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Die
Erfindung betrifft eine Vorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs
1.
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Beim
Befüllen einer Form, sei dies nun im Hochdruck- oder Niederdruckguss,
beim Kokillenguss oder einem sonstigen Gussverfahren, muss die in
der Form befindliche Luft aus der Form entfernt werden, um ein sauberes
Gussergebnis ohne Lunker und Porositäten zu erzielen. Dies
kann entweder aktiv durch Evakuieren der Form vor dem eigentlichen Füllvorgang,
passiv durch Verdrängen der Luft beim Einbringen des Gussmaterials
oder durch eine Kombination beider Verfahren erfolgen.
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Üblicherweise
weist dazu die Form Ventileinrichtungen auf, die nach dem vollständigen
Entlüften der Form geschlossen werden. Um eine dauerhafte Funktion
derartiger Ventileinrichtungen zu gewährleisten, muss sichergestellt
werden, dass kein Gussmaterial aus der Form in den Bereich der Ventileinrichtungen
gelangt, da dies in der Regel zur Zerstörung der Ventileinrichtungen
führt, so dass diese ausgetauscht werden müssen.
Dies ist mit hohem personellen Aufwand und Kosten verbunden.
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Aus
der Deutschen Gebrauchsmusterschrift
DE 202 08 464 U1 ist eine Ventileinrichtung
in Form eines sogenannten Chill-Ventils bekannt. Bei dieser Ventileinrichtung
erfolgt die Entlüftung der Form durch einen labyrinth-
oder waschbrettartigen Spalt in einem blockartigen Ventilkörper
aus einem hochleitfähigen Material, wobei nach dem Entfernen
der Luft aus der Form Gussmaterial aus der Form in den Spalt im
Ventilkörper eintritt und dort einfriert. Damit ist sichergestellt,
dass sämtliche Luft aus der Form entfernt und ein zufriedenstellendes
Gussergebnis erreicht ist.
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Da
aufgrund des hohen Druckes bei der Formfüllung Luft und
Gussmaterial mit hoher Geschwindigkeit aus der Form austreten, muss
der Ventilkörper mit der Spalteinrichtung vergleichsweise lang
gebaut werden, damit das Gussmaterial im Ventilkörper einfriert.
Zudem tritt aufgrund der hohen Strömungsgeschwindigkeit
des Gussmaterials in den Ventilkörper im Einströmbereich
ein erhöhter Verschleiß des Ventilkörpers
auf.
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Um
die Strömungsgeschwindigkeit des Gussmaterials unmittelbar
vor dem Ventilkörper zu reduzieren und damit die zum sicheren
Einfrieren notwendige Baulänge zu verringern, ist es bekannt, zwischen
Gussform und Ventileinrichtung eine Vorrichtung zur Strömungsreduzierung
vorzusehen. Derartige Vorrichtungen weisen labyrinthartige Kanäle
auf, die von der verdrängten Luft und von ausgetretenem
Gussmaterial durchströmt werden. Dabei sollen diese Kanäle
aufgrund ihrer Anordnung, Ausbildung und Dimensionierung für
die austretende Luft einen möglichst geringen Strömungswiderstand
und für austretendes Gussmaterial einen möglichst
hohen Strömungswiderstand aufweisen, so dass aufgrund der
reduzierten Strömungsgeschwindigkeit des Gussmaterials
ein früheres Einfrieren in der Ventileinrichtung und damit
eine verringerte Baulänge der Ventileinrichtung ermöglicht
wird.
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Eine
Verbesserung der Problematik hinsichtlich einer schnellen Entlüftung
und zugleich dem Zurückhalten der Schmelze zeigt die Schrift
DE 10 2005 039 431
A1 auf. Im Gegensatz zu den bekannten Vorrichtungen jedoch
weist der Zwischenkanalabschnitt bei dieser Schrift zwischen unteren
beidseitig waagerecht verlaufenden Kanälen und oberseitig verbindendem
waagerecht verlaufenden Kanal jeweils bogenartig gekrümmte
Abschnitte auf, wobei zwischen den waagerechten Kanälen
und den bogenartigen Abschnitten jeweils ein spitzer Winkel gebildet
ist.
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Wenngleich
mit dieser Ausführung die Wirkung des Chill-Vents verbessert
wird, verbleibt unverändert das Problem, dass das weiterhin üblich
zum Einsatz kommende Chill-Vent zusammen mit dem Zwischenkanalabschnitt
eine vergleichsweise große Bauhöhe zur sicheren
Trennung von Luft und Schmelze einnimmt.
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Weiterhin
nachteilig bei der Ausführung ist die Herstellung der Werkzeugentlüftung
und deren Wartung. Insbesondere der Zwischenkanalabschnitt ist somit
einem hohem Verschleiß unterworfen und muss gemeinsam mit
dem Anfangsbereich des Chill-Vents regelmäßig
ausgetauscht werden.
