DE19903614A1 - Druckguß-Anguß- und -Hohlraumeinsatz aus drei Teilstücken - Google Patents

Description

Diese Erfindung bezieht sich allgemein auf Druckgußvor­ richtungen und insbesondere auf einen einteiligen Anguß- und Hohlraumeinsatz, der aus drei Komponenten besteht, die zu einem einzigen Teil zusammengefügt sind.

Druckgußvorrichtungen mit Anguß- und Hohlraumeinsätzen mit Kühlfluid-Durchlässen, die einen Abschnitt des Hohl­ raums bilden und durch die der Anguß zum Transport der Schmelze von einer beheizten Düse zum Hohlraum verläuft, sind wohlbekannt. Zum Beispiel zeigt das US-Patent Nr. 4.622.001 an Bright u. a., erteilt am 11. November 1986, einen Anguß und Hohlraumeinsatz, der aus zwei getrennten, miteinander verschraubten Stücken hergestellt ist. Das neuere US-Patent Nr. 5.443.381 an Gellert, erteilt am 22. August 1995, zeigt einen einteiligen Anguß- und Hohlraumeinsatz, der aus einer inneren und aus einer äußeren Komponente oder aus einem inneren und aus einem äußeren Teilstück hergestellt ist, die einteilig miteinander verbunden sind, wobei ein Kühlfluid-Durchlaß durch sie verläuft. Die äußere Komponente besteht aus einem geeigneten Stahl wie etwa aus H13-Stahl oder rost­ freiem Stahl, während die innere Komponente aus einer Beryllium-Nickel-Legierung besteht, die eine bessere Wärmeleitfähigkeit und eine höhere Korrosionsbeständig­ keit aufweist.

Obwohl diese früheren Konfigurationen für viele Anwendun­ gen ausreichend sind, wurde beobachtet, daß beim Schmel­ zen bestimmter Materialien unter bestimmten Bedingungen ein unangemessen hoher Verschleiß im Angußgebiet auf­ tritt.

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

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, den obenerwähnten Nachteil des Standes der Technik wenigstens teilweise zu beseitigen und einen einteiligen Anguß- und Hohlraumeinsatz zu schaffen, der einen inneren und einen äußeren Abschnitt, die mit dem Kühlfluid in Kontakt sind und aus einem korrosionsbeständigen Material gebildet sind, und einen Angußabschnitt, durch den sich der Anguß erstreckt und der aus einem verschleißbeständigerem Material gebildet ist, umfaßt.

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

Zu diesem Zweck schafft die Erfindung in einem ihrer Aspekte einen einteiligen Druckguß-Anguß- und -Hohlraumeinsatz zum Einbau in eine Gießform zwischen einer beheizten Düse und einem Hohlraum. Der Anguß- und Hohlraumeinsatz besitzt eine hintere Innenfläche mit einer Aussparung zur Aufnahme der Düse und eine vordere Fläche, die einen Teil einer hinteren Fläche des Hohl­ raums bildet. Ein Anguß verläuft mittig durch den Anguß- und Hohlraumeinsatz von der hinteren Fläche zu der vorde­ ren Fläche, um die Schmelze von der Düse zum Hohlraum zu transportieren. Ein Kühlfluid-Durchlaß verläuft durch den Anguß- und Hohlraumeinsatz von einem Kühlfluid-Einlaß zu einem Kühlfluid-Auslaß. Der Anguß- und Hohlraumeinsatz besitzt ein inneres Teilstück, ein äußeres Teilstück und ein Angußteilstück, die einteilig miteinander verbunden sind. Das innere Teilstück ist in das äußere Teilstück eingepaßt, um dazwischen den Kühlflüssigkeits-Durchlaß zu bilden. Das Angußteilstück ist wenigstens entweder in das innere Teilstück oder in das äußere Teilstück eingepaßt, wobei der Anguß durch das Angußteilstück verläuft. Das innere Teilstück und das äußere Teilstück sind aus einem korrosionsbeständigen Material gebildet, während das Angußteilstück aus einem Material gebildet ist, das verschleißbeständiger und besser leitfähig ist als das Material, aus dem das innere Teilstück und das äußere Teilstück gebildet sind.

