DE19903574A1

DE19903574A1 - Gekühlter Druckguß-Angußeinsatz

Info

Publication number: DE19903574A1
Application number: DE19903574A
Authority: DE
Inventors: Jobst Ulrich Gellert; Denis L Babin
Original assignee: Mold Masters 2007 Ltd
Current assignee: Mold Masters 2007 Ltd
Priority date: 1998-02-02
Filing date: 1999-01-29
Publication date: 1999-08-05
Also published as: CA2228458A1; JP4286361B2; EP0933186A1; US6017209A; ES2210867T3; ATE253443T1; JP2000202884A; DE69912485D1; BR9900392A; CN1229712A; CN1102098C; EP0933186B1; CA2228458C; DE69912485T2

Description

Diese Erfindung bezieht sich allgemein auf Druckgußvor richtungen und insbesondere auf einen einteiligen Druck guß-Anguß- und -Hohlraumeinsatz mit einem oder mit mehre ren durch ihn verlaufenden Kühlfluid-Durchlässen, die abwechselnd sowohl nach vorn und nach hinten als auch nach innen und nach außen verlaufen.

Druckguß-Anguß- und -Hohlraumeinsätze mit Kühlfluid-Durch lässen, die einen Teil des Hohlraums bilden und durch die der Anguß zum Transport der Schmelze von einer beheizten Düse in den Hohlraum verläuft, sind wohlbe kannt. Zum Beispiel zeigt das US-Patent Nr. 4.622.001 an Bright u. a., erteilt am 11. November 1986, einen zwei teiligen Einsatz mit einem Kühlfluid-Durchlaß oder mit einer Kühlfluid-Kammer, die abwechselnd radial nach innen und nach außen verläuft, um die Kühlung dadurch zu ver bessern, daß sie den Flußweg des Kühlfluids verlängert und das Kühlfluid näher an den Hohlraum bringt. Das US-Pa tent Nr. 5.443.381 an Gellert, erteilt am 22. August 1995, zeigt einen einteiligen Anguß- und Hohlraumeinsatz mit Rippenteilen, die bewirken, daß die Kühlfluid-Kammern oder -Durchlässe abwechselnd nach vorn und nach hinten verlaufen, um eine verbesserte Kühlung und eine höhere konstruktive Festigkeit zu schaffen.

Während diese früheren Konfigurationen für viele Anwen dungen ausreichend sind, ist es beim Schmelzen bestimmter Materialien mit bestimmten Hohlraumkonfigurationen und -größen wünschenswert, für den Hohlraum und für das Angußgebiet eine nochmals weitere Kühlung zu schaffen.

Der obenerwähnte Nachteil des Standes der Technik stellt ein technisches Problem dar, auf das der erfindungsgemäße einteilige Druckguß-Anguß- und -Hohlraumeinsatz gerichtet ist.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen einteiligen Anguß- und Hohlraumeinsatz mit einem oder mit mehreren durch ihn verlaufenden Kühlfluid-Durchlässen, die abwechselnd sowohl nach vorn und nach hinten als auch nach innen und nach außen verlaufen, zu schaffen, der den obenerwähnten Nachteil des Standes der Technik wenigstens teilweise vermeidet.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch den einteiligen Druckguß-Anguß- und -Hohlraumeinsatz nach Anspruch 1. Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.

Zu diesem Zweck schafft die Erfindung in einem ihrer Aspekte einen einteiligen Druckguß-Anguß- und -Hohl raumeinsatz zum Einbau in eine Gießform zwischen einer beheizten Düse und einem Hohlraum. Der Anguß- und Hohlraumeinsatz besitzt eine hintere Fläche mit einem ausgesparten Abschnitt zur Aufnahme der Düse und eine vordere Fläche, die einen Abschnitt einer hinteren Fläche des Hohlraums bildet. Ein Anguß verläuft mittig durch den Anguß- und Hohlraumeinsatz von der hinteren Fläche zu der vorderen Fläche, um die Schmelze von der Düse in den Hohlraum zu transportieren. Der Anguß- und Hohlraumein satz besitzt eine Außenfläche mit einem oder mit mehreren Kühlfluideinlässen und -auslässen, die von der Außenflä che nach innen verlaufen. Der Anguß- und Hohlraumeinsatz besitzt außerdem einen oder mehrere Kühlfluid-Durchlässe, die durch ihn von einem der Kühlfluideinlässe zu einem der Kühlfluidauslässe verlaufen. Jeder Kühlfluid-Durchlaß in dem Anguß- und Hohlraumeinsatz verläuft abwechselnd sowohl nach vorn und nach hinten als auch nach innen und nach außen.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden deut lich beim Lesen der folgenden Beschreibung einer zweckmä ßigen Ausführung, die auf die beigefügte Zeichnung Bezug nimmt; es zeigen:

