DE3134398C2 - Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von Druckgußstücken - Google Patents

Abstract

Es wird ein Verfahren zur Herstellung von Druckgußteilen und eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens beschrieben. Durch dieses neue Verfahren wird die Dosierung der Schmelze für das zu gießende Bauteil und die Druckerzeugung für das Einschießen dieser Schmelze zeitlich voneinander getrennt. Es wird eine Formeinheit geschaffen, die als abgeschlossene Montageeinheit mit bereits darin enthaltener Schmelze getrennt handhabbar ist, da die Formeinheit nach außen thermisch hochgradig isoliert ist. Die gesamte Formeinheit wird dann unter Druck gesetzt, wodurch die Schmelze in die Bauteilform verdrängt wird. Bevorzugterweise wird die Formeinheit mit keramischen Bauelementen bestückt, die durch ihre große Temperaturbeständigkeit, ihre große variable Wärmekapazität und ihre sehr kleine Temperaturleitfähigkeit das Vergießen von extrem hochschmelzenden Werkstoffen ermöglicht. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren bzw. mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist es möglich, ohne Umrüstzeiten unmittelbar aufeinanderfolgend verschiedene extrem hochschmelzende Materialien auf wirtschaftliche Weise zu vergießen, wobei auch die Form des zu gießenden Druckgußteils bei aufeinanderfolgenden Schüssen innerhalb weiter Grenzen variieren kann.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung von Druci.gußstücken gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 und auf eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 9.

Aus der DE-PS 4 12 498 ist ein gattungsgemäßes Verfahren und eine gattungsgemäße Vorrichtung zur Herstellung von Druckgußbauteilen bekannt, das im Vergleich zu anderen weit verbreiteten Gießverfahren, bei denen das heiße zu vergießende Metall mittels eines Einschiebekolbens bzw. eines Preßstempels unter Druck in die Gießform gepreßt wird, wo es unter dem Haltedruck erstarrt, bereits den Vorteil aufweist, daß keine Schmierung des Einschiebe- bzw. Einschießkolbens und keine besondere Auskleidung der Schmelzen-Zuführkannle bzw. der Formhälften erforderlich wird, so daß die Qualität der herzustellenden Druckgußteile durch einc'iffundierendc Schmierstoffbestandteile nichi mehr in dem Maße vermindert wird.

Das aus der DE-PS 4 12 498 bekannte Verfahren weist allerdings zur Lösung der spezifischen Aufgabe, ein qualitativ hochwertiges und vor allen Dingen möglichst gasfreies Druckgußteil zu erzeugen, neben den Verfahrensschritten gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 noch eine Vielzahl von Verfahrensschritten auf, durch die die Steuerung des Herstellungsverfahrens sehr komplex wird. So muß bei diesem

to bekannten Verfahren die Gießform in einen gesonderten evakuierbaren Druckraum eingesetzt werden; ferner muß der Gießbecher in einen zweiten und mit einem Steuerdruckanschluß versehenen Druckraum gestellt werden; darüber hinaus müssen die beiden

in Druckräume in der Formeinheit in einer ersten Position des Gießbechers synchron evakuiert werden, wobei die Schmelze keinen Kontakt zum Angußsystem der Gießform haben darf; und schließlich muß die Druckbeaufschiagung der den Gießbecher aufnehmen-

2(i den Druckkammer zeitlich exakt abgestimmt auf den Verschiebebewegungsablauf des Gießbechers erfolgen. Diese beim bekannten Verfahren erforderlichen Verfahrensschritte machen eine aufwendige Vorrichtung erforderlich, um die Verfahreiisschritte zeitlich

2> exakt aufeinander abgestimmt durchführen zu können.

Aus diesem Grunde eignet sich dieses bekannte Verfahren aus wirtschaftlichen Überlegungen heraus nur fur die Herstellung von Gußstück-Großserien.

insbesondere dann, wenn — beispielsweise bei

in Pilotprojekten — der Gießwerkstoff häufig gewechselt wird, treten bei Anwendung dieses bekannten Verfahrens große Umrüstzeiten auf, da man sich erst zu den einzelnen Druckkammern der Vorrichtung Zugang verschaffen und den Gießbecher, das Angußsystem

si sowie die Gießform auswechseln muß.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Durchführung eines Verfahrens gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 zu schaffen, mit dem bzw. mit der es gelingt,

4.1 Druckgußteile selbst höchster Qualität derart herzustellen, daß sich die Wahl des Gießwerkstoffs und die Produktionsstückzahlen der Gußteile nicht mehr auf die Wirtschaftlichkeit des Verfahrens auswirken können.
Diese Aufgabe wird hinsichtlich des Verfahrens durch

■ι die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Verlahrensschritte und hinsichtlich der Vorrichtung durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 9 angegebenen Merkmale gelöst.

