DE19850499C1 - Verfahren und Vorrichtung zum Druck- oder Spritzgießen - Google Patents
Verfahren und Vorrichtung zum Druck- oder SpritzgießenInfo
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Abstract
Es ist die Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren sowie eine Vorrichtung für das Druck- oder Spritzgießen zu schaffen, bei dem die Wahrscheinlichkeit von Lufteinlagerungen im Formteil sehr viel geringer ist als beim Stand der Technik. Ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Herstellung von Formteilen aus flüssigem, aushärtbaren Material durch Einbringen des flüssigen Materials in den Formhohlraum einer Form und Aushärten des Materials in der Form, in deren Formhohlraum wenigstens beim Einbringen des flüssigen Materials ein Unterdruck vorliegt, geschieht durch Einfüllen des flüssigen Materials in ein Füllvolumen eines Zylinders, das zwischen einem Füllkolben und einem Amboß stirnseitig begrenzt ist, Beschleunigen des Füllvolumens in Richtung eines Angußkanals, wobei der Unterdruck außerhalb des Formhohlraumes im Zufuhrraum an der Rückseite des Amboß angelegt wird.
Description
Die Erfindung betrifft ein Druck- bzw. Spritzgußverfahren, bei dem ein flüssiges,
aushärtbares Material in einen definierten Formhohlraum eingebracht wird und
dort aushärtet und daraufhin das gewünschte Formteil bildet.
Beim Druck- bzw. Spritzgießen besteht die Form in der Regel aus zwei oder
mehreren Formteilen, die dicht aneinander anlegbar sind und zwischen sich den
Formhohlraum bilden.
Das generelle Problem beim Druck- bzw. Spritzgießen besteht darin, den
Formhohlraum wirklich vollständig mit flüssigem Material auszufüllen, also das
Eindringen von Luft oder Gas in Form von Blasen und deren Manifestierung im
Formteil zu verhindern.
Dieses Problem tritt insbesondere beim Druckgießen mit Aluminium auf, bei dem
das flüssige Aluminium mit einer Temperatur von ca. 650°C und einem Druck von
ca. 1000 bar in den Formhohlraum verbracht wird.
Eine unter diesen Bedingungen in das Formteil eingebrachte Luftblase von z. B.
Erbsengröße kann - nach Ausformen des Formteiles und damit Druckabsenkung
auf Umgebungsdruck - sich auf eine vielfache Größe vergrößern, sofern es nahe
genug an der Oberfläche des Formteiles liegt und das zur Oberfläche hin
begrenzende Metall dadurch ausreichend elastisch ist und sich nach außen
ausbiegen kann.
Ein derartiges Formteil entspricht dann im Bereich der Luftblase nicht mehr der
gewünschten Soll-Form wegen der Ausbeulung, und dieser Bereich des
Formteiles ist auch nicht belastbar, da der ausgebeulte Bereich leicht zerstört
werden kann, und damit in diesem Bereich auch nicht mehr die gewünschte
Gesamtwandstärke des Formteiles, beispielsweise eines Motorblocks aus
Aluminium, vorhanden ist.
Dieser Effekt tritt verstärkt dann zutage, wenn das die Luftblasen enthaltende
Formteil nach dem Ausformen stark erwärmt wird, wie es beispielsweise bei
Motorblöcken während des Betriebes geschieht, wie es aber beispielsweise auch
im Zuge der weiteren Bearbeitung des Formteiles notwendig wird, indem das
Aluminium-Formteil einem thermischen Härtungsprozeß unterworfen wird.
Derartige Härtungsprozesse sind jedoch wünschenswert, da hierdurch das Form
teil in seiner Zug-/Druck-Festigkeit annähernd verdoppelt werden kann, nämlich
beispielsweise von 220 N/cm2 auf 400 N/cm2 bei Alu. Unterwirft man Druckguß-
Formteile aus Aluminium, die teilweise Lufteinschlüsse enthalten, einem solchen
thermischen Härtungsprozeß, so kommt es zu großen Ausschußraten.
Zur Vermeidung von Lufteinschlüssen ist es daher bereits in der Vergangenheit
insbesondere beim Spritzgießen von Kunststoff versucht worden, in dem
Hohlraum vor und beim Einbringen des flüssigen Materials einen Unterdruck
anzulegen. Dabei muß dieser Unterdruck nicht nur vor dem Eintreffen des ersten
flüssigen Materials am Angußkanal angelegt werden, sondern nach Möglichkeit
auch während des Vordringens des flüssigen Materials in den Formhohlraum. Aus
diesem Grund wurde der Unterdruck direkt am Formhohlraum angelegt, beispiels
weise an einem Ringkanal, der um den eigentlichen Formhohlraum herum zwi
schen den beiden Formteilen ausgebildet war, und über Verbindungskanäle mit so
geringem Querschnitt mit dem eigentlichen Formhohlraum in Verbindung stand,
daß diese Verbindungskanäle von dem schnell aushärtenden Kunststoff nicht
mehr vollständig durchdrungen werden konnten.