Fig. 1 eine Schnittansicht eines Teils eines Mehrfach hohlraum-Druckgußsystems, die einen Anguß- und Hohlraumeinsatz gemäß einer zweckmäßigen Ausfüh rung der Erfindung veranschaulicht;

Fig. 2 eine perspektivische Darstellung, die das innere und das äußere Teilstück des in Fig. 1 gezeigten Anguß- und Hohlraumeinsatzes in der richtigen Lage des Zusammenbaus zeigt;

Fig. 3 eine Querschnittsansicht des zusammengesetzten Anguß- und Hohlraumeinsatzes nach Fig. 1;

Fig. 4 eine perspektivische Darstellung des Anguß- und Hohlraumeinsatzes im Wegschnitt längs der Linie 4-4 in Fig. 3; und

Fig. 5 eine schematische Darstellung der Wege der Kühl fluid-Durchlässe durch den Anguß- und Hohlraum einsatz nach Fig. 1.

Wie zunächst in Fig. 1 gezeigt ist, ist ein Teil eines Mehrfachhohlraum- Druckgußsystems oder einer Mehrfachhohl raum-Druckgußvorrichtung mit einem einteiligen Anguß- und Hohlraumeinsatz 10 gemäß einer zweckmäßigen Ausführung der Erfindung zwischen einer beheizten Düse 14 und einem Hohlraum 16 in eine Gießform 12 eingebaut. Während die Gießform 12 in Abhängigkeit von der Anwendung eine grö ßere Anzahl von Platten haben kann, sind in diesem Fall zur Erleichterung der Darstellung nur eine Düsenhalte platte 18 und eine Gegenplatte 20, die mit Schrauben 22 miteinander befestigt sind, sowie eine Hohlraum-Halte platte 24 und eine Abstreifplatte 26 gezeigt.

Jeder Anguß- und Hohlraumeinsatz 10 besitzt eine Außen fläche 28, eine hintere Fläche 30, eine vordere Fläche 32 und einen Anguß 34, der von der hinteren Fläche 30 zu der vorderen Fläche 32 mittig durch ihn verläuft, um die Schmelze von der Düse 14 zu dem Hohlraum 16 zu transpor tieren. Die Außenfläche 28 ist allgemein zylindrisch mit einem nach außen sich erstreckenden kreisförmigen Flanschabschnitt 36, der in einem kreisförmigen Sitz 38 in der Hohlraum-Halteplatte 24 sitzt, um den Anguß- und Hohlraumeinsatz 10 in der Gießform 12 genau zu fixieren. Die hintere Fläche 30 des Anguß- und Hohlraumeinsatzes 10 besitzt einen ausgesparten Abschnitt 40, der einen Düsen behälter zur Aufnahme der beheizten Düse 14 bildet.

Ein Schmelzedurchlaß 42 verzweigt in einen stählernen Schmelzeverteiler 44 und verläuft durch eine mittige Schmelzebohrung 46 in jeder beheizten Düse 14 zu dem zu dem Hohlraum 16 führenden Anguß 34. Der Schmelzeverteiler 44 besitzt ein zylindrisches Einlaßteil 48 und wird von einem einteiligen elektrischen Heizelement 50 beheizt. Der Schmelzeverteiler 44 ist mit einem mittigen Fixier ring 52 und mit einer Anzahl isolierender und federnder Abstandshalter 54, die einen isolierenden Luftzwischen raum 56 zwischen dem beheizten Verteiler 44 und der umgebenden Gießform 12 schaffen, zwischen der Düsenhalte platte 18 und der Gegenplatte 20 eingebaut.