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 Ausführung der Erfin­ dung zeigt;

Fig. 2 eine perspektivische Explosionsdarstellung, die das innere Teilstück, das äußere Teilstück und das Angußteilstück nach Fig. 1 in der richtigen Lage des Zusammenbaus zeigt;

Fig. 3 eine Querschnittsansicht, die das innere Teil­ stück, das äußere Teilstück und das Angußteil­ stück zusammengesetzt zeigt;

Fig. 4 eine Querschnittsansicht des vollständigen Anguß- und Hohlraumeinsatzes;

Fig. 5 eine perspektivische Darstellung des inneren Teilstücks des Anguß- und Hohlraumeinsatzes, die das Muster der Kühlungsflusses um dieses Teil­ stück zeigt; und

Fig. 6 eine Querschnittsdarstellung eines Anguß- und Hohlraumeinsatzes gemäß einer weiteren Ausführung der Erfindung.

Fig. 1 ist zunächst eine Querschnittsdarstellung eines Teils eines Mehrfachhohlraum-Druckgußsystems oder einer Mehrfachhohlraum-Druckgußvorrichtung, die einen einteili­ gen Anguß- und Hohlraumeinsatz 10 gemäß einer Ausführung der Erfindung zeigt. In einer Gießform 14 sind eine Anzahl verlängerter beheizter Düsen 12 angebracht, deren hintere Enden 16 mit den Schrauben 20 an einem stählernen Schmelzeverteiler 18 befestigt sind. Obwohl die Gießform 14 in Abhängigkeit von der Anwendung eine größere Anzahl von Platten haben kann, sind in diesem Fall zur Erleich­ terung der Darstellung nur eine Verteilerplatte 22 und eine Klemmplatte 24, die mit Schrauben 26 aneinander befestigt sind, sowie einer Hohlraumunterstützungsplatte 28 und eine Hohlraumplatte 30 gezeigt.

Jeder Anguß- und Hohlraumeinsatz 10 besitzt eine ausge­ sparte hintere Innenfläche 32, die den Düsenbehälter bildet, eine vordere Fläche 34, die in dieser Ausführung einen Abschnitt der hinteren Fläche 36 eines Hohlraums 38 bildet, und einen Anguß 40, der mittig von dem Düsenbe­ hälter 32 zu der vorderen Fläche 34 verläuft, um die Schmelze von der Düse 12 zum Hohlraum 38 zu transportie­ ren. Der Anguß- und Hohlraumeinsatz 10 ist in eine Öff­ nung 42, die durch die Hohlraumunterstützungsplatte 28 verläuft, und in eine auf sie ausgerichtete Öffnung 44, die durch die Hohlraumplatte 30 verläuft, eingepaßt, wobei sein hinteres Ende 46 an die Verteilerplatte 22 angrenzt. Ein Doppelschraubenlinien-Kühlfluiddurchlaß 48, der durch den Anguß- und Hohlraumeinsatz 10 verläuft, ist durch die Kühlfluid-Einlaßleitung 50 und durch die Kühl­ fluid-Auslaßleitung 52 an eine (nicht gezeigte) Quelle eines geeigneten Kühlfluids wie etwa Wasser angeschlos­ sen. Ein Haltestift 54, der von dem Anguß- und Hohlraum­ einsatz 10 in die Hohlraumunterstützungsplatte 28 ver­ läuft, stellt sicher, daß der Kühlfluiddurchlaß 48 rich­ tig auf die Einlaßleitung 50 und auf die Auslaßleitung 52 ausgerichtet ist.