Erfindungsgemäß wird die Formeinheit derart zusam-

■.'I mengefügt, daß sie als eine vollkommen abgeschlossene und beliebig handhabbare Einheit mit bereits darin enthaltener dosierter Schmelze losgelöst von der Druckerzeugungieinrichtung gehandhabt werden kann. Diese Formeinheit ist somit zu Beginn des Gieß/or-

■>■· gangs von der DrucKerzeugungseinrichtung vollkommen entkoppelt, wodurch ein freier Zugriff zu den einzelnen Vorrichtungsbauteilen ermöglicht wiid. Die Bauteile der Formeinheit können dadurch beliebig ersetzt und ausgewechselt werden, ohne daß der übrige

bo Aufbau der Gießvorrichtung beachtet werden müß'e. Weiterhin gelingt es durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen, den thermisch hoch beanspruchten Bereich der zur Durchführung des Verfahrens vorgesehenen Vorrichtung klar von dem Bereich zu trennen, der

ti zur Druckerzeugung Leistung umsetzen muß. Dadurch ergibt sich der besondere Vorteil, daß jeder Bereich für sich ohne Rücksicht auf den anderen Bereich optimiert werden kann. So kann die Formeinheit vollkommen frei

im Hinblick auf eine einfache Auswechselbarkeil ihrer einzelnen Bestandteile konzipiert werden, ohne daß auf die Kraftübertragung von der Druckerzeugungseinrichtung zur Schmelze Rücksicht genommen werden müßte. Die Flexibilität der nach dem erfindungsgemäßen Verfahren arbeitenden Vorrichtung kann auf diese Weise stark erweitert werden, da unterschiedlichste Gießformen hintereinander in die Druckbeaufschlagungseinrichtung eingelegt werden können, ohne daß hierfür der Gesamtaufbau der Vorrichtung umgerüstet werden müßte. Durch das gleichzeitige Aufbauen des Gisß- und Schließdrucks unter Verdrängung des zu vergießenden Materials aus dem Gießbechcr in die Gießform werden darüber hinaus bislang zeillich gesondert einzuleitende Verfahrensschritte zusammengefaßt, wodurch das Verfahren in wirtschaftlicher Hinsicht noch interessanter wird.

Das erfindungsgemäße Verfahren wird daher selbst bei kleinsten Serien nicht unwirtschaftlich. Ferner können unter Anwendung des neuen Verfahrens ohne Reniabilitätsverluste der Vorrichiung in Kauf nehmen zu müssen, unmittelbar hintereinander verschiedene Materialien vergossen werden, indem nach abgeschlossenem Gießzyklus die gesamte Formeinheit aus der Vorrichiung genommen und durch eine neue ersetzt wird. Durch die Führung des Gießbechers in der als Einheit handhabbaren Baugruppe werden die Einschußwege zusätzlich kürzer, wodurch die Werkstoffausbringung größer und die Wirtschaftlichkeit des Gießverfahrens zusätzlich angehoben wird.

Durch die mit den Maßnahmen gemäß Patentanspruch 2 bzw. Patentanspruch 10 realisierbare schalenförmige Einbettung der Schmelze in die Gießform wird die Handhabung der Formeinheit zusätzlich erleichtert und die Abschirmung des thermisch höchst beanspruchten Bereichs der Vorrichtung gegenüber der Umgebung verbessert, wodurch ein weiteres Anheben der Schmelzentemperatur und damit ein Vergießen noch höher schmelzender Legierungen ermöglicht wird. Andererseits schafft diese Weiterbildung eine ideale Einbettung für eine aus sehr temperaturbeständigem, gleichzeitig aber sehr induktilem Werkstoff, wie z. B. aus Keramik, hergestellten Gießform, da mit diesen Maßnahmen eine allseitige werkstoffgerechte Abstützung der auf Biegebeanspruchung empfindlich reagierenden Keramik sichergestellt wird. Keramische Werkstoffe, die eine extrem hohe Druckfestigkeit besitzen, die auch bei sehr hohen Temperaturen noch aufrecht erhalten bleibt, haben in der Regel eine extrem kleine Wärmeleitfähigkeit und eine relativ große Wärmekapazität. Die Temperatur der Formeinheit steigt deshalb nach dem Einspritzen bzw. Einschieben des zu vergießenden Materials nur sehr langsam an, so daß die Druckerzeugungseinrichtung selbst beim Vergießen sehr hochschmelzender Legierungen thermisch nicht überbeansprucht wird. Damit gelingt es, beispielsweise Stahlguß mit Feingußqualität herzustellen, weil keramische Werkstoffe einen sehr kleinen thermischen Ausdehnungskoeffizienten besitzen und aufgrund der sich in jüngster Zeit schnell entwickelnden Bearbeitungstechnologien mit hochwertigen Oberflächen versehen werden können.