Aus der DE-AS-11 91 522 ist ein Verfahren und eine entsprechende Vorrichtung
zur Herstellung von Formteilen bekannt, bei der das flüssige Gußmaterial bei
anliegendem Unterdruck in den Formhohlraum einer Form eingebracht wird. Die
Evakuierung des Formhohlraumes erfolgt hier in einer Verlängerung der
Füllkammer, in die ein Ventilkörper mit Vakuumbeaufschlagung eingelassen ist.
Eine zur Evakuierung vorgesehene Unterdruckleitung mündet unmittelbar an
einem Angußkanal, der zu dem eigentlichen Formhohlraum führt. Am Ende der
Chargierphase wird der Ventilkörper in seine geschlossene Stellung verschoben
und dadurch die Vakuumbeaufschlagung abgeschnitten. Bei der anschließenden
Druckphase kann jedoch die in dem Füllvolumen reichlich vorhandene Luft
ungehindert in den Formhohlraum der Form eindringen, wobei es zu
unvermeidbaren Lufteinschlüssen in den Gußteilen kommt.
Ein gattungsgemäßes Verfahren und eine entsprechende Vorrichtung zur
Herstellung von Formteilen sind auch in der DE-42 09 868 beschrieben. Die
Metallschmelze in der Einspritzvorrichtung befindet sich in einem Raum, der auf
einer Seite von einem Spritzkolben und auf der anderen Seite von einem
Gegenkolben begrenzt wird. Nach Beendigung des Einbringens der
Metallschmelze wird der Gegenkolben in Richtung des Spritzkolbens verfahren,
so daß die Metallschmelze den Raum zwischen den beiden Kolben vollständig
ausfüllt und die gegebenenfalls vorhandene Luft über eine Öffnung ausgeleitet
wird. Die Erzeugung eines Vakuum erfolgt hier jedoch unmittelbar im
Formhohlraum mit dem Nachteil, daß die Unterdruckkanäle schnell verstopfen.
Diese Vorgehensweise ist bei Druckgießen mit Leichtmetall wie etwa Aluminium
mit großen Schwierigkeiten behaftet, da bei den hohen Ausgangstemperaturen
des flüssigen Materials sich sehr kleine, fast staubförmige, Partikel des flüssigen
Materials vom Gesamtvolumen des flüssigen Materials lösen und als sogenannter
Flitter auch in geringste Hohlräume vordringen, insbesondere bei der vorbeschrie
benen Anordnung in die Verbindungskanäle mit geringem Querschnitt zum Unter
druckkanal hin. Dieser Flitter verstopft daher in kurzer Zeit diese Verbindungs
kanäle mit geringem Querschnitt und/oder die im Unterdrucksystem vorhandenen
Filter mit der Folge, daß der anliegende Unterdruck sich bei jedem Schuß deutlich
erniedrigt, und damit ein sehr häufiges Reinigen der Verbindungskanäle,
Auswechseln der Filter etc. notwendig machen würde.
Ein Verfahren zum Betreiben einer Druckgießmaschine, bei der zwischen dem
Preßkolben und einem im Zylinder gegenüberliegenden Gegenkolben eine
Gießkammer variablen Volumens gebildet wird, ist aus der DE-31 15 940 A1
bekannt. Zum Ausleiten von in der Gießkammer gegebenenfalls vorhandener Luft
sind Nuten in der Mantelfläche des Preßkolbens gebildet. Diese sind jedoch
aufwendig herzustellen und neigen dazu, schnell zu verstopfen.
In der EP-0 051 310 A1 ist eine Druckgießmaschine beschrieben, in der zusätzlich
zu einem Vakuumanschluß für die Form ein weiterer Vakuum-Anschluß im
Bereich des Preßkolbens an der Füllkammer vorgesehen ist oder über eine
Bohrung der Kolbenstange bis in den Bereich des Preßkolbens geführt ist und
dort aus dem Preßkolben austritt. Der zusätzliche Vakuumanschluß dient dazu,
die Vakuumaufbauzeit während der Dosierzeit zu verringern, vermag jedoch nicht,
den Formhohlraum der Form selbständig zu evakuieren.
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren sowie eine
Vorrichtung für das Druck- oder Spritzgießen zu schaffen, bei dem die
Wahrscheinlichkeit von Lufteinlagerungen im Formteil sehr viel geringer ist als
beim Stand der Technik.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der Ansprüche 1 und 10 gelöst. Vorteil
hafte Ausführungsformen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Der Unterdruck im Formhohlraum wird nicht durch Anlegen von Unterdruck direkt
im Formhohlraum bewirkt, sondern durch Anlagen des Unterdrucks im Zufuhr
raum für das flüssige Material, und insbesondere in den Bereichen des Zufuhr
raumes, welche in keiner Phase des Spritzgußvorganges mit flüssigem Material in
Kontakt gerät. Beim Spritzgießen von Metall ist es im Rahmen des Druckguß
verfahrens bekannt, eine definierte Menge an flüssigem Material entlang des
Inneren eines Beschleunigungszylinders auf den Angußkanal zu zu bewegen,
indem das Füllvolumen dabei stirnseitig von einem schiebenden Füllkolben und in
Richtung auf den das in Bewegungsrichtung vordere Ende des Füllvolumens
bildenden Amboß, welcher dicht im Inneren des Beschleunigungszylinders
anliegt, zubewegt wird.
