen Stillstand der Maschine den vorderen Hülsenkörper (14) im abgefahrenen Zustand über die Düsenspitze zu ziehen, so daß dann beim Start sofort ab dem ersten Schuß wieder die richtige Temperatur an der Düsenspitze erreicht wird.

Claims (14)

1. Warmkammer-Druckgießmaschine zur Verarbeitung von Mag­ nesium-Schmelzen, mit einem Gießbehälter (3) mit einer Steigbohrung (4) mit einem konusartigen Mundstück (5) und mit einer an das Mundstück angesetzten Düse (8), sowie mit einer Heizeinrichtung zum Beheizen der Düse (8), dadurch gekennzeichnet, daß dem Mundstückbereich (11) des Gießbehälters und der Dü­ se (8) eine induktiv arbeitende Heizeinrichtung (12, 13, 14) zugeordnet ist, deren Induktoren (12, 13, 14) aus außen isolierten Rohren (24) bestehen, die mit Mit­ telfrequenz oder mit einer an der unteren Grenze der Hochfrequenz liegenden Frequenz beaufschlagt und von Luft durchströmt sind.

2. Warmkammer-Druckgießmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Betriebsfrequenz für die Hei­ zeinrichtungen in der Größenordnung zwischen 10 kHz und 15 Khz liegt.

3. Warmkammer-Druckgießmaschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß an einem Ende der Rohre (24) ein Lufteinlaß (26) und am anderen Ende ein Auslaßventil (27) angeordnet ist, wobei letzteres temperaturgesteu­ ert mehr oder weniger öffnet.

4. Warmkammer-Druckgießmaschine nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohre (24) zu Hülsenkörpern (12, 13, 14) gewickelt sind.

5. Warmkammer-Druckgießmaschine nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß je einer der Hülsenkörper (12, 13, 14) auf einen im Bereich des Mundstückes zylindrischen Ansatz (11) des Gießbehälters, auf den an diesen Gieß­ behälterbereich angrenzenden Bereich der Düse (8) und auf die Düse im Bereich des Mundstückes (9) aufgescho­ ben ist.

6. Warmkammer-Druckgießmaschine nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der auf den Gießbehälteransatz (11) aufgeschobene Hülsenkörper (12) den Ansatz (11) nach außen überragt und zumindest den Anschlußbereich der Düse (8) außen umgibt.

7. Warmkammer-Druckgießmaschine nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülsenkörper (12, 13, 14) durch Verschieben an verschiedene Bereiche anpaßbar sind.

8. Warmkammer-Druckgießmaschine nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß vor der vom Gießbehälter (3) weg­ weisenden Stirnfläche des auf den Gießbehälteransatz (11) aufgesetzten Hülsenkörpers (12) und am äußeren En­ de des auf das Mundstück der Düse (8) aufgeschobenen Hülsenkörpers (14) Schutzbleche (17 bzw. 28) vorgesehen sind.

9. Warmkammer-Druckgießmaschine nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb des vom Ansatz (11) abra­ genden Hülsenkörpers (12) und zwischen diesem und der Düse (8) eine Überwachungseinheit (16) für ausblühendes Magnesiumoxid vorgesehen ist.

10. Warmkammer-Druckgießmaschine nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Überwachungseinheit als ein Ring (16) mit einer Kontaktschleife ausgebildet ist, der am Hülsenkörper (12) befestigt ist.

11. Warmkammer-Druckgießmaschine nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der konische Anschlußbereich der Düse (8) mit einem O-Ring (20) zur Abdichtung im Be­ reich des konischen Mundstückes (5) des Gießbehälters (3) versehen ist.

12. Warmkammer-Druckgießmaschine nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß zur Abdichtung der Gießbehälterab­ deckung (2) gegenüber den aus dieser herausragenden Hals (19) des Gießbehälters (3) eine zwischen zwei Flanschringen (22 und 23) eingespannte Dichtschnur (21) vorgesehen ist.

13. Warmkammer-Druckgießmaschine nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß ein Flanschring (22) fest mit der Abdeckung (2) verschweißt ist.

14. Warmkammer-Druckgießmaschine nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Flanschring (23) aus asbestfreiem keramischen Material besteht.