Jede Düse 14 besitzt ein einteiliges elektrisches Heiz element 58 und ein hinteres Ende 60, das an den Schmelze verteiler 42 angrenzt. In dieser Konfiguration ist in jeder beheizten Düse 14 ein Torpedo 62 mit Spiralklingen 64 und mit einer nach vorn zulaufenden Spitze 66 einge baut. Jede beheizte Düse 14 besitzt außerdem einen Flanschabschnitt 68, der in einen kreisförmigen Sitz 70 in der Verteilerhalteplatte 18 eingepaßt ist. Dadurch ist die beheizte Düse 14 mit der zulaufenden Spitze 66 des Torpedos 62 genau auf den Anguß 34 ausgerichtet fixiert, wobei zwischen der beheizten Düse 14 und der sie umgeben den Schmelze 12 ein isolierender Luftzwischenraum 72 gebildet wird, der dadurch gekühlt wird, daß das Kühl fluid durch die Kühlleitungen 74 gepumpt wird.

In dieser Ausführung bildet ein Abschnitt der vorderen Fläche 32 des Anguß- und Hohlraumeinsatzes 10 die hintere Fläche 78 des Hohlraums 16. In diesem Fall dient der Hohlraum 16 der Herstellung von Behälterverschlüssen und erstreckt sich zwischen dem Anguß- und Hohlraumeinsatz 10 und einem Gießformkern 80, der durch einen Abstreifring 82 verläuft. Der Gießformkern 80 wird durch Kühlwasser gekühlt, das durch einen mittigen Kühlkanal 84 fließt.

In den Fig. 2-4 ist nun ausführlich der Anguß- und Hohl raumeinsatz 10 gemäß der Erfindung beschrieben. In Fig. 2 besteht der Anguß- und Hohlraumeinsatz 10 aus einem im wesentlichen zylindrischen inneren Teilstück 86 und aus einem im wesentlichen zylindrischen äußeren Teilstück 88. Das äußere Teilstück 88 ist normalerweise aus einer geeigneten Dichtung wie etwa aus nichtrostendem Stahl hergestellt, während das innere Teilstück 86 zweckmäßig aus H13-Werkzeugstahl hergestellt ist, der besser leitet und wärmeschockbeständiger ist. Das innere Teilstück 86 ist in eine mittige zylindrische Öffnung 90 in dem äuße ren Teilstück 88 eingepaßt. Das innere Teilstück 86 besitzt ein nach vorn verlaufendes zylindrisches Nasen teilstück 92, durch das der Anguß 34 verläuft, wobei das Nasenteilstück in eine kleine zylindrische Öffnung 94 eingepaßt ist, die einen Teil der vorderen Fläche 32 des Anguß- und Hohlraumeinsatzes 10 bildet. Wie gezeigt ist, bildet das innere Teilstück 86 den Düsenbehälter 40, in den sich die beheizte Düse 14 erstreckt.