Zunächst erstreckt sich das Füllvolumen vom Angußende des Zylinders bis zur
davon entfernten Einfüllöffnung auf der Oberseite des liegenden oder schräg zum
Anguß hin abfallenden Zylinders, über welche das flüssige Material drucklos in
das Füllvolumen eingegeben wird. Anschließend wird der Füllkolben von der
Einfüllöffnung weg in Richtung auf das Angußende des Beschleunigungszylinders
zu bewegt, und das Füllvolumen verliert dadurch Kontakt zur Einfüllöffnung, so
daß nunmehr im Füllvolumen ein Gemisch aus flüssigem Material und
Umgebungsluft vorliegt, da über die Einfüllöffnung das Füllvolumen nie ganz
vollständig mit flüssigem Material gefüllt werden kann.
Diese Einheit wird nun entlang des Beschleunigungszylinders zunehmend be
schleunigt, bis am angußseitigen Ende das Füllvolumen auf den Amboß als
Anschlag, in der Regel den stirnseitigen Verschluß des Beschleunigungszylinders
an dessen angußseitigem Ende, auftrifft, und dadurch sehr rasch verzögert wird.
Der Füllkolben, der in der Regel zum Aufbringen der Beschleunigung
beschleunigt wurde, wird dabei nicht aktiv abgebremst, und drückt mit seiner
großen Masse auf das Füllvolumen in Richtung auf den Amboß. In dieser Endlage
steht das Füllvolumen bereits mit dem Angußkanal der Form in Verbindung, so
daß durch den vom Füllkolben nunmehr ausgeübten Druck und unterstützt durch
die kinetische Energie des flüssigen Materials im Füllvolumen selbst das flüssige
Material sehr schnell und unter hohem Druck über den Angußkanal in die Form
gepreßt wird.
Erfindungsgemäß wird dagegen auch der Amboß, der das Füllvolumen auf der
vom Füllkolben gegenüberliegenden Seite begrenzt, zusammen mit Füllkolben
und Füllvolumen entlang des Beschleunigungszylinders in Richtung auf den
Angußkanal der Form mitbewegt. Dabei kann der Amboß, der in seiner anguß
seitigen Endposition auf einen Anschlag aufschlägt, unter Umständen auch den
Beschleunigungszylinder in dieser Endlage ganz verlassen, und sich dann in
einer entsprechenden Ausnehmung eines der Formteile oder einer anderen
Komponente der Spritzanlage befinden, je nachdem, wie weit sich der
Beschleunigungszylinder in Richtung auf die Angußposition hin erstreckt.
Über dem Großteil der Bewegungsstrecke werden dabei Füllkolben und Amboß
unter Beibehaltung des gegenseitigen Abstandes und damit der Größe des dazwi
schen eingeschlossenen Füllvolumens synchron miteinander bewegt werden,
entweder durch aktives Rückziehen des Ambosses synchron mit der Bewegung
des Füllkolbens, oder auch nur passiv aufgrund der Bewegung des Füllkolbens
und der nur geringen Kompressibilität des vielmehr aus flüssigem Metall besteh
enden Inhaltes des Füllvolumens.
Beim herkömmlichen Druckguß wird die in der Form befindliche Luft durch das in
den Formhohlraum eindringende flüssige Material verdrängt und durch die Berüh
rungsfugen zwischen den Formhälften bzw. Formteilen nach außen gepreßt.
Dies wird erfindungsgemäß bereits vermieden, indem durch Anlegen eines Unter
drucks vor Eintreffen des flüssigen Materials im Formhohlraum die Luft aus dem
Formhohlraum abgesaugt wird, wobei das Vakuum insbesondere im Inneren des
Beschleunigungszylinders und dabei insbesondere an dessen vorderen Ende und
auf der Rückseite des Ambosses abgesaugt wird, als an einer Stelle, die nie mit
flüssigem Material in Berührung gerät.
Der Unterdruckkanal kann sich dabei entweder in der Amboßstange befinden und
in dessen Außenumfang kurz vor dem Amboß münden, oder in der rückseitigen
Stirnfläche des Ambosses, oder der Unterdruckkanal ist im Beschleunigungs
zylinder selbst eingearbeitet und mündet in dessen stirnseitigem Ende.
Auf diese Art und Weise wird jedoch die Absaugung aus dem Formhohlraum
unterbrochen, sobald der Amboß am Angußkanal eintrifft und diesen zu über
laufen beginnt.
Da auch in dem Füllvolumen zwischen Amboß und Füllkolben nicht nur flüssiges
Material, sondern auch ein Rest an Luft vorhanden ist, besteht weiterhin die
Gefahr, daß diese Restluft noch in den (bisher evakuierten) Formhohlraum
gelangen könnte. Dies wird verhindert, indem der Angußkanal an einer solchen
Stelle in dem sich in seiner Endlage befindenden Füllvolumen im Inneren des
Beschleunigungszylinders mündet, an welcher beim Abstoppen des Ambosses
und damit beim Verbringen von Material aus dem Füllvolumen über den Anguß
kanal in den Formhohlraum mit Sicherheit nur flüssiges Material und keine Rest
luft vorhanden ist.