Ein Schmelzedurchlaß 56 verzweigt in den Schmelzevertei­ ler 18, wobei er durch eine mittige Schmelzebohrung 58 in jeder beheizten Düse 12 zu dem Anguß 40 verläuft, der zu dem Hohlraum 38 führt. Der Schmelzeverteiler 18 besitzt einen zylindrischen Einlaßabschnitt 60, der von einem Fixierring 62 umgeben ist und von einem einteiligen elektrischen Heizelement 64 beheizt wird. Zwischen der Verteilerplatte 22 und der Klemmplatte 24 ist der Schmel­ zeverteiler 18 mit einem mittigen Verteilerhalter 66 und mit einer Anzahl von Druckscheiben 68, die einen isolie­ renden Luftraum 70 zwischen dem beheizten Verteiler 18 und der ihn umgebenden Gießform 14 schaffen, die dadurch gekühlt wird, daß ein Kühlfluid wie etwa Wasser durch die Kühlleitungen 72 gepumpt wird, angebracht.

Jede Düse 12 besitzt ein einteiliges elektrisches Heiz­ element 74, das um die mittige Schmelzebohrung 58 ver­ läuft. In dieser Ausführung hat jede beheizte Düse 12 außerdem einen Spitzeneinsatz 76 mit einer nach vorn zulaufenden Spitze 78, die von einer Gewinde-Halteman­ schette 80 festgehalten wird. Die Haltemanschette 80 grenzt an den Anguß- und Hohlraumeinsatz 10 an und ist an diesem fixiert, um die zulaufende Spitze 78 des Spit­ zeneinsatzes 76 genau auf den in den Hohlraum 38 führen­ den Anguß 40 auszurichten. Außerdem besitzt die beheizte Düse 12 einen an ihr hinteres Ende 16 angrenzenden Flanschabschnitt 82, der in einen kreisförmigen Sitz 84 in der Verteilerplatte 22 eingepaßt ist. Dadurch wird die beheizte Düse 12 mit einem isolierenden Luftzwischenraum 86 fixiert, der zwischen der Außenfläche 88 der beheizten Düse 12 und der hinteren Innenfläche 32 des Anguß- und Hohlraumeinsatzes 10 verläuft.

Mit Bezug auf die Fig. 2-5 werden nun der Anguß- und Hohlraumeinsatz 10 gemäß dieser Ausführung und ein Ver­ fahren seiner Herstellung ausführlich beschrieben. Wie in Fig. 2 gezeigt ist, ist der Anguß- und Hohlraumeinsatz 10 aus drei Komponenten oder Teilstücken, einem hohlen inneren Teilstück 90, einem hohlen äußeren Teilstück 92 und einem Angußteilstück 94, hergestellt. Das innere Teilstück 90 besitzt eine geriefte Außenfläche 96, die in das äußere Teilstück 92 eingepaßt ist, um zwischen ihnen den Kühlfluiddurchlaß 48 zu bilden. Wie die Pfeile in Fig. 5 zeigen, verläuft der Kühlfluiddurchlaß 48 von einem auf die Kühlfluid-Einlaßleitung 50 ausgerichteten Einlaß 98 nach vorn durch eine doppelte Schraubenlinie, um das vordere Ende 110 des inneren Teilstücks 90 und dann durch die doppelte Schraubenlinie 52 zu dem auf die Kühlfluid-Auslaßleitung 52 ausgerichteten Auslaß 102 zurück. Entlang der gerieften Außenfläche 96 wird ein Wulst 104 aus einer Nickellegierung-Hartlotmasse aufge­ bracht, wobei das innere Teilstück 90 in das äußere Teilstück 92 eingesetzt wird. Außerdem wird auf das Angußteilstück 94 ebenfalls ein Wulst 105 der Nickelle­ gierung-Hartlotmasse 104 aufgebracht, wobei es in die angrenzenden Öffnungen 106, 108 in den vorderen Enden 110, 112 des inneren Teilstücks 90 und des äußeren Teil­ stücks 92 eingesetzt wird. Das innere Teilstück 90 und das äußere Teilstück 92, die in Kontakt mit dem durch den Doppelschraubenlinien-Durchlaß 48 fließenden Kühlwasser stehen, sind aus einem oder aus mehreren korrosionsbe­ ständigen Materialien wie etwa aus nichtrostendem Stahl hergestellt, während das Angußteilstück 94, durch das der Anguß 40 verläuft, aus einem verschleiß- und wärmeschock­ beständigeren und besser leitenden Material wie etwa aus H13-Werkzeugstahl oder Wolframkarbid hergestellt ist.

