DE29521266U1

DE29521266U1 - Vorrichtung zum Befüllen eines Gießwerkzeugs mit einer Metallschmelze

Info

Publication number: DE29521266U1
Application number: DE29521266U
Authority: DE
Original assignee: BBS Kraftfahrzeugtechnik AG
Current assignee: BBS Motorsport and Engineering GmbH
Priority date: 1995-09-09
Filing date: 1995-09-09
Publication date: 1996-12-05
Anticipated expiration: 2005-09-10

Description

WESTPHAL-MUSSGNUG Ss

PATENTANWÄLTE· EUROPEAN PATENT ATTORNEYS

bbsOO4g

BBS Kraftfahrzeugtechnik AG Welschdorf 220 77751 Schiltach

Vorrichtung zum Befüllen eines Gießwerkzeugs mit einer Metallschmelze

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Befüllen eines Gießwerkzeugs mit einer Metallschmelze gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Beim Gießen von Gußstücken, deren Durchmesser im Verhältnis zur axialen Länge groß ist, z. B. bei rotationssymmetrischen Gußstücken, wie Leichtmetallrädern für Fahrzeuge wird in den meisten Fällen ein Zentraleinguß verwendet, bei welchem die Metallschmelze mittig dem Formhohlraum des Gießwerkzeugs zugeführt wird. Daneben werden auch seitliche Anschnitte und Mehrfachanschnitte verwendet. Allen diesen Verfahren ist gemeinsam, daß die Metallschmelze über einen Zuführkanal mit einem relativ geringen Durchmesser von etwa 3 0mm bis 5 0mm zugeführt wird. Damit die Metallschmelze vor dem Erstarren von diesem Einguß an alle Stellen des Formhohlraums des Gießwerkzeugs zuverlässig fließen kann, ist eine hohe Temperatur des schmelzflüssigen Metalls notwendig. Dies bedeutet einen hohen Wärmeeintrag im Bereich der Zuführung und damit eine partielle Überhitzung des Gießwerkzeugs im Eingußbereich. Diese Überhitzung hat einen starken Verschleiß des Werkzeugs bzw. der Eingußbüchsen zur Folge, wodurch die Standzeiten der, Gießwerkzeuge verringert

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werden. Die hohe Temperatur der Metallschmelze verlängert darüber hinaus den Abkühlzyklus, so daß in der Regel aufwendige zusätzliche Kühlmaßnahmen eingesetzt werden müssen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das Befüllen des Gießwerkzeuges mit einer Metallschmelze so zu verbessern, daß kürzere Zykluszeiten mit einer verbesserten Qualität des Gußstückes vereinigt werden können.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1.

Vorteilhafte Ausführungen der Erfindung sind in den auf diese Ansprüche rückbezogenen Unteransprüchen angegeben.

Der Grundgedanke der Erfindung besteht darin, von dem Einguß über einen kleinen kreisförmigen Querschnitt geringen Durchmessers wegzugehen und die Metallschmelze dezentral über den Umfang einer Ringkammer dem Formhohlraum zuzuführen. Der Zufluß der Metallschmelze aus der Ringkammer in den Formhohlraum über den gesamten Umfang der Ringkammer vergrößert den Zuflußquerschnitt erheblich, z. B. bei einem Fahrzeugrad um etwa den Faktor 10. Aufgrund dieses vergrößerten Zuflußquerschnitts kann die Füllzeit, wesentlich verkürzt werden. Die Vergrößerung des Zuflußquerschnitts ermöglicht dabei sogar, trotz der Verkürzung der Füllzeit die Zuflußgeschwindigkeit der Metallschmelze zu verringern. Die Metallschmelze kann daher turbulenzfrei zugeführt werden, wodurch die Lunkerbildung verringert und die Qualität des Gußstückes erhöht wird. Weiter wird bei der ringförmigen dezentralen Zuführung der Metallschmelze der Wärmeeintrag durch die Metallschmelze auf den gesamten Umfang der Ringkammer verteilt. Die gleichmäßigere Verteilung des Wärmeeintrags vermeidet lokale Überhit&zgr;ungen, die zu einem besonders starken Verschleiß des Gießwerkzeugs führen. Außerdem ermöglichen die schnellere Zuführung der Metallschmelze und die kürzeren Fließstrecken der Metallschmelze im Formhohlraum eine Reduzierung der.Temperatur der zugeführten Metallschmelze. Dies bedeu-

tet eine weitere Reduzierung des Verschleißes und eine Energieeinsparung. Schließlich kann die Metallschmelze schneller erstarren, was einerseits eine zusätzliche Verkürzung der Gesamt-Zykluszeit bedeutet und außerdem das Dendritenwachstum verringert, so daß das Gußstück bessere mechanische Kennwerte infolge kleinerer Dendrxtenarmabstände -aufweist.