Durch die thermische Isolationswirkung des keramischen Werkstoffs bleibt andererseits die Schmelze langer flüssig, wodurch eine abgestufte Druckanstiegsgeschwindigkeit gemäß Unteranspruch 6 gezielt zur Beeinflussung des Gefüges über dem Querschnitt des Druckgußstücks beitragen kann. Die Druckanstiegskurve muß nicht mehr in so kurzer Zeit durchfahren werden, wie dies mit herkömmlichen Formen der Fall ist, so daß der konstruktionstechnische Aufwand kleiner gehalten werden kann, als dies bei herkömmlichen Vorrichtungen, die nach dem Para-Shot-Verfahren arbeiten, der Fall ist.

Mit der Weiterbildung des Verfahrens gemäß Unteranspruch 8 können die Randbereiche bzw. die dünnen Partien des Druckgußstücks sehr lange flüssig in gehalten werden, so daß eine gleichmäßige Erstarrung eintritt, die sich positiv auf das Gefüge und auf die Festigkeit des Druckgußstücks auswirkt.

Ein ähnlich vorteilhafter Effekt läßt sich auch erzielen, wenn lediglich die Gießform einer thermischen ι, Behandlung unterzogen wird und die Stützform, die aus Metall oder aus keramischem Werkstoff bestehen kann, unbehandelt die Gießform aufnimmt. Diese vorteilhaften Effekte ergeben sich auch dann, wenn die Gießform lediglich einen Einsatz aus keramischem Material jo besitzt.

Wenn allerdings die gesamte Gießform aus keramischem Material besteht, ist der weitere Vorteil gegeben, daß diese Gießform relativ kostengünstig hergestellt werden kann, so daß auf wirtschaftliche Weise auch mit :. verloreren Formen und Formkernen gearbeitet werden kann. Die keramische Gießform kann beispielsweise — dies hängt von der Wahl drs keramischen Werkstoffs und von dessen Verhalten beim Brennen bzw. Sintern ab — mit relativ billigen Formwerkzeugen beispielsweise so im Schlickerguß hergestellt werden, so daß die Kosten für die Gießform sehr klein gehalten werden können. Durch die Anwendung einer vollkeramischen Gießform muß die Bauteilform auch nicht mehr im Hinblick auf eine einfache Entformbarkeit konzipiert werden. Guß-Ii schrägen, die bislang nachbearbeitet werden mußten, können somit entfallen und komplizierte Kernzieheinrichtungen sind ebenfalls nicht mehr notwendig. Dabei können die verloreren Formen und Kerne wirtschaftlich wieder zu neuen Keramikbauiciien, d. h. Keramikker- w nen und Keramikformen aufbereitet werden. Bei manchen keramischen Werkstoffen ist die Zugabe von erneut aufgemahlenem bereits gesintertem Material in die Rohmasse sogar erforderlich, so daß es sich bei derartigen Werkstoffen anbietet, die Form- und Kernherstellung zu automatisieren, wodurch die Produktionsleistung sehr hoch angesetzt werden kann. Die Verwendung keramischer Werkstoffe hat dabei den weiteren bedeutenden Vorteil, daß, bedingt durch die in der Regel vorhandene Restporosität des keramischen Werkstoffs, beim Einschießen des Metalls Luft entweichen kann, so daß mit vollkommen geschlossenen Formen und gegebenenfalls ohne Steigsysteme Lüfte' ischlüsse sicher vermieden werden.

Mit der Weiterbildung der Vorrichtung gemäß Unteranspruch 12 kann durch einfachen Austausch der mit der Schmelze in Berührung kommenden Formteile ohne Veränderung des Vorrichtungsaufbaus eine genau definierte und gerichtete Erstarrung des gegossenen Bauteils erzielt werden. Die Erstarrung der Bauteilabschnitte kann auf diese Weise durch die Werkstoffauswahl der Formteile unter Berücksichtigung des Werkstoffverhaltens beim Erstarren optimiert werden.