Die zusammengesetzte Struktur aus dem inneren Teilstück 90, dem äußeren Teilstück 92 und dem Angußteilstück 94 wird in einem Vakuumofen allmählich auf eine Temperatur von ungefähr 1052°C, oberhalb des Schmelzpunkts der Nickellegierung, erwärmt. 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 durch die Kapillarwirkung zwischen das Angußteilstück 94 und das innere Teilstück 90 und das äußere Teilstück 92, um die drei Teilstücke miteinander zu einem einzigen Teil hartzuverlöten und so den in Fig. 3 gezeigten einteiligen Anguß- und Hohlraumeinsatz 10 zu bilden. Dadurch, daß die Teilstücke in dieser Weise in dem Vakuumofen miteinander hartverlötet werden, wird eine metallurgische Verbindung zwischen ihnen geschaffen, um eine maximale Festigkeit des Anguß- und Hohlraumeinsatzes 10 zu erzielen und ein Ausfließen des Kühlwassers zu verhindern. Nach dem Ent­ fernen des Anguß- und Hohlraumeinsatzes 10 aus dem Vaku­ umofen wird er bearbeitet, um die in Fig. 4 gezeigte Funktionsgröße und -konfiguration zu erhalten.

Im Betrieb wird die Druckgußvorrichtung oder das Druck­ gußsystem zunächst wie in Fig. 1 gezeigt zusammengesetzt. Während zur Erleichterung der Darstellung nur ein einzel­ ner Hohlraum 38 gezeigt ist, ist klar, daß der Schmelze­ verteiler 18 normalerweise wesentlich mehr Schmelzedurch­ laßverzweigungen hat, die in Abhängigkeit von der Anwen­ dung zu mehreren Hohlräumen 38 verlaufen. Durch die Heizelemente 64, 74 in dem Verteiler 18 und in den Düsen 12 wird ein elektrischer Strom geschickt, um sie auf eine vorgegebene Betriebstemperatur zu erwärmen. Zum Kühlen des Anguß- und Hohlraumeinsatzes 10 und der Gießform 12 wird dem Doppelschraubenlinien-Kühlfluiddurchlaß 48 und der Kühlleitung 72 Wasser oder ein anderes geeignetes Kühlfluid mit vorgegebenen Temperaturen zugeführt. Wie gezeigt ist, ist das durch den Schraubenliniendurchlaß 48 fließende Kühlwasser nur in Kontakt mit dem inneren Teilstück 90 und mit dem äußeren Teilstück 92 des Anguß- und Hohlraumeinsatzes 10, die aus dem korrosionsbeständi­ gen Material hergestellt sind, und nicht mit dem Anguß­ teilstück 94, das aus einem verschleiß- und wärmebestän­ digeren Material hergestellt ist. Dann wird durch einen mittigen Einlaß 114 gemäß einem vorgegebenen Zyklus in herkömmlicher Weise die heiße, mit Druck beaufschlagte Schmelze aus einer (nicht gezeigten) Schmelzemaschine in den Schmelzedurchlaß 56 eingespritzt. Die Schmelze fließt durch die Schmelzebohrungen 58 in den beheizten Düsen 12 in die Hohlräume 38. Wenn die Hohlräume 38 gefüllt sind, wird der Einspritzdruck vorübergehend zum Verdichten gehalten und dann entspannt. Nach einer kurzen Kühlperi­ ode wird die Gießform 14 für das Ausstoßen geöffnet. Nach dem Ausstoßen wird die Gießform 14 geschlossen und zum Neufüllen der Hohlräume 38 erneut mit dem Einspritzdruck beaufschlagt. Dieser Zyklus wird mit einer von der Größe der Hohlräume 38 und der Art des geschmolzenen Materials abhängigen Frequenz ständig wiederholt.