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Ausgehend
von diesem Stand der Technik ist es die Aufgabe der vorliegenden
Erfindung, eine Vorrichtung zur Entlüftung eines Druckgießwerkzeuges vorzustellen,
bei dem eine möglichst ungehinderte Abfuhr der Luft bei
möglichst starker Verzögerung der Fließgeschwindigkeit
der Schmelze gegeben ist.
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Diese
Aufgabe wird durch eine Vorrichtung nach der Lehre des Anspruchs
1 gelöst.
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Vorteilhafte
Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Eine
gattungsgemäße Vorrichtung zum Entlüften
einer Gießform in Form eines Chill-Vents umfasst zwei einander
gegenüberliegende und zueinander form- und funktionskomplementäre
Formhälften, die in ihren zueinander weisenden Flächen
jeweils eine Mehrzahl von im Wesentlichen parallel zueinander und
im Wesentlichen quer zur Strömungsrichtung verlaufenden
Erhebungen und/oder Vertiefungen aufweisen. Hierbei greifen die
Erhebungen einer Formhälfte in die Vertiefungen der zweiten
Formhälfte bei aufeinander gesetzten Formhälften
ein, wobei zwischen den beiden Formhälften ein waschbrett- oder
mäanderförmiger Spalt gebildet wird. Durch diesen
Spalt kann beim Füllen der Gießform die hieraus verdrängte
Luft sowie im Nachfolgenden überschüssiges schmelzflüssiges
Material strömen.
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Derartige
Vorrichtungen zur Werkzeug-Entlüftung sind als Chill-Vents
bekannt und werden vielfach im Stand der Technik eingesetzt. Merkmal
ist der vorwiegend senkrecht stehende wellenförmige, zickzackartige
bzw. mäanderförmige Spalt. Aufgrund dieses Verlaufes
wird es ermöglicht, dass die Luft nur einen geringen Widerstand
in der Strömung erfährt, jedoch die Schmelze aufgrund
der Vielzahl an Umlenkungen und deren Massenträgheit gebremst
wird.
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Charakteristisches
Merkmal für die Erfindung ist mindestens eine den Spalt
vergrößernde sich über im Wesentlichen
die gesamte Breite der Vorrichtung erstreckende kanalartige Kavität.
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Mit
dem vorgenannten Begriff „Breite” ist für den
Fachmann offensichtlich und grundlegend zu berücksichtigen,
dass sich die Kavität im Wesentlichen über die
diejenige Breite erstreckt, welche auch der Spalt innerhalb der
Vorrichtung einnimmt. Es ist allgemein bekannt und bedarf keiner
weiteren Ausführung, dass beidseitig über die
Länge der Vorrichtung der Spalt und ebenso die Kavität
abgeschlossen sein müssen. Folglich kann und wird in der
Regel die Vorrichtung einen beidseitigen Bund aufweisen, welcher eine
entsprechende Abdichtung des Spaltes und der Kavität in
seitlicher Richtung bzw. in Ausrichtung der Kavität sicherstellt.
Im Bereich des beidseitig vorhandenen Bundes liegen die beiden Formhälften
ohne Spalt direkt aufeinander.
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Gleichfalls
ist offensichtlich, dass die Vorrichtung weitere bauliche Elemente
umfassen kann, wie z. B. Führungselemente zur Ausrichtung
der beiden Formhälften zueinander, die jedoch nicht maßgeblich für
die erfindungsgemäße Ausführung sind.
Vielmehr ist die erfinderische Ausführung der neu geschaffenen
Kavität innerhalb eines ansonsten üblichen, vergleichbaren
Chill-Vents zu berücksichtigen.
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Durch
die erfindungsgemäße Ausführungsform
wird es ermöglicht, den Schmelzefluss im Chill-Vent verbessert
auszubremsen, ohne dass hierdurch die Luftabfuhr behindert wird.
Im Wesentlichen wird dies dadurch erreicht, dass die Luft die Kavität weitgehend
unabhängig von deren konkreter Ausführung ungehindert
durchströmen kann. Die möglichen Strömungsverwirbelungen
sind nicht Wesentlich hinderlicher als die übliche Form
des Chill-Vents bei gleicher Bauhöhe. Hingegen bedeutet
eine Kavität innerhalb des Chill-Vents eine Sammelstelle
für die aufsteigende Schmelze. Insofern führt
dies dazu, dass nach der Kavität für einen im
Verhältnis zum normalen Chill-Vent längeren Zeitraum
keine Schmelze fließt. Somit wird die Zeitdauer verlängert,
bis potentiell Schmelze das obere Ende des Chill-Vents erreicht.