Zweckmäßigerweise ist die Ringkammer mit wenigstens einem Kolben versehen, der in das Volumen der Ringkammer eingedrückt werden kann. Dieser Kolben verschließt dabei den Zuführkanal der Metallschmelze und drückt die in der Ringkammer verbleibende Metallschmelze in den Formhohlraum.

Die Vorrichtung kann vorzugsweise bei rotationssymmetrischen Gußteilen verwendet werden, beispielsweise für die Herstellung von Leichtmetallrädern für Fahrzeuge.

Die Vorrichtung kann eingesetzt werden bei allen bekannten Druckgießverfahren, insbesondere bei Niederdruck-Gießmaschinen, bei Gegendruck-Gießmaschinen, bei Preßgießmaschinen mit "squeeze"-Effekt und bei Vacuum-Gießmaschinen.

Im folgenden wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert. Die einzige Figur der Zeichnung zeigt im Axialschnitt das Gießen eines Leichtmetallrades für ein Fahrzeug, wobei die rechte Hälfte den Zustand bei offenem Gießwerkzeug und die linke Hälfte den Zustand bei geschlossenem Gießwerkzeug zeigt.

In der Zeichnung ist die Herstellung eines Leichtmetallrades für ein Kraftfahrzeug dargestellt.

Das Gießwerkzeug besteht aus einer Stahlkokille, die zusammengesetzt ist aus einem unteren Werkzeugteil 10, einem oberen Werkzeugteil 12 mit einem Zentraleinsatz 14 und Schiebern 16. Das untere Werkzeugteil 10 ist feststehend auf einer Basisplatte 18 montiert. Das obere Werkzeugteil 12 und dessen Zentraleinsatz 14

sind vertikal bewegbar. Gegebenenfalls kann das obere Werkzeugteil 12 auch einstückig mit dem·Zentraleinsatz 14 ausgebildet sein. Zentrisch durch die Basisplatte 18 und das untere Werkzeugteil 10 ist ein Hubstempel 20 geführt.

Auf der Basisplatte 18 ist ein-. Haltering 22 montiert, der das untere Werkzeugteil 10 koaxial umschließt. Der Haltering 22 ist gegenüber dem Außenumfang des unteren Werkzeugteils 10 radial beabstandet/ so daß zwischem dem Außenumfang des unteren Werkzeugteils 10 und einem sich axial daran anschließenden Absatz der Basisplatte 18 einerseits und dem Innenumfang des Halteringes 22 andererseits eine zylindrische Ringkammer 24 gebildet wird. Bodenseitig ist die Ringkammer 24 durch die Basisplatte 18 abgeschlossen, wobei ein Fluiddruckkanal 26 durch die Basisplatte 18 von unten in die Ringkammer 24 führt. Unten in der Ringkammer 24 ist ein ringförmiger Kolben 2 8 gelagert, der den gesamten horizontalen Querschnitt der Ringkammer 24 ausfüllt und die halbe axiale Höhe der Ringkammer 24 aufweist. Der Kolben 28 ist in der Ringkammer 24 an seinem Außenumfang und an seinem Innenumfang dicht gleitend geführt. Der Kolben 28 kann durch Druckbeaufschlagung über den Fluiddruckkanal 26 in der Ringkammer 24 nach oben gedruckt werden. Alternativ kann der Kolben 2 8 durch mehrere hydraulisch betätigte Hubstempel nach oben gedrückt werden.

Durch den Haltering 22 führt ein Zuführkanal 3 0 oberhalb des Kolbens 28 in die Ringkammer 24. Der Zuführkanal 30 verläuft radial durch den Haltering 22 und steigt axial von außen nach innen an. Ein Zuflußrohr 32, welches von einem Druckkolben beaufschlagt ist, ist kraftschlüssig und dicht mit einem kalottenförmigen Mundstück an das radial äußere Ende des Zuführkanals 3 0 anschließend in den Haltering eingesetzt.