In Fig. 5 ist eine weitere Ausführung der Erfindung gezeigt. In dieser Ausführung ist der Anguß- und Hohl­ raumeinsatz 10 nicht verlängert, wobei der Kühlfluid- Durchlaß 48 nicht wie in der obenbeschriebenen Ausführung in einer Schraubenlinie verläuft, sondern wie in der gleichzeitig eingereichten kanadischen Patentanmeldung des Anmelders mit dem Titel "Injection Molding Cooled Gate Insert" (Gekühlter Druckguß-Angußeinsatz) sowohl nach vorn und nach hinten als auch nach innen und nach außen verläuft. Jedoch hat er ein inneres Teilstück 90 und äußeres Teilstück 92, die aus einem korrosionsbestän­ digen Material gebildet sind, und ein aus einem ver­ schleiß- und wärmeschockbeständigeren Material gebildetes Angußteilstück 94 und wird mit dem gleichen Verfahren hergestellt und in der gleichen Weise verwendet, wie es oben beschrieben wurde.

Obwohl die Beschreibung des Druckguß-Anguß- und -Hohlraumeinsatzes aus drei Teilstücken mit Bezug auf zweckmäßige Ausführungen der Erfindung gegeben wurde, ist offensichtlich, daß verschiedene weitere Modifikationen möglich sind, ohne vom Umfang der Erfindung abzuweichen, wie er vom Fachmann verstanden und in den folgenden Ansprüchen definiert ist.

Claims (4)

1. Einteiliger Druckguß-Anguß- und -Hohlraumeinsatz (10) zum Einbau in eine Gießform (14) zwischen einer beheizten Düse (12) und einem Hohlraum (38), mit
einer hinteren Innenfläche (32), die zur Aufnahme der Düse (12) ausgespart ist,
einer vorderen Fläche (34), die wenigstens einen Teil einer hinteren Fläche (36) des Hohlraums (38) bil­ det, und
einem Anguß (40), der mittig von der hinteren In­ nenfläche (32) zu der vorderen Fläche (34) verläuft, um die Schmelze von der Düse (12) in den Hohlraum (38) zu transportieren, dadurch gekennzeichnet, daß
durch den Anguß- und Hohlraumeinsatz (10) ein Kühlfluid-Durchlaß (48) von einem Kühlfluideinlaß (98) zu einem Kühlfluidauslaß (102) verläuft und
der Anguß- und Hohlraumeinsatz (10) ein inneres Teilstück (90), ein äußeres Teilstück (92) und ein Anguß­ teilstück (94) umfaßt, die zu einem einzigen Teil mitein­ ander verbunden sind, wobei das innere Teilstück (90) in das äußere Teilstück (92) eingepaßt ist, um zwischen ihnen den wenigstens einen Kühlfluid-Durchlaß (48) zu bilden, das Angußteilstück (94) wenigstens entweder in das innere Teilstück (90) oder in das äußere Teilstück (92) eingepaßt ist und der Anguß (40) durch das Anguß­ teilstück (94) verläuft, wobei das innere Teilstück (90) und das äußere Teilstück (92) aus einem korrosionsbestän­ digen Material gebildet sind und das Angußteilstück (94) aus einem Material gebildet ist, das verschleißbeständi­ ger und leitfähiger ist als das Material, aus dem das innere Teilstück (90) und das äußere Teilstück (92) gebildet sind.

2. Einteiliger Anguß- und Hohlraumeinsatz (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das innere Teilstück (90) und das äußere Teil­ stück (92) des Anguß- und Hohlraumeinsatzes (10) aus rostfreiem Stahl hergestellt sind.

3. Einteiliger Anguß- und Hohlraumeinsatz (10) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Angußteilstück (94) des Anguß- und Hohlraum­ einsatzes (10) aus H13-Werkzeugstahl hergestellt ist.

4. Einteiliger Anguß- und Hohlraumeinsatz (10) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Angußteilstück (94) des Anguß- und Hohlraum­ einsatzes (10) aus Karbidstahl hergestellt ist.