Das äußere Teilstück 88 des Anguß- und Hohlraumeinsatzes 10 besitzt die allgemein zylindrische Außenfläche 28, die von dem nach außen verlaufenden Flanschabschnitt 36 nach vorn verläuft. In dieser Ausführung ist das Teilstück 88 in der Weise bearbeitet, daß es zwei Kühlfluid-Durchlässe 96, 98 besitzt, die auf gewundenen Wegen durch es verlau fen. Die Durchlässe 96, 98 verlaufen jeweils von einem Paar Kühlfluid-Einlässen 100, 102, die von der Außenflä che 28 nach innen verlaufen, zu einem Paar Auslässen 104, 106, die nach außen zur Außenfläche 28 verlaufen. Die Auslässe 104, 106 liegen den Einlässen 100, 102 gegen über, wobei die zwei Kühlfluid-Durchlässe 96, 98 in zueinander entgegengesetzten Richtungen um den Anguß- und Hohlraumeinsatz 10 verlaufen. Wie auch in Fig. 1 gezeigt ist, sind die zwei Kühlfluid-Einlässe 100, 102 mit einer dazwischenliegenden dünnen Zwischenwand 108 auf eine dünne Kühlfluidleitung 110 ausgerichtet, die zur Aufnahme eines geeigneten Kühlfluids wie etwa Wasser durch die Hohlraum-Halteplatte 24 verläuft. Die zwei Kühlfluid-Aus lässe 104, 106 haben außerdem eine dazwischenliegende dünne Zwischenwand 112 und sind ähnlich auf eine weitere Kühlfluidleitung 114 ausgerichtet, die durch die Hohl raum-Halteplatte 24 zur Aufnahme des Kühlfluids aus ihnen verläuft. Die Zwischenwände 108, 112 besitzen Messerkan ten 109, 113, um Einschnürungen des Wasserflusses zu vermeiden. Die gewundenen Wege 116, 118 der zwei Kühl fluid-Durchlässe 96, 98 sind am besten in den Fig. 4 und 5 zu sehen. Jeder der Durchlässe 96, 98 verläuft zunächst eine kurze Strecke entlang des Umfangs, dann eine kurze Strecke nach hinten, dann über einen U-förmigen Abschnitt 120 des Durchlasses nach innen und nach außen, dann eine kurze Strecke zurück nach vorn und dann wieder entlang des Umfangs. In der gezeigten Konfiguration wiederholt sich dieser wiederkehrende Flußweg oder dieses wiederkeh rende Muster zwischen jedem Einlaß 100, 102 und jedem Auslaß 104, 106 dreimal. Dieser Weg oder dieses Muster der Kühlfluid-Durchlässe 96, 98, die abwechselnd sowohl nach vorn und nach hinten als auch nach innen und nach außen verlaufen, schafft die Vorteile, daß es die Länge der Flüssigkeitsdurchlässe verlängert, die turbulente Strömung erhöht und die Durchlässe näher an den Hohlraum 16 bringt, wobei all dies den Wirkungsgrad der Kühlung bei gleichzeitiger Erhaltung der konstruktiven Festigkeit der Gießform, die ständig hohen Anpreßdrücken unterworfen ist, verbessert.

Der Anguß- und Hohlraumeinsatz 10 wird durch Einsetzen des inneren Teilstücks 86 in das äußere Teilstück 88 hergestellt. Entlang der Verbindungen zwischen ihnen ist eine Nickellegierungs-Hartlötmasse aufgetragen, die in einem Vakuumofen allmählich auf eine Temperatur von ungefähr 1052°C, oberhalb des Schmelzpunkts der Nickel legierung, erwärmt werden. Während des Erwärmens wird der Ofen auf einen relativ hohen Unterdruck evakuiert, um im wesentlichen allen Sauerstoff zu entfernen, wobei er dann teilweise mit einem Edelgas wie etwa Argon oder mit Stickstoff wieder gefüllt wird. Wenn der Schmelzpunkt der Nickellegierung erreicht ist, schmilzt sie und fließt zwischen den Außenflächen 122 des inneren Teilstücks 86 und den Innenflächen 124 des äußeren Teilstücks 88. Durch die Kapillarwirkung breitet sich die Nickellegierung zwischen der Oberfläche 122, 124 aus, um die zwei Teil stücke 86, 88 miteinander einteilig hartzulöten, um den einteiligen Anguß- und Hohlraumeinsatz 10 zu bilden. Dadurch, daß sie in dieser Weise in dem Vakuumofen mit einander hartverlötet werden, wird eine metallurgische Verbindung der Nickellegierung mit dem Stahl geschaffen, um eine maximale Festigkeit des Einsatzes zu erzielen und ein Ausfließen des Kühlwassers zu verhindern.