Bei horizontal verlaufendem Beschleunigungszylinder mündet der Angußkanal
nicht im oberen Bereich des Querschnitts des Zylinders, sondern seitlich oder
unten im Zylinderquerschnitt.
In Längsrichtung, also in Bewegungsrichtung entlang des Beschleunigungszylin
ders, liegt die Mündung des Angußkanals im vorderen Bereich des Füllvolumens
in dessen Endlage, also in dem vorderen Bereich der Wandung des Beschleuni
gungszylinders im Bereich des Füllvolumens, oder auch in der dem Füllvolumen
zugewandten Stirnfläche des Ambosses, der dann zusätzlich vom Angußkanal
durchdrungen sein muß. Der vordere Bereich ist deshalb prädestiniert, da beim
Abbremsen des Ambosses und damit auch des Inhaltes des Füllvolumens ent
sprechend dem höheren spezifischen Gewicht des flüssigen Metalls gegenüber
der Restluft sich das flüssige Metall am in Längsrichtung vorderen Ende ansam
meln wird, während sich die Restluft im hinteren Bereich, und dabei entsprechend
der Schwerkraft näher an deren oberen Ende, ansammeln wird.
Dieser Effekt kann verstärkt werden, indem gezielt ein Ausweichraum für die im
Füllvolumen vorhandene Restluft an der Endposition des Füllvolumens vorge
sehen werden kann.
Ein solcher Ausweichraum kann im Inneren des Beschleunigungszylinders als
Kavität angeordnet werden, die in der Lauffläche, also dem Innenumfang des
Beschleunigungszylinders, endet. Der Ausweichraum kann jedoch ebenso in der
Stirnfläche des hinteren Füllkolbens ausgebildet sein, oder in einem der Form
teile, sofern das Füllvolumen in seiner Endlage in Kontakt mit diesem Formteil
gerät.
Der Ausweichraum ist dabei vorzugsweise nicht in Längsrichtung im vorderen
Bereich des Füllvolumens in seiner Endlage anzuordnen, sondern eher in dessen
hinteren Bereich, und/oder im oberen Bereich des Querschnittes des Füllvolu
mens, insbesondere mündend am höchsten Punkt des Querschnittes.
Ferner ist darauf zu achten, daß zu Beginn der Bewegung des Füllvolumens von
der Einfüllöffnung weg die Beschleunigung sanft beginnen soll, also mit linear
gleichbleibender Beschleunigung oder mit linear, jedoch nicht exponentiell,
zunehmender Beschleunigung, um ein turbulentes Vermischen der im oberen
Querschnittsbereich der Füllöffnung vorhandenen Restluft mit dem flüssigen
Material zu verhindern.
Ebenso ist es erforderlich, daß die Menge an flüssigem Material im Füllvolumen
deutlich größer ist als die zum Füllen der Formeinschlüsse des Angußkanals
unter dem herrschenden Druck benötigte Menge, so daß sichergestellt ist, daß
zumindest die Restluft, sicherheitshalber jedoch auch eine Restmenge an flüssi
gem Material, im Füllvolumen an dessen Endlage verbleibt, wenn der Formhohl
raum bereits gefüllt ist.
Um das Eindringen von Fremdluft in den Formhohlraum zu verhindern, sind
zusätzlich Dichtungen, vorzugsweise in Form von mit Unterdruck beaufschlagten
Kanälen als Unterdruckdichtungen, angeordnet, und zwar einerseits, um den
Formhohlraum herum an allen Trennflächen zwischen den Formteilen, zwischen
den Formteilen und den diese abstützenden Zwischenplatten bzw. Druckplatten
und an den Kontaktstellen zwischen dem Beschleunigungszylinder und den Form
teilen bzw. Zwischenplatten und Druckplatten bzw. an der Kontaktstelle der in
Längsrichtung verschiebbaren, den Amboß tragenden, Amboßstange durch die
Formteile, zwischen Platten und Druckplatten hindurch.
Vorzugsweise besteht eine Form aus nur zwei Formteilen, und diese werden mit
vertikal orientierter Trennfläche zwischen den Formteilen angeordnet, wobei dann
der Beschleunigungszylinder und damit der Beschleunigungsweg des flüssigen
Materials vorzugsweise unterhalb der Form angeordnet ist, so daß das flüssige
Material vom Füllvolumen aus in die Form aufsteigt. Bei Anordnung des
Beschleunigungszylinders oberhalb der Form oder im Höhenbereich der Form
könnte der Vorteil ausgenutzt werden, daß dann der Angußkanal vom Füllvolu
men aus direkt zur Seite oder nach unten in Richtung auf die Form weg verlaufen
kann und somit die Wahrscheinlichkeit, daß sich die eher im oberen Bereich des
Füllvolumens ansammelnde Restluft in die Form gelangt, weiter verringert, jedoch
führt dies zu einer ungünstigen Maschinengestaltung mit den stark dynamisch
belasteten Teilen des Beschleunigungszylinders in relativ großer Höhe.