Die Ringkammer 24 mündet an ihrem oberen Ende über ihren gesamten Umfang und über ihre gesamte radiale Breite in den Formhohlraum des Gießwerkzeugs an dessen Außenumfang. In dem in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbexspiel, bei welchem das

Gußstück ein Fahrzeugrad ist, mündet die Ringkammer 24 in den von dem unteren Werkzeugteil 10 und den Schiebern 16 gebildeten Bereich des Formhohlraumes, der das äußere Felgenhorn des Rades bildet.

Das Gießverfahren läuft folgendermaßen ab:

Zunächst befindet sich das obere Werkzeugteil 12 mit dem Zentraleinsatz 14 in der angehobenen oberen Stellung und der Kolben 28 liegt unten in der Ringkammer 24, wie dies in der rechten Hälfte der Zeichnung dargestellt ist. über das Zuflußrohr 32 und den Zuführkanal 3 0 wird die Metallschmelze radial von außen in die Ringkammer 24 oberhalb des Kolbens 28 zugeführt. Die Metallschmelze füllt die Ringkammer 24 und den Formhohlraum des unteren Werkzeugteils 10, so daß sich in dem unteren Werkzeugteil 10 eine charakteristische Sumpftiefe der Metallschmelze einstellt. Die auf diese Weise zugeführte Menge der Metallschmelze ist entsprechend der Form und dem Gewicht des Gußkörpers dosiert.

Anschließend wird der Kolben 28 nach oben geschoben, bis er den Eintrittsquerschnitt des Zuführkanals 3 0 in die Ringkammer 24 verschließt und die Metallzuführung zu der Ringkammer 24 unterbricht. Dabei verdrängt der Kolben 28, das sich in der Ringkammer 24 befindende Volumen der Metallschmelze nach oben in den Formhohlraum des unteren Werkzeugteils 10 . Der Kolben 28 befindet sich nun in der in der linken Hälfte der Zeichnung dargestellten Position.

Anschließend werden das obere Werkzeugteil 12 und der Zentraleinsatz 14 nach unten gefahren in die in der linken Hälfte der Zeichnung dargestellte Position. Dabei wird die teigige Metallschmelze verdichtet und in die freien Werkzeughohlräume verdrängt, insbesondere in die Hohlräume, die das Felgenbett und das innere Felgenhorn bilden.

Alternativ zu dem gemeinsamen Niederfahren des oberen Werkzeugteils 12 und des Zentraleinsatzes 14 kann auch zunächst der

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Zentraleinsatz 14 nach unten gefahren werden, so daß das Werkzeug im Nabenbereich geschlossen ist. Anschließend wird das obere Werkzeugteil 12 nach unten gefahren und verdrängt und verdichtet die Metallschmelze im Bereich der Speichen.

Die Verdichtung im Nabenbereich.erfolgt durch Anheben des Hubstempels 20 von unten in den mittleren Nabenbereich, in welchen später die Nabenbohrung eingebracht wird.

Vorzugsweise mündet der Zuführkanal 3 0 nicht mit kreisförmigem Querschnitt in die Ringkammer 24, sondern verbreitert sich beim Einmünden in die Ringkammer 24 deltaförmig in Umfangsrichtung der Ringkammer 24. Dadurch verteilt sich die durch den Zuführkanal 3 0 in die Ringkammer 24 einströmende Metallschmelze gleichmäßiger nach beiden Seiten in Umfangsrichtung und eine laminare Strömung der Metallschmelze beim Einfließen in die Ringkammer 24 wird begünstigt.

Anstelle eines einzigen Zuführkanals 3 0 können auch mehrere Zuführkanäle über den Umfang der Ringkammer 24 verteilt angeordnet sein.

Der Kolben 28 kann als ein einstückiger geschlossener Ringkörper ausgebildet sein. Es ist auch möglich, den Kolben 28 durch eine oder mehrere radiale Trennfugen zu unterteilen, die thermische Ausdehnungen des Kolbens 28 in Umfangsrichtung aufnehmen.

Der Kolben 28 kann außerdem auch in mehrere (vorzugsweise 2) koaxial ineinander gelagerte und axial gegeneinander verschiebbare Ringkörper unterteilt sein, die getrennt voneinander druckbeaufschlagt und bewegt werden können. Der äußere Ringkörper wird zuerst beaufschlagt, um den Zuführkanal 3 0 zu verschließen und die Metallzuführung zu unterbrechen. Der innere Ringkörper dient dazu, die Metallschmelze aus der Ringkammer 24 in den Formhohlraum zu verdrängen und insbesondere im Eingußbereich zu verdichten.