Insofern erleichtert dies die Steuerung der oberhalb des Chill-Vents
angeordneten Ventile zur Schließung der Luftabsaugung.
Weiterhin führt der verlängerte Zeitraum bis zum
Aufsteigen der Schmelze zugleich zu einem stärkeren Abkühlen
im Chill-Vent. Somit sinkt die Gefahr, dass Schmelze das obere Ende
des Chill-Vents erreicht und eine Beschädigung der Ventile
verursachen kann.
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Die
Lage der Vorrichtung bzw. des Chill-Vents bei der Druckgießmaschine
ist grundsätzlich beliebig, wenngleich eine stehende senkrechte Anordnung
häufig anzutreffen ist. Ausgehend von dieser in der Regel
anzutreffenden Ausrichtung wird der Betriff „oben” im
Zusammenhang mit der Vorrichtung synonym verwendet für
die Seite der Vorrichtung bzw. des Chill-Vents, welche den Austritt
bzw. den Auslass der Luft beinhaltet, bzw. für den in Strömungsrichtung
entfernt vom Druckgieß werkzeug liegenden Bereich. Insofern
wird in der Praxis „oben” an der Vorrichtung gleichfalls
in räumlicher Einbaulage unten oder seitlich zu finden
sein. In Übereinstimmung hierzu wird der Betriff „unten” im
Zusammenhang mit der Vorrichtung synonym verwendet für
die Seite der Vorrichtung bzw. des Chill-Vents, welche den Eintritt
bzw. Einlass der Luft beinhaltet, bzw. für den in Strömungsrichtung
nahe zum Druckgießwerkzeug liegenden Bereich. Insofern
wird in der Praxis „unten” an der Vorrichtung
gleichfalls in räumlicher Einbaulage oben oder seitlich
zu finden sein. Im gleichen Sinne ist die Höhe bzw. Länge
der Vorrichtung der Abstand vom Einlass in den Chill-Vent bis zum Auslass
aus dem Chill-Vent unabhängig von dessen räumlicher
Ausrichtung am Verwendungsort der erfindungsgemäßen
Vorrichtung.
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In
aller Regel ist die Ausführung mit einer einzigen Kavität
innerhalb des Chill-Vents ausreichend und Ziel führend.
Jedoch ist es gleichfalls möglich und mitunter vorteilhaft
mehrere Kavitäten nachfolgend durch jeweils Spalte im Fluss
voneinander getrennt vorzusehen. Insofern beziehen sich alle Angaben
auf eine Kavität, die gleichfalls auf mögliche weitere
Kavitäten übertragen werden können. Bei Betrachtung
der Anordnung der Kavität innerhalb der Vorrichtung bzw.
Werkzeugentlüftung in Form des Chill-Vents sowie einer
Längenbeurteilung ist die relevante fiktive Länge
des Cill-Vents hinsichtlich einer nachfolgenden weiteren Kavität
der Abstand von der vorhergehenden Kavität bis zum Auslass
des Chill-Vents.
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Vorteilhafter
Weise wird in der erfindungsgemäßen Ausführung
die Kavität bezogen auf die Strömungsrichtung
in der ersten Hälfte, insbesondere im ersten Drittel, der
Vorrichtung zwischen einem Einlass und einem Auslass angeordnet.
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Da
es insbesondere Aufgabe der Kavität ist, ein Speichervolumen
für die Schmelze zu erzeugen, um nachfolgenden Spalt möglichst
lange frei von Schmelze zu halten, ist es vorteilhaft, diese Kavität im
unteren Bereich des Chill-Vents anzuordnen. Gleichfalls ist es notwendig,
dass die Schmelze nicht ungebremst in die Kavität eintritt,
da ansonsten die Abkühlung der Schmelze im Chill-Vent nicht
vorteilhaft beeinflusst werden kann. Insofern liegt daher die Kavität
in besonders vorteilhafter Ausführung im Bereich zwischen
einem Viertel und einem Drittel der Bauhöhe des Chill-Vents
zwischen dem Einlass in den mäanderförmigen Spalt
und dessen Auslass.
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Eine
vorteilhafte Ausführungsform ergibt sich mit einer Kavität
mit über ihrer Länge konstantem Querschnitt. Dieses
ermöglicht zum einen gleichmäßige Strömungsverhältnisse,
als auch eine einfache Herstellung. Dieses ist unter anderem bedeutend,
da der untere Bereich eines Chill-Vents einem höheren Verschleiß unterworfen
ist und somit dessen Austausch in regelmäßigen
Abständen erforderlich ist.