Im Betrieb wird die Druckgußvorrichtung oder das Druck gußsystem wie in Fig. 1 gezeigt zusammengesetzt. Während zur Erleichterung der Darstellung nur ein einzelner Hohlraum 16 gezeigt ist, ist klar, daß der Schmelzever teiler 44 normalerweise wesentlich mehr Schmelzedurchlaß verzweigungen hat, die in Abhängigkeit von der Anwendung zu mehreren Hohlräumen 16 verlaufen. Durch die Heizele mente 50, 58 in dem Verteiler 44 und in den Düsen 14 wird ein elektrischer Strom geschickt, um sie auf die vorgege bene Betriebstemperatur zu erwärmen. Zum Kühlen der Gießform 12 und des Anguß- und Hohlraumeinsatzes 10 wird dem Kühlkanal 84 und den Kühlleitungen 74 und 110 Wasser oder ein anderes geeignetes Kühlfluid mit vorgegebenen Temperaturen zugeführt. Dann wird durch einen mittigen Einlaß 126 gemäß einem vorgegebenen Zyklus in herkömmli cher Weise die heiße, mit Druck beaufschlagte Schmelze aus einer (nicht gezeigten) Schmelzemaschine in den Schmelzedurchlaß 42 eingespritzt. Die Schmelze fließt durch die Schmelzebohrungen 46 in den beheizten Düsen 14 und in den Angüssen 34 in die Hohlräume 16. Wenn die Hohlräume 16 gefüllt sind, wird der Einspritzdruck vor übergehend zum Verdichten gehalten und dann wieder ge löst. Nach einer kurzen Kühlperiode wird die Gießform 12 für das Ausstoßen geöffnet. Nach dem Ausstoßen wird die Gießform 12 geschlossen und zum Neufüllen der Hohlräume 16 erneut mit dem Schmelzeeinspritzdruck beaufschlagt. Dieser Zyklus wird mit einer von der Größe der Hohlräume 16 und der Art des geschmolzenen Materials abhängigen Frequenz ständig wiederholt.

Obwohl die Beschreibung des einteiligen Druckguß-An guß- und -Hohlraumeinsatzes mit Kühlfluid-Durchlässen in bezug auf eine zweckmäßige Ausführung der Erfindung gegeben wurde, ist offensichtlich, daß verschiedene weitere Modifikationen möglich sind, ohne vom Umfang der Erfin dung abzuweichen, wie er vom Fachmann verstanden und in den folgenden Ansprüchen definiert ist. Zum Beispiel kann in einer alternativen Ausführung von einem Einlaß, der einem Auslaß gegenüberliegt, nur ein Durchlaß um den Anguß- und Hohlraumeinsatz 10 verlaufen, wobei der Durch laß den gleichen wiederkehrenden Weg oder das gleiche wiederkehrende Muster hat, das oben beschrieben worden ist.

Claims

1. Einteiliger Druckguß-Anguß- und -Hohlraumeinsatz (10) zum Einbau in eine Gießform (12) zwischen einer beheizten Düse (14) und einem Hohlraum (16), mit
einer hinteren Fläche (30) mit einem ausgesparten Abschnitt (40) zur Aufnahme der Düse (14),
einer vorderen Fläche (32), die wenigstens einen Teil einer hinteren Fläche (78) des Hohlraums (16) bil det, und
einem Anguß (34), der mittig durch den Hohlraum (16) von dessen hinterer Fläche (30) zu dessen vorderer Fläche (32) verläuft, um die Schmelze (12) von der Düse (14) zum Hohlraum (16) zu befördern,
dadurch gekennzeichnet, daß
in einer Außenfläche (28) wenigstens ein Kühl fluid-Einlaß (100, 102) und wenigstens ein Kühlfluid-Aus laß (104, 106), die von dort nach innen verlaufen, vorgesehen sind,
der Anguß- und Hohlraumeinsatz (10) außerdem we nigstens einen Kühlfluid-Durchlaß (96, 98) besitzt, der durch ihn vom Kühlfluideinlaß (100, 102) zum Kühlfluid auslaß (104, 106) verläuft, und
der wenigstens eine Kühlfluid-Durchlaß (96, 98) in dem Anguß- und Hohlraumeinsatz (10) abwechselnd sowohl nach vorn und nach hinten als auch nach innen und nach außen verläuft.

2. Einteiliger Anguß- und -Hohlraumeinsatz (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Außenfläche (28) im wesentlichen zylindrisch ist.

3. Einteiliger Anguß- und -Hohlraumeinsatz (10) nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch zwei Kühlfluideinlässe (100, 102), zwei Kühlfluidauslässe (104, 106), die den Kühlfluideinlässen (100, 102) gegenüberliegen, und zwei Kühlfluid-Durchlässe (96, 98), wobei sich die Kühlfluid-Durchlässe (96, 98) in zueinander entgegengesetzten Richtungen jeweils von einem Kühlfluideinlaß (100, 102) um den Anguß- und Hohlraumein satz (10) zu einem Kühlfluidauslaß (104, 106) erstrecken.