DE19807567A1 - Druckgußmaschine und Druckgußverfahren - Google Patents

Description

Hintergrund der Erfindung

Diese Erfindung bezieht sich auf eine Druckgußmaschine (injection molding machine) zum Formen eines Erzeugnisses mit einem gewünschten Profil bzw. einer gewünschten Form durch Injizieren von geschmolzenem Metall in eine Metallform mit Hilfe eines Kolbens und auf ein Druckgußverfahren zum Formen eines solchen Erzeugnisses.

Die Fig. 8A und 8B der begleitenden Zeichnungen illustrieren eine typische bekannte Metalldruckgußmaschine mit einem Schmelztiegel (nicht gezeigt) zur Aufbewahrung von geschmolzenem Metall 10' und einem Kolben 12', dessen unterer Bereich in das geschmol­ zene Metall 10' in dem Schmelztiegel eingetaucht ist, wobei das geschmolzene Metall 10' von dem Kolben 12' einer Injektionsdüse 14' zugeführt und dann in eine Metallform 16' inji­ ziert wird. Der Kolben 12' weist einen in das geschmolzene Metall 10' eintauchenden Zylin­ derabschnitt 18' und ein Kolbenelement 20' auf, das sich innerhalb des Zylinderabschnitts 18' gleitend hin und her bewegt, wobei der Zylinderabschnitt 18' ein durch einen oberen Be­ reich seiner Seitenwand gebohrtes Durchgangsloch 22' aufweist, durch das das geschmol­ zene Metall 10' in den Zylinderabschnitt 18' geführt wird. Eine Stange 24' ist mit dem Kol­ benelement 20' an einem seiner Enden und mit einer entsprechenden Stange 28' eines weiteren in einem hydraulischen Zylinder 26' untergebrachten Kolbenelement 30' an dem anderen Ende verbunden.

Die gezeigte bekannte Druckgußmaschine funktioniert wie im Folgenden beschrieben. Wie in Fig. 8A gezeigt, wird zunächst das Kolbenelement 30' des Hydraulikzylinders 26' ange­ hoben, um das Kolbenelement 20' des Kolbens 12' mittels der Stangen 24' und 28' über das Durchgangsloch 22' zu heben. Da das Durchgangsloch 22' unter der Oberfläche L' des ge­ schmolzenen Metalls 10' angeordnet ist, strömt das geschmolzene Metall 10' in den Zylin­ derabschnitt 18'. Daraufhin wird das Kolbenelement 30' des Hydraulikzylinders 26' nach un­ ten bewegt, um das Kolbenelement 20' des Kolbens 12' abzusenken, und nachdem das Kolbenelement 20' das Durchgangsloch 22' passiert hat, wird das geschmolzene Metall 10' in den Zylinderabschnitt 18' und zu einer Bewegung aus der Düse 14' heraus gedrängt, bis es durch den Auslaß der Düse 14' in einen Hohlraum der Metallform 16' injiziert wird. Wenn das Metall in der Metallform 16' erstarrt ist, wird die Metallform 16' öffnet, um das Gußer­ zeugnis herauszunehmen. Danach wird das Kolbenelement 30' des Hydraulikzylinders 26' angehoben, um das Kolbenelement 20' des Kolbens 12' hochzuziehen, wie in Fig. 8B ge­ zeigt. Dann bewegt sich das geschmolzene Metall 10' in dem Zylinderabschnitt 18' von der Düse 14' zurück, wenn das Kolbenelement 20' hochgezogen wird, und wenn das Kol­ benelement 20' das Durchgangsloch 22' passiert hat, fällt es, bis seine Oberfläche mit dem Pegel L' der Oberfläche des geschmolzenen Metalls 10' in dem Schmelztiegel überein­ stimmt, weil das Innere des Kolbens 12' unter Atmosphärendruck steht.

Bei der oben beschriebenen Metallgußmaschine nach dem Stand der Technik wird das ge­ schmolzene Metall 10' in der Düse 14' bei jedem Druckgußzyklus zu einer Vor- und Rück­ bewegung zwischen dem Düsenende und dem Pegel L' des geschmolzenen Metalls in dem Schmelztiegel gebracht, so daß es einen relativ langen Transportweg durchfährt, wobei das geschmolzene Metall 10' bei der Injektion in großem Umfang Blasen aufnehmen kann. Zu­ sätzlich bedeutet ein langer Transportweg eine lange Druckgußzykluszeit und eine geringe Effizienz.