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Für
die abzusaugende Luft hat die Form der Kavität nur eine
untergeordnete Bedeutung. Zwar ist je nach Formgebung mit unterschiedlichen
Verwirbelungen innerhalb der Kavität und Strömungsverlusten im
Eintritt in die Kavität und im Austritt aus der Kavität zu
rechnen. Versuche zeigen jedoch auf, dass die Formwahl hinsichtlich
des Ergebnisses der Entlüftung des Druckgießwerkzeuges
nur eine untergeordnete Rolle spielt. Folglich richtet sich die
Formwahl vorwiegend nach dem Fließverhalten der Schmelze.
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In
einer ersten vorteilhaften Ausführungsvariante wird der
Querschnitt der Kavität rechteckig, rautenförmig
oder polygonal gewählt. In einem Winkel zueinander stehende
Flächen haben insbesondere den Vorteil, dass die mit einer
Schwere behaftete Metallschmelze nach Strömung entlang
einer Seitenwand der Kavität nachfolgend auf die hierzu
im Winkel angeordnete folgende Seitenwand prallt. Dieses führt
zu einer starken Bremswirkung auf den Schmelzefluss.
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Hierbei
können die Ecken der Kavität, sowie die Ecke am
Eintritt in die Kavität vom vorhergehenden Spalt sowie
die Ecke am Austritt aus der Kavität in den nachfolgenden
Spalt gleichfalls abgerundet sein.
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Zu
diesem Zwecke wird vorteilhafter Weise eine quadratische oder rechteckige
Kavität derart angeordnet ist, dass zwei Seiten im Wesentlichen
parallel zur Längsrichtung der Vorrichtung und zwei Seiten
rechtwinklig dazu verlaufen. Hierdurch wird erreicht, dass zunächst
die Schmelze in Längsrichtung die Kavität durchströmt,
jedoch im Folgenden der Schmelzestrom von einer quer stehenden folgenden Wand
der Kavität nahezu gestoppt wird.
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Hierzu
eignet sich besonders eine Ausführungsform, bei der der
Spalt im Querschnitt einlassseitig im Bereich einer Ecke der Kavität
in diese mündet und auslassseitig von der diagonal gegenüberliegenden
Ecke abgeht. Diese Ausführung bildet die optimale Ausführung
insbesondere für die eckige Form der Kavität.
Hierdurch wird der gewünschte Effekt, bei einen für
die Luft vernachlässigbaren Strömungswiderstand
für die Schmelze einen hohen Widerstand zu erzeugen, besonders
verstärkt. Hierbei wird der Schmelzestrom zweimal innerhalb
der Kavität nahezu vollständig umgekehrt.
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In
einer abgewandelten Ausführungsform der erfindungsgemäßen
Vorrichtung wird eine routenförmige Kavität derart
angeordnet ist, dass ebenfalls zwei Seiten im Wesentlichen parallel
zur Längsrichtung der Vorrichtung verlaufen. Die Wandungen der
Kavität, welche diese in der Längsrichtung der Vorrichtung
abschließen, verlaufen zu diesem Zwecke im Wesentlichen
zueinander parallel und unter einem Winkel zwischen 60° bis
90° bzw. zwischen 90° bis 120° zur Längsrichtung
der Vorrichtung. Mittels dieser Anordnung wird gleichfalls, wie
in der rechteckigen Ausführung, eine vorteilhafte Umlenkung
und somit quasi Blockade des Schmelzestromes erreicht.
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Hierbei
ist es vorteilhaft, wenn der Spalt im Querschnitt einlassseitig
im mittleren Bereich der Seite der Kavität in diese mündet
und auslassseitig im Bereich einer Ecke abgeht. Hierbei ist es zunächst unerheblich,
in welche Richtung die winkelig angestellten Seiten der Raute hinsichtlich
der Position des Eintritts und Austritts in die Kavität
angeordnet sind. Besonders vorteilhaft ist hierbei eine Anordnung,
bei der der Austritt in einer bezüglich der Längsrichtung der
Vorrichtung oberen Ecke der Kavität angeordnet ist. Der
Einlass liegt auf der unteren Seite auf dessen Verlauf zwischen
den beiden Ecken. Dieses muss mitnichten genau die Mitte sein, sondern
muss vielmehr hinsichtlich der Strömungsrichtung festgelegt werden.
Die Ausrichtung des vor der Kavität liegenden Spaltes verursacht
in der Kavität eine zunächst einmal geradlinige
Schmelzeströmung in der Kavität. Diese Strömungsrichtung
ist derart auszurichten, dass diese vorzugsweise im Wesentlichen
senkrecht auf die gegenüberliegende obere Wandung der Kavität
auftrifft. Entsprechend der Rautenform und der winkeligen Anordnung
der oberen Wandung ist die Strömungsrichtung in einem entsprechenden
Winkel zur Längsrichtung ausgerichtet. Aus dieser Betrachtung
ergibt sich die Position des Eintritts in die Kavität bzw.
das Ende des vorhergehenden Spaltes. Insofern gilt es die Position
des Eintritts auf der unteren Seite zu vermitteln mit der Position
des Auftreffens der Schmelzeströmung auf der oberen Seite.