Es ist offensichtlich, daß die Ringkammer 24 nicht über ihrem gesamten Umfang frei in den Formhohlraum einmünden muß. Wesentlich ist jedoch, daß ein möglichst großer Zuflußquerschnitt zwischen der Ringkammer 24 und dem Formhohlraum besteht.

Es ist weiter ersichtlich, daß.die Ringkammer 24 nicht notwendigerweise am Außenumfang des Formhohlraumes einmünden muß, sondern auch in einem radial mittleren Bereich einmünden kann. Wo die Ringkammer 24 in den Formhohlraum einmündet wird zweckmäßigerweise nach der Form des Gußkörpers festgelegt. Je weiter radial außen die Ringkammer 24 angeordnet ist, um so größer wird der Zuflußquerschnitt und um so effektiver werden die erfindungsgemäßen Vorteile genutzt.

Die Ringkammer 24 muß keine rotationssymmetrische Form aufweisen, sondern kann beispielsweise auch die Form eines Polygons haben. In diesem Fall ist der Kolben gegebenenfalls in einzelne Kolbenkörper unterteilt, die den einzelnen Polygonseiten entsprechen.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann auch bei nicht rotationssymmetrischen Gußstücken verwendet werden.

BEZUGSZEICHENLISTE

10 unteres Werkzeugteil

12 oberes Werkzeugteil

14 Zentraleinsatz

16 Schieber

18 Basisplatte

20	Hubstempel
22	Haltering
24	Ringkammer
26	Fluiddruckkanal
28	Kolben
30	Zuführkanal
32	Zuflußrohr

Claims

bbsOO4g ANSPRUCHE

1. Vorrichtung zum Befüllen eines Gießwerkzeugs mit einer Metallschmelze, mit wenigstens einem Zuführkanal für die Metallschmelze, der dezentral zu dem Formhohlraum des Gießwerkzeuges angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß der wenigstens eine Zuführkanal (3 0) in eine Ringkammer (24) mündet, daß die Ringkammer (24) über zumindest den größeren Teil ihres ümfangs offen in den Formhohlraum mündet und daß wenigstens ein Kolben (28) derart in die Ringkammer (24) schiebbar gelagert ist, daß er in seiner eingeschobenen Stellung den wenigstens einen Zuführkanal (30) verschließt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (_;2 8) beim Einschieben in die Ririgkatnmer (24) die Metallschmelze aus der Ringkammer (24) in den Formhohlraum verdrängt .

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ringkammer (24) am Außenumfang des Formhohlraums angeordnet ist und sich formgleich an die Außenkontur des Formhohlraums anschließt.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Ringkammer (24) über ihren gesamten Umfang offen in den Formhohlraum des Werkzeugs einmündet.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (28) ein über den gesamten Umfang der Ringkammer (24) geschlossener Körper ist, dessen Querschnitts-

&iacgr;&ogr;

fläche mit der Querschnittsfläche der Ringkammer (24) deckungsgleich ist.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (28) durch wenigstens eine radiale Fuge unterteilt ist. ....

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (28) in wenigstens zwei koaxial zueinander gelagerte und koaxial gegeneinander verschiebbare Kolbenkörper unterteilt ist.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der wenigstens eine Zuführkanal (3 0) sich in Umfangsrichtung der Ringkammer (24) deltaförmig erweiternd in die Ringkammer (24) einmündet.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Ringkammer (24) kreisz^-ingförmig ausgebildet

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Ringkammer (24) polygonringförmig ausgebildet ist.

11. Vorrichtung nach Anspruch 9 zur Herstellung von rotationssymmetrischen Gußstücken, insbesondere Leichtmetallrädern für Kraftfahrzeuge, dadurch gekennzeichnet, daß die Ringkammer (24) und der Kolben (28) die Form von geraden Kreiszylindern haben.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11 zur Herstellung von Leichtmetallrädern für Kraftfahrzeuge, dadurch gekennzeichnet, daß die Ringkammer (24) in den das äußere Felgenhorn bildenden Bereich des Formhohlraums einmündet.