Der Beschleunigungszylinder selbst ist in der Regel horizontal angeordnet, kann
jedoch zum Endpunkt, also zum Kontaktpunkt mit dem Angußkanal hin, auch
schräg abfallen oder schräg ansteigen.
Eine Ausführungsform gemäß der Erfindung ist im folgenden anhand der Figuren
beispielhaft näher beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1a: einen Längsschnitt durch eine Druckgußanlage in der Einfüllposi
tion,
Fig. 1b: einen Längsschnitt durch eine Druckgußanlage in der Spritzposition,
Fig. 2a: eine abgewandelte Spritzgußanlage in der Spritzposition,
Fig. 2b: einen Querschnitt durch das Füllvolumen in der Spritzposition, und
Fig. 2c: eine weitere Variante der Druckgußmaschine gemäß der vorstehen
den Figuren.
Eine erste Ausführungsform einer Spritzgußanlage zeigen die Fig. 1a und 1b
im Längsschnitt, also geschnitten vertikal in Längsrichtung 10, der Verschiebe
richtung des Füllvolumens entlang des Beschleunigungszylinders 16.
Dabei zeigt Fig. 1a die Situation in der Füllposition, also beim Füllen des Füll
volumens 6 mit flüssigem Aluminium durch eine Einfüllöffnung 15 im höchsten
Punkt des Beschleunigungs-Zylinders 16. Das Befüllen erfolgt drucklos aus einem
Schmelztiegel 14 heraus durch Eingießen. Im Beschleunigungszylinder 16 liegen
am Innenumfang in Längsrichtung 10 in Bewegungsrichtung vorne ein Amboß 13
und in Bewegungsrichtung hinten ein Füllkolben 12 an, die jeweils den Kopf einer
vom Füllvolumen 6 nach außen weisenden Amboßstange 22 bzw. Kolbenstange
21 sitzen und unabhängig voneinander, aber auch synchron mit dem aufgenom
menen Füllvolumen zwischen sich von der Füllposition der Fig. 1a bis zur Spritz
position der Fig. 1b bewegt werden können.
In der in Fig. 1b dargestellten Spritzposition liegt der Amboß 13 am vorderen, in
Fig. 1b linken, Ende seines Bewegungsweges an. Der Amboß 13 befindet sich
dabei in einer zylindrischen Ausnehmung der Form und somit bereits außerhalb
des Beschleunigungszylinders 16, wobei die Ausnehmung jedoch mit dem
Innenumfang des Beschleunigungszylinders fluchtet. Ebenso kann - wie Fig. 2a
zeigt - der Amboß 13 auch in seiner Endposition noch in dem Beschleunigungs
zylinder 16 liegen.
Gemeinsam ist beiden Lösungen jedoch, daß der Amboß 13 in dieser Endlage an
einem die Bewegung in Vorwärtsrichtung beenden Anschlag anliegt, und daß sich
auf der Rückseite an dem Amboß 13 anschließende Füllvolumen mit dem Anguß
kanal 4 in Verbindung steht, indem dieser im Füllvolumen 6 mündet. Die horizon
tale Bewegungsbahn des Füllvolumens 6 und damit der Beschleunigungszylinder
16 enden im unteren Bereich bzw. unterhalb der Form, welche aus den Form
teilen 1 und 2 besteht, die an einer vertikalen Trennfläche 11 gegeneinander
gepreßt sind und zwischen sich den Formhohlraum 3 sowie den Angußkanal 4
frei lassen, wobei der eigentliche Formhohlraum 3 vorzugsweise in nur einem der
Formteile 1 oder 2 ausgebildet ist. Der Angußkanal 4 kann sich durch das andere
Formteil 2 hindurch erstrecken, oder sich im gleichen Formteil wie der Form
hohlraum 3 befinden.
Die Formteile 1 und 2 sind relativ aufeinander zu bewegbar und voneinander
entfernbar, um das Entnehmen des fertiggestellten Formteiles zu erleichtern und
auf den von der Trennfläche 11 abgewandten Rückseiten zunächst von einer Zwi
schenplatte 19a, 19b und diese wiederum von einer Druckplatte 18a, 18b abge
stützt.
Die den Amboß 13 tragende Amboßstange 22 durchdringt den linken Teil der
Formanordnung, also das linke Formteil 1, die sie tragende Stützplatte 19a sowie
die Druckplatte 18a. Die Amboßstange 22 weist dabei vorzugsweise einen runden
Querschnitt auf und ist in einer entsprechenden passenden Durchgangsöffnung
geführt und gelagert.
Ebenso ist der Innenquerschnitt des Beschleunigungszylinders 16 in der Regel
ein runder Querschnitt.
Die dem Füllvolumen 6 zugewandte Stirnfläche ist - wenigstens zur Seite der
Mündung 7 des Angußkanals 4 hin - abgeschrägt, um ein Hinleiten des flüssigen
Materials aus dem Füllvolumen 6 in den Angußkanal 4 hinein zu erleichtern.
Der Druckgußvorgang läuft so ab, daß beim Einfüllen des flüssigen Materials wie
in Fig. 1a dargestellt Amboß 13 und Füllkolben 12 zwischen sich einen definierten
Abstand und damit ein definiertes Füllvolumen 6 unterhalb der Einfüllöffnung 15
einnehmen, die aus einem Schmelztiegel 14 heraus weitestgehend gefüllt wird.