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In
einer zweiten vorteilhaften Ausführungsform wird der Querschnitt
der Kavität im Wesentlichen kreisförmig, ellipitisch
oder ellipsoid gewählt. Weitgehend unabhängig
von der Bogenform der Wandung der Kavität kann wiederum
die Luft die Kavität durchströmen. Hingegen wird
der Schmelzestrom durch die Bogenform in eine kreisförmige
Bewegung bzw. in eine Wirbelbewegung versetzt. Hierdurch wird der
Schmelzestrom effektiv ausgebremst und kann somit erst mit Verzögerung
die Kavität verlassen. Hierbei ist eine Ausführung
mit einer von einem Kreisbogen bzw. Ellipsoid abweichenden Form der
Kavität ebenso tauglich, sofern die Form geeignet ist,
entsprechende Strömungsform zu realisieren.
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Zu
diesem Zwecke weist die Kavität vorteilhafter Weise zwei
im Wesentlichen kreisbogenförmige Halbschalen auf. Für
die Anordnung innerhalb des Chill-Vents ist die erste Halbschale
in der ersten Formhälfte und die zweite Halbschale in der
zweiten Formhälfte ausgebildet. Zur Erzeugung vorteilhafter Kreisbewegung
des Schmelzeflusses mündet der Spalt einlassseitig tangential
zur ersten Halbschale in die Kavität. Hierdurch wird die
Schmelze aus dem vorherigen Spalt kommend umgehend in der Kavität in
eine Kreis- bzw. Wirbelbewegung versetzt. Somit führt diese
Strömungsform zu einer besonders vorteilhaften Reduzierung
der Strömungsgeschwindigkeit hinsichtlich der Strömung
in den zweiten Spalt.
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Weiterhin
vorteilhaft ist es, wenn der Kreisbogenradius der ersten Halbschale
zumindest geringfügig kleiner als der Kreisbogenradius
der zweiten Halbschale ist. Hierdurch wird sichergestellt, dass
die Schmelzeströmung entlang der ersten Halbschale über
den Abstand zur zweiten Halbschale hinweg in der zweiten Halbschale
ungebremst weiter in der Kreisbewegung strömen kann.
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In
Alternative hierzu ist es gleichfalls denkbar, die Halbschalen der
ersten und der zweiten Formhälfte geringfügig
versetzt zueinander anzuordnen, so dass gleichfalls sichergestellt
ist, dass entsprechender Strom von der ersten Halbschale ungehindert
in der zweiten Halbschale fortgeführt werden kann.
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Die
Wahl der Größe der Kavität richtet sich zunächst
einmal nach der Spaltweite der Vorrichtung. Insofern ist zur Beschreibung
der Kavitätseigenschaften die Verwendung eines Verhältniswertes maßgeblich.
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In
bevorzugter Ausführungsform weist hierbei das Verhältnis
der Querschnittsfläche der Kavität relativ zur
Spaltweite mathematisch im Quadrat einen Wert zwischen 15 und 400,
insbesondere zwischen 25 und 100, auf.
(Beispiel: Spalt 1,2
mm, Querschnitt = 144 mm2 ⇒ Verhältnis
= 100)
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Gleichfalls
bevorzugt ist hierbei die Verwendung einer Kavität, aus
der sich ein Verhältnis ableiten lässt mit der
Höhe der Kavität in Längsrich tung relativ
zur Spaltweite sowie einem Verhältnis der Breite der Kavität
quer zum Chill-Vent relativ zur Spaltweite, wobei diese Verhältnisse
Werte zwischen 4 und 20, insbesondere zwischen 5 und 10, annehmen.
(Beispiel: Spalt 1,2 mm, Länge = Breite = 14,4 mm ⇒ Verhältnis
= 10)
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Durch
diese Wahl der bevorzugten Baugröße der Kavität
wird in vorteilhafter Weise die Strömung der Schmelze innerhalb
des Chill-Vents ausgebremst. Dies gilt insbesondere bei Betrachtung
der üblichen Ausführung eines Chill-Vents mit
einer Spaltweite von in der Regel über 0,8 mm mit vorzugsweise
ca. 1,2 mm.