Vorgeschlagen wurde eine Druckgußmaschine wie in den Fig. 9A und 9B gezeigt, die gegenüber der oben beschriebenen bekannten Maschine eine Verbesserung bringt, indem sie zusätzlich zu den Merkmalen der Maschine aus den Fig. 8A und 8B ein Rücksperr­ ventil 34' am Boden des Zylinderabschnitts 18' vorsieht, so daß geschmolzenes Metall 10' aus dem Schmelztiegel in den Zylinderabschnitt 18' strömen kann, jedoch nicht aus dem Zylinderabschnitt 18' zurückströmen kann, und daher das geschmolzene Metall 10' zwangs­ läufig durch den Injektionsweg 15' bewegt und durch die Düse 14' injiziert wird.

Bei diesem Aufbau kann jedoch das geschmolzene Metall 10' in dem Injektionsweg 15' über den gesamten Weg zu der Spitze der Düse 14' verbleiben, um die Anfangsrate der Injektion des geschmolzenen Metalls bei dem nächsten Druckgußzyklus zu verschlechtern, so daß die Gußerzeugnisse auf der Oberfläche Unregelmäßigkeiten zeigen können.

In Anbetracht der oben beschriebenen technologischen Probleme ist es daher Aufgabe der Erfindung, eine Druckgußmaschine mit einer einfachen Struktur anzugeben, die dazu ausge­ legt ist, einen Druckgußbetrieb mit kurzer Zykluszeit durchzuführen, so daß die Gußerzeug­ nisse eine verbesserte Oberfläche zeigen. Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, ein eine solche Maschine verwendendes Druckgußverfahren anzugeben.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch eine Druckgußmaschine (injection mol­ ding machine) mit einem Kolben (plunger) mit einer Düse zum Injizieren von aus dem Kol­ ben zugeführtem geschmolzenen Metall in eine Metallform und einem innerhalb eines Zylin­ derabschnitts des Kolbens angeordneten und zu einer gleitenden Hin-und-Herbewegung ausgelegten Kolbenelement (piston). Die Maschine ist dadurch gekennzeichnet, daß sie aufweist eine Kolbenelementantriebseinheit, etwa einen Hydraulikzylinder, zum Antreiben des Kolbenelements zu einer gleitenden Hin-und-Herbewegung, ein Stoppelement zum Steuern der zurückgezogenen Position der Kolbenelementantriebseinheit und eine Positi­ onsauswahleinheit zum Definieren einer vorgefahrenen Position und einer zurückgezogenen Position des Stoppelements. Vorzugsweise beinhaltet die erfindungsgemäße Druckgußma­ schine ferner ein Umschaltventil zum Verändern der Richtung des hydraulischen Drucks entsprechend dem gleitenden Hub des Kolbenelements. Die Einrichtung zum Einführen des geschmolzenen Metalls in den Zylinderabschnitt kann aufweisen ein Durchgangsloch und ein Rücksperrventil, im Boden des Zylinders angeordnet, oder ein durch die Seitenwand des Zylinders gebohrtes Durchgangsloch und ein in dem Kolbenelement angeordnetes Rück­ sperrventil. Die Maschine beinhaltet ferner ein Positionsregulierelement zum Steuern der zurückgezogenen Position des Stoppelements.

Zu der erfindungsgemäßen Druckgußmaschine ist ferner vorgesehen ein Druckgußverfah­ ren mit den Schritten des Absenkens des Kolbenelements zum Injizieren des geschmolze­ nen Metalls aus der Innenseite des Zylinders durch die Düse, des das Stoppelement zum in die Kolbenelementantriebseinheit Hineinragen Bringens mit Hilfe der Positionsauswahlein­ heit und zum Stoppen des zurückfahrenden Kolbenelements in einer vorbestimmten Position durch Anschlag gegen einen bewegbaren Bereich der Kolbenelementantriebseinheit, des Einführens des geschmolzenen Metalls in den Zylinderabschnitt mit Hilfe des Rücksperr­ ventils, des Öffnens der Metallform zum Herausnehmen eines Gußerzeugnisses in diesem Zustand, des darauffolgenden Zurückfahrens des Stoppelements mit Hilfe der Positions­ auswahleinheit und des das Kolbenelement sich nach oben bewegen Lassens, um das ge­ schmolzene Metall in dem Kolben zum Zurückziehen in eine mittlere Position etwas hinter der Düse für den nächsten Druckgußzyklus zu bringen.

Fig. 1 ist eine schematische Querschnittsansicht eines Ausführungsbeispiels einer erfin­ dungsgemäßen Druckgußmaschine und zeigt einen Gußschritt.

Fig. 2 ist eine schematische Querschnittsansicht des Ausführungsbeispiels für die erfin­ dungsgemäße Druckgußmaschine und zeigt den dem Schritt aus Fig. 1 folgenden Guß­ schritt.