Da die Einfüllöffnung jedoch nicht von dem flüssigen Material benetzt werden soll,
verbleibt im Füllvolumen 6 ein geringer Anteil an Restluft 20.
Anschließend werden der Amboß 13 und der Füllkolben 12 vorzugsweise syn
chron zueinander und damit mit noch gleichbleibendem Füllvolumen 6 dazwi
schen in Richtung der Fig. 1a nach links, also in Richtung auf die Form 1, 2 hin
bewegt und dabei zunächst langsam, aber zunehmend immer mehr beschleunigt,
bis kurz vor der Einspritzposition eine Geschwindigkeit von etwa 90 m/s erreicht
ist und der Amboß 13 am Endanschlag auftrifft und dabei schlagartig abgebremst
wird. Der bisher das Füllvolumen 6 sowie den Amboß 13 vor sich herschiebende
Füllkolben 12 preßt dabei entweder nur aufgrund seiner trägen Masse oder durch
weiteren aktiven Antrieb in Vorwärtsrichtung in Richtung auf den Amboß 13,
wodurch das dazwischen befindliche Füllvolumen 6 unter Druck gesetzt wird mit
der Folge, daß die darin befindliche Restluft 20 komprimiert wird, während sich
das flüssige Material kaum oder überhaupt nicht komprimieren läßt.
Aufgrund der Trägheitskräfte bildet sich dabei auch innerhalb des Füllvolumens 6
eine Schichtung dergestalt aus, daß sich das schwerere flüssige Material den tief
liegenden und vorderen Bereich des Füllvolumens einnimmt und dabei insbe
sondere die in den Fig. 1a, 1b im vordersten Bereich am höchsten Punkt
dieses Füllvolumens 6 angeordnete Mündung 7" des Angußkanals 4 überdeckt.
Die Restluft 20 wird sich dagegen am hinteren Ende und vorzugsweise im oberen
Bereich aufgrund ihres geringeren spezifischen Gewichts gegenüber dem flüssi
gen Metall ansammeln. Je nachdem, wie stark die negative Beschleunigung beim
Abbremsen des Füllvolumens 6 ist, spielt die Schwerkraft eine so untergeordnete
Rolle, daß auch die in Fig. 2c dargestellte horizontale Beschichtung beim
Abstoppen des Ambosses 13 eintreten kann mit Anordnung der Restluft 20
parallel zur rechten, hinteren Stirnfläche des Füllvolumens 6 und Ausfüllen des
übrigen Bereiches links von dieser Trennfläche durch flüssiges Material.
Um zuverlässig das Eindringen der Restluft 20 in den Angußkanal 4 und damit
den Formhohlraum 3 zu verhindern, ist ein Ausweichraum 8 für die in diesem
Zustand stark komprimierte Restluft bei der Lösung der Fig. 1a, 1b oberhalb
des höchsten Punktes des Innenquerschnittes des Beschleunigungszylinders 16
in dem Bereich in Längsrichtung 10 angeordnet, der den hinteren Bereich des
Füllvolumens 6 in der Einspritzposition der Fig. 1b darstellt. Demgegenüber ist die
Mündung 7" ebenfalls am höchsten Punkt im vordersten Bereich des Füllvolu
mens 6 angeordnet.
Dagegen zeigt Fig. 2a, 2b eine Anordnung, bei der - neben der bereits erwähnten
Fortsetzung des Beschleunigungszylinders 16 durch den Längenbereich der
Form hindurch - zwar der Ausweichraum 8 an gleicher Stelle wie bei Fig. 1
vorbeschrieben angeordnet ist, die Mündung 7 bzw. 7' des Angußkanals im
Füllvolumen 6 sich dagegen nicht am höchsten Punkt des Querschnittes des
Füllvolumens befindet, sondern demgegenüber auf halber Höhe oder gar am
tiefsten Punkt, jedoch wiederum im vordersten Bereich in Längsrichtung 10 des
Füllvolumens 6 betrachtet.
Fig. 2c zeigt dagegen den Ausweichraum 8 am höchsten Punkt und im vordersten
Bereich bezüglich des Füllvolumens, während die Mündung des Angußkanals 4
sich deutlich unterhalb des höchsten Punktes des Füllvolumens 6 in dessen vor
deren Bereich befindet. Diese letztgenannte Lösung eignet sich vor allem bei
Spritzgußvorgängen, die mit relativ geringer Abbremsung des Füllvolumens 6 an
der Einspritzposition arbeiten.
Allen Lösungen gemeinsam ist weiterhin, daß bereits vor dem Inverbindung
geraten des Füllvolumens 6 mit der Mündung 7 bzw. 7' bzw. 7" des Angußkanals
4 der Formhohlraum 3 unter Unterdruck gesetzt, also teilweise oder weitest
gehend evakuiert wird, nämlich herab bis auf ca. 960 mbar, also 95-98%
Vakuum.