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Maßgeblich
für die Beurteilung der Vorteilhaftigkeit der erfindungsgemäßen
Vorrichtung gegenüber den aus dem Stand der Technik bekannten Ausführungsformen
eines Chill-Vents bzw. Werkzeugentlüftungen ist ein Verhältnis
der Länge des Chill-Vents in mm relativ zur Spaltweite
in mm mathematisch im Quadrat unter weiterer Vernachlässigung der
Dimension. Hierbei sind aus dem Stand der Technik Werte von über
200 üblich und ca. 250 die Regel. Erfindungsgemäß wird
die Vorrichtung jedoch in der Bauhöhe gekürzt
auf eine Länge mit einem Verhältnis unterhalb
von 200, insbesondere unterhalb von 160. (Beispiel: Spalt 1,2 mm,
Länge des Chill-Vents = 216 mm ⇒ Verhältnis
= 150)
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Durch
diese Verkürzung der Vorrichtung gegenüber dem
Stand der Technik ist der entscheidende Vorteil hinsichtlich der
Kosten für ein Chill-Vent als auch hinsichtlich der Einbaubarkeit
in eine Druckgießmaschine gewonnen.
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Abgeleitet
aus der erfinderischen Ausführungsform eines Chill-Vents
mit einer Kavität ergibt sich ein Verfahren zur Werkzeugentlüftung
zum Einsatz bei einem Druckgießwerkzeug. Zu diesem Zwecke
ist eine Werkzeugentlüftung einzusetzen mit einer Ausführungsform
gemäß einer zuvor beschriebenen Variante.
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Ein
Verfahren für die Entlüftung eines Druckgießwerkzeuges
ergibt sich aus dem folgenden Strömungsablauf:
Aufgrund
von Unterdruck am Auslass des Chill-Vents und/oder aufgrund des
Fülldrucks in der Druckgießform strömt
zunächst Luft durch das Chill-Vent. Hierbei durchläuft
die Luft zunächst den Spalt unterhalb der Kavität
im Chill-Vent, im Folgenden die Kavität selbst und nachfolgend
den Spalt oberhalb der Kavität des Chill-Vents, ohne dass
es hierbei zu einer nennenswerten Unterbrechung in der Strömung kommt.
Wenngleich es durch die vielfache Umlenkung des Luftstromes zu Luftwirbeln
kommt, so sind diese weitgehend zu vernachlässigen.
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Nachfolgend
steigt Metallschmelze vom Druckgießwerkzeug kommend im
Chill-Vent auf. Hierbei durchläuft die Schmelze zunächst
den Spalt unterhalb der Kavität innerhalb des Chill-Vents.
Aufgrund der Abmessungen des Spaltes und der Abkühlung
der Schmelze durch die Formhälften des Chill-Vents wird
hierbei bereits die Strömungsgeschwindigkeit der Schmelze
zunehmend reduziert.
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In
der Kavität angelangt führt zum einen die Form
der Kavität zu einer weiteren relevanten Strömungsreduzierung
für die Schmelze. Die Umlenkung der Schmelze in der Kavität
führt zu einem Rückstau, der bereits geeignet
ist, den Aufstieg der Schmelze zu reduzieren. Weiterhin bildet die
Kavität ein Speichervolumen, welches geeignet ist, eine
Puffer-Menge an Schmelze aufzunehmen. Günstige Formgebungen
und eine geeignete Größe der Kavität
führen dazu, dass sich zunächst die Kavität
weitgehend vollständig mit Schmelze füllt, bevor
Schmelze in den Spalt oberhalb der Kavität übertreten
kann.
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Insofern
ist es durch das erfinderische Verfahren gelungen, die Zeitspanne
zwischen Eintritt von Schmelze in das Chill-Vent bis zum Weiterfließen der
Schmelze oberhalb der Kavität deutlich zu verlängern
im Gegensatz zu einem Chill-Vent üblicher Bauart nach dem
Stand der Technik bei vergleichbarer Fließlänge
bzw. Baulänge.
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Die
nachfolgenden Figuren skizzieren beispielhaft verschiedene Ausführungsformen
einer erfinderischen Vorrichtung in Art eines Chill-Vents mit der
neu geschaffenen Kavität.
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Es
zeigen:
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1 eine
Vorrichtung zur Werkzeugentlüftung 01a in einer
ersten eckigen Ausführungsvariante der Kavität 06a mit
versetzt dargestellten Formhälften 02, 12;
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2 eine
Schnittansicht zum Ausführungsbeispiel aus 1;
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3 die
Ansicht aus 2 mit Darstellung der Luftströmung 10;
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4 die
Ansicht aus 2 mit Darstellung der Schmelze-Strömung 11;
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5 eine
Schnittansicht einer alternativen zweiten kreisbogenförmigen
Ausführungsvariante der Kavität 06b mit
Darstellung der Luftströmung 10;
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6 eine
Ansicht vgl. zu 5 mit Darstellung der Schmelze-Strömung 11;
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7 eine
Variante zur Ausführung gemäß 3 mit
einer rautenförmigen Kavität 06c mit
Darstellung der Luftströmung 10;
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8 eine
Ansicht vgl. zu 7 mit Darstellung der Schmelze-Strömung 11.