Fig. 3 ist eine schematische Querschnittsansicht des Ausführungsbeispiels der erfindungs­ gemäßen Druckgußmaschine und zeigt den dem Schritt aus Fig. 2 folgenden Gußschritt.

Fig. 4 ist eine schematische Querschnittsansicht des Ausführungsbeispiels der erfindungs­ gemäßen Druckgußmaschine und zeigt den dem Schritt aus Fig. 3 folgenden Gußschritt.

Fig. 5 ist eine schematische Querschnittsansicht des Ausführungsbeispiels der erfindungs­ gemäßen Druckgußmaschine und zeigt den dem Schritt aus Fig. 4 folgenden Gußschritt.

Fig. 6 ist eine schematische Querschnittsansicht des Ausführungsbeispiels der erfindungs­ gemäßen Druckgußmaschine und zeigt den dem Schritt aus Fig. 5 folgenden Gußschritt.

Fig. 7 ist eine schematische Querschnittsansicht eines Ausführungsbeispiels für eine erfin­ dungsgemäße Druckgußmaschine.

Fig. 8A und 8B sind schematische Längsschnittansichten einer bekannten Druckgußma­ schine und zeigen Gußschritte.

Fig. 9A und 9B sind schematische Längsschnittansichten einer weiteren bekannten Druckgußmaschine und zeigen Gußschritte.

Die Erfindung wird nun anhand der Fig. 1-7 beschrieben, die ein erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel zeigen. Wie in Fig. 7 gezeigt, ist eine Druckgußmaschine ausgelegt zum Druckguß geschmolzenen Metalls 10, etwa Zink, und weist einen Schmelztiegel (nicht gezeigt) zur Aufbewahrung des geschmolzenen Metalls 10 und einen Kolben 12 auf, dessen untere Hälfte in das geschmolzene Metall 10 in dem Schmelztiegel getaucht ist. Der Kolben 12 weist einen Injektionsweg 15 zum Zuführen von geschmolzenem Metall 10 zu einer an dem Vorderende des Injektionswegs 15 angeordneten und mit einer Injektionsöffnung 17 einer Metallform 16 verbundenen Injektionsdüse 14 auf.

Der Kolben 12 weist einen in das geschmolzene Metall 10 eingetauchten Zylinderabschnitt 18 und ein zur gleitenden Hin-und-Herbewegung innerhalb des Zylinders 18 ausgelegtes Kolbenelement 20 auf. Durch den Boden des Zylinders 18 ist ein Durchgangsloch 22 ge­ bohrt, um das geschmolzene Metall 10 in den Zylinderabschnitt 18 zu führen, und in dem Durchgangsloch 22 ist an einer der Innenseite des Zylinderabschnitts 18 nahen Position ein Rücksperrventil 34 angeordnet.

Eine Stange 24 ist an einem ihrer Enden an dem Kolbenelement 20 und an dem entgegen­ gesetzten Ende an einer weiteren Stange 28 eines weiteren Kolbenelements 30 eines über dem Kolben 12 zum Antrieb des Kolbenelements 30 angeordneten Hydraulikzylinders 26 verbunden. Der Hydraulikzylinder 26 ist dazu ausgelegt, durch über bzw. unter dem Kol­ benelement 30 angeordnete Öffnungen 36 und 37 mit Hydrauliköl versorgt zu werden und dieses abzugeben.

Oben in dem Hydraulikzylinder 26 ist ein stangenförmiges Stoppelement 40 zum Steuern der angehobenen Position des Kolbenelements 30, also der zurückgezogenen Position des Kol­ benelements 20, angeordnet. Das Stoppelement 40 ist an einem seiner Enden an einem Kolbenelement 42 eines Hydraulikzylinders 44 befestigt. Der Hydraulikzylinder 44 funktio­ niert als Positionsauswahleinheit zum Halten des Stoppelements 40 in der vorgefahrenen Position oder der zurückgefahrenen Position. Mit Hilfe eines Rohrleitungssystems (nicht ge­ zeigt) wird an die Hydraulikölöffnungen 46, 47 des Hydraulikzylinders 44 Hydraulikdruck an­ gelegt, und in dem Rohrleitungssystem ist ein Solenoidventil 48 angeordnet, das ein Um­ schaltventil zum Steuern des Betriebs des Hydraulikzylinders 44 ist.