Um zu vermeiden, daß in den Anschluß für den Formunterdruck Metallpartikel in
größerem Ausmaß gelangen können, erfolgt das Anlagen des Unterdruckes nicht
direkt im Formhohlraum 3 oder im Angußkanal 4, sondern im Bewegungsweg des
Ambosses 13, und zwar in einem Bereich in Längsrichtung 10, der sicherstellt,
daß erst bei Überlaufen der Mündung 7 durch den Amboß 13 die Unterdruck
beaufschlagung durch den Amboß 13 beendet wird, indem dieser die Mündung
des Form-Unterdruckes gegenüber dem Angußkanal sperrt.
Wie die Fig. 1a, 1b zeigen, verläuft der Evakuierungskanal 23 zentral in der
Amboßstange 22 und endet an der Mantelfläche der Amboßstange 22 kurz vor
dem Amboß 13.
Fig. 2a zeigt dagegen eine Lösung, bei welcher der Evakuierungskanal 23' direkt
in der inneren Mantelfläche des Beschleunigungszylinders 16 unmittelbar an des
sen vorderen, spritzformseitigen, Ende mündet. Auch eine Mündung in der vorde
ren Stirnfläche des Beschleunigungszylinders bzw. im Endanschlag für den
Amboß 13 ist möglich.
Um zu verhindern, daß entlang der Trennfläche 11 aus der Umgebung Luft in den
Formhohlraum 3 vordringt, der ab Überlaufen des Ambosses 13 über die
Mündung 7 nicht mehr aktiv evakuiert wird, sind wenigstens ein, vorzugsweise
mehrere, Unterdruck-Dichtungskanäle 17a, 17'a, 17"a in Form von Ringkanälen
um den Formhohlraum 3 herum in einem der Formteile 1 an der Trennfläche 11
angeordnet, deren Unterdruckquelle - welche vorzugsweise getrennt von der
Unterdruckquelle 24 für den Formunterdruck ist - versorgt werden. Die einzelnen
Unterdruck-Dichtungskanäle 17 weisen dabei keine Verbindung zum Form
innenraum auf bis auf die nicht vermeidbare 100%-ige Dichtigkeit entlang der
Trennebene 11. Eine bewußt hierbei erstellte Verbindung existiert jedoch nicht.
Auch untereinander stehen die Unterdruck-Dichtungskanäle 17a, 17'a, 17"a nur
über die gemeinsame nicht dargestellte Unterdruckquelle in Verbindung.
In gleicher Weise und zum gleichen Zweck sind Unterdruck-Dichtungskanäle 17b
zwischen der Zwischenplatte 19a und der diese durchdringenden Amboßstange
22 angeordnet sowie ein Kanal 17c zwischen dem linken Formteil 1 und der
linken Zwischenplatte 19a.
Ebenso dichtet ein Kanal 17d zwischen dem rechten Formteil 2 und der rechten
Zwischenplatte 19 ab, und ein weiterer Kanal 17e zwischen dem Beschleuni
gungszylinder 16 und dem rechten Formteil 2. Auch dabei handelt es sich jeweils
um vorzugsweise ringförmig geschlossene Kanäle.
1
Formteil
2
Formteil
3
Form-Hohlraum
4
Angußkanal
5
Zufuhrraum
6
Füllvolumen
7
Mündung
8
Ausweichraum
9
Lauffläche
10
Längsrichtung
11
Trennfläche
12
Füllkolben
13
Amboß
14
Schmelztiegel
15
Einfüllöffnung
16
Zylinder
17
Unterdruck-Dichtkanal
18
a,
18
b Druckplatte
19
a,
19
b Zwischenplatte
20
Restluft
21
Kolbenstange
22
Amboßstange
23
Evakuierungskanal
24
Unterdruckquelle
Claims (21)
1. Verfahren zur Herstellung von Formteilen aus flüssigem, aushärtbaren
Material, insbesondere Leichtmetall wie Aluminium, durch Einbringen des
flüssigen Materials in den Formhohlraum (3) einer Form (1, 2) und Aushärten des
Materials in der Form, in deren Formhohlraum (3) wenigstens beim Einbringen
des flüssigen Materials ein Unterdruck vorliegt, umfassend folgende Schritte:
- 1. Einfüllen des flüssigen Materials in ein Füllvolumen (6) eines Zylinders (16), das zwischen einem Füllkolben (12) und einem Amboß (13) stirnseitig begrenzt ist, und
- 2. Beschleunigen des Füllvolumens (6) in Richtung eines Angußkanals (4), dadurch gekennzeichnet, daß der Unterdruck außerhalb des Formhohlraumes (3), im Zufuhrraum (5) an der Rückseite des Amboß (13) angelegt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1
dadurch gekennzeichnet, daß
das flüssige Material vor oder spätestens beim Erreichen des Angußkanals (4) der
Form (1, 2) unter Druck gesetzt wird.