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Die 1 zeigt
bei Vernachlässigung der Kavität die übliche
Ausführungsform eine Werkzeugentlüftung 01a in
Form eines Chill-Vents. Dieses besteht in bekannter Weise aus einer
ersten Formhälfte 02a sowie einer gegenüberliegenden
zweiten Formhälfte 12a. Jede dieser Formhälften 02a, 12a ist
mit einer Mehrzahl an Erhebungen 03, 13 und Vertiefun gen 04, 14 versehen.
Zur besseren Darstellung des Aufbaus der Werkzeugentlüftung 01a sind
die Formhälften 02a, 12a versetzt abgehoben
dargestellt. Im Einsatzfall liegen diese 02a, 12a direkt
aufeinander und somit bildet sich der für ein Chill-Vent übliche Verlauf
eines Spaltes, welcher von der Luft 10 bzw. der Schmelze 11 durchströmt
werden kann.
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Nicht
dargestellt, wenngleich in aller Regel direkt am Chill-Vent angebracht,
ist ein beidseitiger Bund zum seitlichen Abschluss des Spalts. Hierbei besitzen
in der Regel beide Formhälften (02, 12)
einen dem Fachmann hinlänglich bekannten Bund, wobei bei
Auflage der beiden Formhälften aufeinander ein Bund der
einen Formhälfte auf den komplementären Bund der
anderen Formhälfte direkt aufliegt. Gleichfalls ist im
Bereich des Einlasses und Auslasses aus der Vorrichtung eine Veränderung
der Geometrie des Spaltes hinzu einem Strömungskanal üblich.
Dieser ist wiederum dem Stand der Technik zu entnehmen und nicht
relevant für die erfindungsgemäße Ausführung.
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Charakteristisch
für die erfindungsgemäße Ausführung
ist die Anordnung einer Kavität 06a innerhalb
der Werkzeugentlüftung 01a. Diese wird gebildet
durch die entsprechende Formgebung der Erhebungen 03, 13 und
Vertiefungen 04, 14 in den beiden Formhälften 02a, 12a.
Insofern wird innerhalb jeder Formhälfte 02a, 12a eine
Kavitätsschale 05a, 15a eingebracht,
welche in der Werkzeugentlüftung 01a gegenüberliegend
angeordnet ist. Hierdurch wird der normalerweise durchgehende Spalt
im Chill-Vent unterbrochen und trennt den Spalt in einen ersten
Bereich bzw. Spalt 07 vor der Kavität 06a und
einen zweiten Spalt 08 nach der Kavität 06.
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In
der 2 ist ein Schnitt durch die beispielhafte Ausführungsform
einer Werkzeugentlüftung 01a als erfinderische
Vorrichtung aus 1 dargestellt. Die beiden Formhälften 02a oben
und 12a unten bilden mittels der Erhebungen 03 bzw. 13 und
jeweils gegenüberliegenden Vertiefungen 04 bzw. 14 den
ersten Spalt 07 vom Einlass beginnend bis zur Kavität 06a und
den zweiten Spalt 08 von der Kavität 06a bis
zum Auslass endend. Im ersten Drittel der Baulänge dargestellt
liegt die neu geschaffene Kavität 06a, welche
aus den beiden Kavitätsschalen 05a in der ersten
Formhälfte 02a und 15a in der zweiten Formhälfte 12a gebildet
wird. Diese ist entsprechend einer vorteilhaften Ausführung
rechteckig ausgebildet. Weiterhin ist diese derart im Spaltverlauf
angeordnet, dass der erste Spalt 07 bündig mit
der Wandung der Kavität 06a bzw. der Kavitätshalbschale 05a verläuft
und der zweite Spalt 08 gleichfalls bündig mit
der gegenüberliegenden Wandung der Kavität 06a bzw.
der Kavitätshalbschale 15a verläuft.
Insofern liegen Eintritt in die Kavität 06a und
Austritt der Kavität 06a diagonal gegenüber.
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Die 3 zeigt
schematisch die Ausführungsform aus 1 in gleicher
Schnittansicht mit einer Darstellung der Luftströmung 10.
Wenngleich kein Anspruch erhoben wird, dass die Luft 10 exakt wie
skizziert die Werkzeugentlüftung 01a durchströmt,
so ist dennoch offensichtlich, dass die Luft 10 die Kavität 06a diagonal
weitgehend ungehindert von der Form durchströmen kann.
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Die 4 zeigt
schematisch in gleicher Ansicht wie 3 nunmehr
den Schmelzefluss 11 innerhalb der Werkzeugentlüftung 01a.