Entsprechend Fig. 7 liegt zwischen der Stange 28 und dem Hydraulikzylinder 26 eine Hülse 49, um ein Ölauslecken zu verhindern, und an das Kolbenelement 30 ist ein Dichtungsele­ ment 50 angepaßt, um in Kontakt mit der Zylinderwandoberfläche zu stehen. Ein weiteres Dichtungselement 52 ist an das Kolbenelement 42 angepaßt, um ebenfalls Ölauslecken zu verhindern. Von der Oberseite des Hydraulikzylinders 44 steht in seiner Position einstellbar ein Positionsregulierelement 56 vor, um die höchste Position des Kolbenelements 42 zu steuern.

Das oben beschriebene Ausführungsbeispiel für die Druckgußmaschine funktioniert wie folgt. Wie in Fig. 1 gezeigt, strömt, wenn das Kolbenelement 20 angehoben wird, das ge­ schmolzene Metall 10 durch das Durchgangsloch 22 und das Rücksperrventil 34 in den Zy­ linderabschnitt 18, bis das Innere des Zylinderabschnitts 18 mit geschmolzenem Metall 10 angefüllt ist. Dann wird gemäß Fig. 2 an den Hydraulikzylinder 26 Hydraulikdruck angelegt, um das Kolbenelement 30 und dann mittels der Stangen 28, 24 das Kolbenelement 20 ab­ zusenken. Da das Rücksperrventil 34 in diesem Zustand geschlossen ist, kann das ge­ schmolzene Metall 10 durch den Injektionsweg 15 in die Metallform 16 injiziert werden.

Nach der Injektion wird das Solenoidventil 48 geschlossen, um an den Hydraulikzylinder 44 Hydraulikdruck anzulegen und das Kolbenelement 42 abzusenken, bis das Stoppelement 40 in den Hydraulikzylinder 26 vorsteht, wie in Fig. 3 gezeigt. Danach wird das Kolbenelement 30 angehoben, bis es an das Stoppelement 40 anschlägt, indem über die Öffnung 37 des Hydraulikzylinders 26 Hydraulikdruck angelegt wird, wie in Fig. 4 gezeigt. Folglich befindet sich das Kolbenelement 20 in einer etwas angehobenen Position, so daß das geschmolzene Metall 10 durch das Durchgangsloch 22 und das Rücksperrventil 34 in den Zylinderabschnitt 18 strömen kann, um das Innere des Zylinderabschnitts 18 teilweise zu füllen.

Die bewegbare Hälfte der Metallform 16 wird geöffnet, wenn das injizierte Metall ausrei­ chend abgekühlt ist, und gemäß Fig. 5 wird ein Gußerzeugnis 60 entnommen. Daraufhin wird das Solenoidventil 48 so geschaltet, daß über die Öffnung 47 Hydraulikdruck an den Hydraulikzylinder 44 angelegt wird, und das Kolbenelement 42 angehoben wird, wie in Fig. 6 gezeigt. Gleichzeitig wird das Kolbenelement 20 angehoben, so daß das geschmolzene Metall 10 in dem Injektionsweg 15 von der Düse 14 um eine dem Anheben des Kolbenele­ ments 20 entsprechende Strecke zurückgezogen wird. Die Zurückziehstrecke entspricht ferner dem Zurückziehhub des Stoppelements 40, nachdem das geschmolzene Metall 10 zunächst in den Zylinderabschnitt 18 eingeführt ist, so daß das geschmolzene Metall 10 nicht auf den Oberflächenpegel L des geschmolzenen Metalls 10 in dem Schmelztiegel ge­ langt. Der Zurückziehhub des Stoppelements 40 kann durch Einstellen der vorspringenden Position des Positionsregulierelements 56 reguliert werden, so daß das Vorderende des geschmolzenen Metalls 10 in dem Zylinderabschnitt 16 auf eine ausgewählte Position zu­ rückgezogen wird.

Bei dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel für die Druckgußmaschine und das Druckgußverfahren kann das Vorderende des zu injizierenden geschmolzenen Metalls auf der ausgewählten Position durch Regulieren der Rückziehposition des Stoppelements 40 gehalten werden, so daß das Vorderende des zu injizierenden geschmolzenen Metalls auf einer solchen Position gehalten werden kann, mit der die Injektionsrate des geschmolzenen Metalls erheblich erhöht werden kann und die zur Minimierung von Luftblasen, die in das Gußerzeugnis eingebracht werden können, optimal ist. Dadurch kann ein Druckguß realisiert werden, bei dem Oberflächenqualität und Herstellungsrate des Erzeugnisses hervorragend sind.