3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß
das Füllvolumen (6) neben dem flüssigen Material auch Luft enthält.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß
das Unter-Druck-Setzen durch Aufeinanderzubewegen von Füllkolben (12) und
Amboß (13) und damit Volumenverringerung des Füllvolumens (6) erfolgt,
während das Füllvolumen (6) mit dem Formhohlraum (3) in Verbindung steht.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß
das Aufeinanderzubewegen von Füllkolben (12) und Amboß (13) durch
schnelleres Abstoppen des in Bewegungsrichtung vorne liegenden Ambosses
(13) gegenüber dem Füllkolben (12) erfolgt.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß
das Eindringen von Fremdluft in den Formhohlraum (3) verhindert wird durch
Anlegen eines Unterdrucks an der Trennfläche (11) zwischen den Formteilen (1,
2) um den Formhohlraum (3) herum, jedoch ohne Verbindung zum Formhohlraum
(3).
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß
das Anlegen des Unterdrucks am in Beschleunigungsrichtung vorderen,
stirnseitigen Ende des Zylinders (16) geschieht.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß
das Anlegen des Formunterdrucks durch die den Amboß (13) tragende, in
Längsrichtung (10) verlaufende, Amboßstange (22) hindurch geschieht.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß
das Absaugen der Luft im Zufuhrraum (5) schneller geschieht als die Verringerung
des im Zufuhrraum (5) durch den Beschleunigungszylinder (16) einerseits und den
Amboß (13) mit Amboßstange (22) andererseits begrenzten Volumens bei
Bewegung des Ambosses (13) in Richtung auf das angußseitige Ende des
Zylinders (16) zu.
10. Vorrichtung zur Herstellung von Formteilen aus flüssigem, aushärtbarem
Material, insbesondere aus Leichtmetall wie Aluminium, mit
- 1. einem Formhohlraum (3) mit einem Angußkanal (4) in einer Form (1, 2),
- 2. einem Füllvolumen (6) zum Bereitstellen des flüssigen Materials, das in einem Beschleunigungszylinder (16) zwischen einem Füllkolben (12) und einem Amboß (13) stirnseitig begrenzt ist, wobei
- 3. das Füllvolumen (6) entlang eines Beschleunigungszylinders (16) von einer Einfüllposition bis zu einer Angußposition bewegbar ist,
- 1. ein Ausweichraum (8) für die im Füllvolumen (6) enthaltende Luft außerhalb der inneren Lauffläche (9) des Beschleunigungszylinders (16) angeordnet ist.
11. Vorrichtung nach Anspruch 10
dadurch gekennzeichnet, daß
Amboß (13) und Füllkolben (12) gleichzeitig entlang des Beschleunigungs
zylinders (16) bewegbar sind.
12. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß
Amboß (13) und Füllkolben (12) synchron entlang des Beschleunigungszylinders
(16) bewegbar sind.
13. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Vorrichtungsansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß
der Amboß (13) aktiv entlang des Beschleunigungszylinders (16) bewegbar ist.
14. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Vorrichtungsansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß
die Mündung (7) des Angußkanals (4) unterhalb des oberen Bereiches des
Querschnittes des Füllvolumens (6) angeordnet ist.
15. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Vorrichtungsansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß
die Mündung (7') des Angußkanals (4) am tiefsten Punkt des Querschnittes des
Füllvolumens (6) angeordnet ist.
16. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Vorrichtungsansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß
die Mündung (7") an dem in Längsrichtung (10) vorderen Bereich des
Füllvolumens (6) angeordnet ist.
17. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Vorrichtungsansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß
der Ausweichraum (8) eine in der Lauffläche (9) angeordnete Kavität (8) im
Innenumfang des Zylinders (16) und/oder der Form (1, 2) ist.
18. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Vorrichtungsansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß
die Trennfläche (11) zwischen dem Formteil (1, 2) im wesentlichen vertikal
angeordnet ist und der Beschleunigungszylinder (16) unterhalb der Formteile (1,
2) mit dem Angußkanal (4) in Verbindung steht.
19. Vorrichtung nach Anspruch 18,
dadurch gekennzeichnet, daß
der Beschleunigungszylinder (16) horizontal angeordnet ist.
20. Vorrichtung nach Anspruch 18,
dadurch gekennzeichnet, daß
der Beschleunigungszylinder (16) schräg zum Angußkanal (4) hin abfallend
angeordnet ist.
21. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Vorrichtungsansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß
Unterdruck-Dichtungskanäle (17) um den Formhohlraum (3) herum angeordnet
sind zur Verhinderung des Eindringens von Außenluft in den Formhohlraum (3).
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE1998150499 DE19850499C1 (de) | 1998-11-02 | 1998-11-02 | Verfahren und Vorrichtung zum Druck- oder Spritzgießen |
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE1998150499 DE19850499C1 (de) | 1998-11-02 | 1998-11-02 | Verfahren und Vorrichtung zum Druck- oder Spritzgießen |
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DE1998150499 Expired - Fee Related DE19850499C1 (de) | 1998-11-02 | 1998-11-02 | Verfahren und Vorrichtung zum Druck- oder Spritzgießen |
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---|---|
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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DE102007060418A1 (de) * | 2007-12-14 | 2009-06-18 | Martin Baumann | Verfahren und Vorrichtung zum Vakuum-Druckgießen zur Herstellung von porenarmen und warmbehandelbaren Gussteilen |
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1998
- 1998-11-02 DE DE1998150499 patent/DE19850499C1/de not_active Expired - Fee Related
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