Aufgrund der Schwere der Schmelze 11 und der hieraus resultierenden
Trägheit führt die in Form der Kavität 06a zu einer
Richtungsumkehr der einmündenden Schmelzeströmung
innerhalb der Kavität 06a. Weiterhin füllt sich
das vorhandene Volumen der Kavität 06a zunächst
mit der Schmelze 11, bevor diese die Kavität 06a wiederum
verlässt und in den zweiten Spalt 08 weiter fließen
kann.
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Die 5 skizziert
eine alternative Ausführungsform in beispielhafter Ausgestaltung
gleichfalls in einer Schnittansicht vergleichbar zu 3.
Wiederum wird die Werkzeugentlüftung 01b aus den
beiden Formhälften 02b sowie 12b gebildet.
In diesen ist wiederum jeweils eine Kavitätsschale 05b bzw. 15b eingebracht.
Im Gegensatz zur vorher darstellten Variante weist diesmal jedoch
die Kavität 06b eine angenähert kreisförmige
Gestalt auf. Insofern besitzen die Kavitätsschalen 05b bzw. 15b jeweils
eine Kreisbogenform. Wie bereits in der vorherigen Ausführung ist
die Form für die Durchströmung der Kavität 06b mit
der Luft 10 nicht maßgeblich. Gleichfalls wird
die Luft 10 den kürzesten Weg durch die Kavität 06b mit vernachlässigbaren
Verwirbelungen wählen.
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Die 6 zeigt
schematisch die Ausführung aus 5 mit nachfolgender
Schmelzeströmung 11. Die Schmelze 11 wird
vom Einlass der Werkzeugentlüftung 01b kommend
den ersten Spalt 07 durchfließen und nachfolgend
tangential in die erste Kavitätsschale 05b eingeleitet.
Durch die Kreisbogenform wird die Schmelze in eine Kreisbewegung
versetzt, die nach Überbrückung des Abstandes
zwischen erster 02a und zweiter Formhälfte 12b bzw.
des Spaltes 08 in die Kavitätshalbschale 15b der
zweiten Formhälfte 12b fortgeführt wird.
Um zu vermeiden, dass der Schmelzestrom nach Überbrückung
des Spaltes 08 auf eine Ecke zwischen Spalteintritt und
Kavitätsschale 15b trifft, ist es vorteilhaft,
wenn, wie dargestellt, der Kreisbogen der zweiten Kavitätsschale 15b geringfügig
größer gewählt wird als der Kreisbogen der
ersten Kavitätsschale 05b. Es wird offensichtlich, wie
ein Wirbel der Schmelze 11 entsteht, der zunächst
eine Füllung der Kavität 06b verursacht
und mit zunehmender Füllung den Schmelzenachfluss aus dem
ersten Spalt 07 verlangsamt.
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In
der 7 ist eine weitere Ausführungsform beispielhaft
skizziert. Wiederum ist im Schnitt die Werkzeugentlüftung 01c mit
einer Kavität 06c dargestellt. Hierbei weist die
Kavität 06c eine Rautenform auf, welche gebildet
wird aus den jeweiligen Kavitätsschalen 05c bzw. 15c.
Wie der Ansicht zu entnehmen ist, sind die obere und untere Seite
der Kavität 06c in einem von 90° abweichenden
Winkel zu den Längsseiten der Kavität 06c ausgerichtet. Gleichfalls
wie in der ersten Lösung aus 3 ist der Austritt
aus der Kavität 06c in einer oberen Ecke, in diesem
Falle links oben, angeordnet. Der Eintritt in die Kavität
erfolgt jedoch auf der unteren Seite im mittleren Bereich. Wie bei
den anderen Varianten hat die Ausführungsform nur eine
geringe Bedeutung für die Strömung der Luft 10 durch
die Kavität 06c.
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In
der 8 zeigt sich schemenhaft die Wirkungsweise einer
Ausführungsform mit einer rautenförmigen Gestalt
der Kavität 06c beim Verlauf der Schmelzeströmung 11.
Die Wahl der Ausrichtung des vorliegenden ersten Spaltes 07 und
dessen Eintritt in die Kavität 06c bestimmt im
Wesentlichen die weitgehend geradlinige Strömung der Schmelze 11 in
der Kavität 06c. Diese ist vorteilhafter Weise
derart ausgerichtet, dass diese im Wesentlichen senkrecht auf die
gegenüberliegende obere Seite der Kavität 06c trifft.
Hierdurch wird der Schmelzestrom 11 aufgeteilt und verläuft
auf beiden Seiten des mittigen Eintrittstroms zurück nach
unten. Hierdurch wird in effektiver Weise eine Redzierung des Schmelzestromes 11 erreicht.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 20208464
U1 [0004]
- - DE 102005039431 A1 [0007]