DE19850499C1

DE19850499C1 - Verfahren und Vorrichtung zum Druck- oder Spritzgießen

Info

Publication number: DE19850499C1
Application number: DE1998150499
Authority: DE
Inventors: Friedrich Wieser
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1998-11-02
Filing date: 1998-11-02
Publication date: 2000-04-13
Anticipated expiration: 2018-11-03

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

I. Anwendungsgebiet

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.

II. Technischer Hintergrund

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.

III. Darstellung der Erfindung a) Technische Aufgabe

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.

b) Lösung der Aufgabe

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.

c) Ausführungsbeispiele

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.

BEZUGSZEICHENLISTE

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

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,

dadurch gekennzeichnet, daß der Angußkanal (4) an einer solchen Stelle des (in der Angußposition befindlichen) Füllvolumens (6) mündet, an der nur flüssiges Material vorhanden ist, selbst wenn das Füllvolumen (6) auch Luft enthält, und

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).