Anzumerken ist, daß die Struktur und das Verfahren des Regulierens der Rückziehbewe­ gung des Schmelzmetallinjektionskolbenelements solange geeignet ausgewählt werden können, wie die Rückziehbewegung des Kolbenelements schrittweise reguliert werden kann. Es kann ferner alternativ ein Kolben mit einer von der in dem obigen Ausführungsbeispiel unterschiedlichen Struktur verwendet werden. Z. B. kann das Durchgangsloch zum Einfüh­ ren von geschmolzenem Metall durch die Seitenwand des Zylinderabschnitts gebohrt sein und ein Rücksperrventil innerhalb des Kolbenelements auf solche Weise angeordnet sein, sein, daß das geschmolzene Metall in dem Kolbenelement innerhalb des Zylinderabschnitts nach unten, jedoch nicht nach oben oder seitwärts in dem Kolbenelement strömen kann.

In dieser Weise kann eine erfindungsgemäße Druckgußmaschine geschmolzenes Metall 10 mit einer erheblich höheren Rate bei einer kurzen Injektionsstrecke injizieren, um Gußer­ zeugnisse ohne wesentliche Störungen der Oberfläche in effizienter Weise herzustellen.

Das erfindungsgemäße Druckgußverfahren kann die Strecke regulieren, um die sich das geschmolzene Metall 10 in dem Kolben 12 von der Düse 14 zurückzieht, um das geschmol­ zene Metall 10 unter optimalen Bedingungen zu injizieren und Gußerzeugnisse ohne we­ sentliche Störungen der Oberfläche in effizienter Weise zu erzeugen.

Claims (3)

1. Druckgußmaschine mit einem Kolben (12), einer Düse (14) zum Injizieren von aus dem Kolben (12) zugeführtem geschmolzenen Metall (10) in eine Metallform (16) und einem innerhalb eines Zylinderabschnitts (18) des Kolbens (12) angeordneten und zu einer gleiten­ den Hin-und-Herbewegung ausgelegten Kolbenelement (20), dadurch gekennzeichnet, daß sie aufweist eine Kolbenelementantriebseinheit (26) zum Antreiben des Kolbenelements (20) zu einer gleitenden Hin-und-Herbewegung, ein Stoppelement (40) zum Steuern der zurück­ gezogenen Position der Kolbenelementantriebseinheit (26) und eine Positionsauswahleinheit (42, 44) zum Definieren einer vorgefahrenen Position und einer zurückgezogenen Position des Stoppelements (40).

2. Druckgußmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kolbenele­ mentantriebseinheit (26) und die Positionsauswahleinheit (42, 44) hydraulische Antriebsein­ heiten sind und ein Umschaltventil (48) zum Verändern der Richtung des hydraulischen Drucks entsprechend dem Gleithub des Kolbenelements (20) und ein Positionsregulierele­ ment (56) zum Steuern der zurückgezogenen Position des Stoppelements (40) aufweisen.

3. Druckgußverfahren mit den Schritten: Vorsehen einer Düse (14) zum Injizieren von geschmolzenem Metall (10) in eine Metallform (16), ein Kolbenelement (20) zur gleitenden Hin-und-Herbewegung in einem Zylinderabschnitt (18) zum Einführen des geschmolzenen Metalls (10) in den Zylinderabschnitt (18), gekennzeichnet durch die weiteren Schritte: Vorsehen einer Kolbenelementan­ triebseinheit (26) zum Antreiben des Kolbenelements (20) zu einer gleitenden Hin-und- Herbewegung, eines Stoppelements (40) zum Steuern der zurückgezogenen Position der Kolbenelementantriebseinheit (26) und einer Positionsauswahleinheit (42, 44) zum Definie­ ren einer vorgefahrenen Position und einer zurückgezogenen Position für das Stoppelement (40); Absenken des Kolbenelements (20) zum Injizieren des geschmolzenen Metalls (10) aus dem Inneren des Zylinderabschnitts (18) durch die Düse (14); das Stoppelement (40) mit Hilfe der Positionsauswahleinheit (42, 44) zum Vorstehen in die Kolbenelementan­ triebseinheit (26) und zum das zurückgezogene Kolbenelement (20) in einer vorbestimmten Position durch Anschlag gegen einen beweglichen Bereich der Kolbenelementantriebsein­ heit Stoppen Bringen; Einführen des geschmolzenen Metalls (10) in den Zylinderabschnitt (18) zum teilweise Füllen des Zylinderabschnitts (18); daraufhin Öffnen der Metallform (16) zum Herausnehmen eines Gußerzeugnisses (60); Zurückziehen des Stoppelements (40) mit Hilfe der Positionsauswahleinheit (42, 44); und das Kolbenelement (20) sich nach oben be­ wegen Lassen, um das geschmolzene Metall (10) in dem Injektionsweg (15) um eine vor­ bestimmte Strecke für den nächsten Druckgußzyklus zurückzuziehen.