Auch der Gießbecher besitzt bevorzugterweise eine keramische Werkstoffbeschichtung, die die Temperatur der Schmelze nach außen abbaut, so daß die in ihm enthaltene Schmelze während des Zusammensetzens der Fonneinheit und während des Einsetzens in die Druckbeaufschlagungseinrichtung gut verarbeitbar

bleibt. Für diesen Zweck sind beispielsweise keramische Werkstoffe einsetzbar, die selbst bei glühendem Kern eine relativ niedrige Außentemperatur aufweisen, so daß sie gut handhabbar sind. Derartige Werkstoffe sind beispielsweise durch das Space-Shuttle Programm bekanntgeworden.

Wenn der Gießbecher eine Keramikbeschichtung besitzt und ansonsten aus Metall besteht, kann seine Lebensdauer und seine Belastbarkeil weiter angehoben w'_rjen. Insbesondere dann, wenn die Stützform ebenfalls aus Metall besteht und lediglich auf der Innenseite mit keramischem Material beschichtet ist, kann ein derartig gestalteter Gießbecher den Vorteil besitzen, daß die abdichtende Gleitführung in der Stützform mit geringerem Aufwand sichergestellt werden kann.

Allerdings ist durch die erfindungsgemäße Führung des Gießbechers bereits eine für die Keramik kritische Zugbeanspruchung weitestgehend ausgeschlossen, so daß eine hohe Betriebszuverlässigkeit auch bei Wahl >n eines Youkcflmi^hrn nießhechers gegeben ist.

Mit der Weiterbildung gemäß Unteranspruch 16 und 17 werden die Anguß- und Einschußwege so kurz wie möglich gehalten und es wird sichergestellt, daß die Gießform zuverlässig gefüllt wird, weil auf diese Weise r> der das Metall aufnehmende Raum des Gießbechers über zwei Dichtflächen nach außen abgedichtet ist.

Entscheidend für die Verwendung einer keramischen Formteilkomponente ist eine weitestgehend zugkraftfreie Einbettung in einem Stützwerk. Dies ist durch die allseitige formschlüssige Abstützung in der Stützform gewährleistet. Um auszuschließen, daß sich auch bei schwächer dimensionierten Stützformen oder bei Wegfall der keramischen Stützform die Bauteilform nicht unzulässig stark verformt, können die Formein- ij heit-Trägerhälften und die Formeinheit gemäß Unteranspruch 22 ausgebildet werden. Durch die auf diesem Wege realisierbare druckstabilisierte Einbettung der Formeinheit über ein Druckfluidpolster werden die Biegebeanspruchungen der Formeinheit sehr klein gehallen. Das Druckfliiidpolster kann dabei von einem beliebigen Strömungsmittel, beispielsweise auch von einem Bingham-Stoff oder einem anderen plastischen Material aufgebaut werden. Mit dieser WeiterDÜdung erfolgt während des gesamten Verfahrensablaufs eine 4i exakte Zentrierung der Formeinheit, so daß die Druckerzeugungseinrichtung sehr einfach ausgebildet werden kann, weil sie nur eine Verdrängungs- und keine Fixierungsfunktion mehr übernehmen muß. Der Druckaufbau kann dabei mit kleinem konstruktionstechnisehen Aufwand erzeugt werden, so daß die Vorrichtung im Vergleich zu herkömmlichen Druckgießmaschinen billiger wird. Mit sehr einfachen Mitteln, wie z. B. mit mehreren einfachen Tauch- oder Plungerkolben, die in einer Formeinheit-Trägerhälfte geführt sind, läßt sich ein sich zeitlich schnell ändernder und einem gewünschten Haitedruckverlauf exakt anzugleichender Druck erzeugen, wodurch auch hochschmelzende Werkstoffe mit einer Qualität zu vergießen sind, die bislang nur im Para-Shot-Verfahren erzielt werden konnte. Wenn der Gießbecher aus zwei konzentrischen Bechern besteht, die ineinander geführt sind, läßt sich der Druckverlauf beim Einschießen der Schmelze zusätzlich variieren, so daß eine optimale Druckanstiegskurve noch genauer verwirklicht werden kann. In die zwischen den Membranen geschaffene Höhlung können eine Vielzahl von verschiedenen Formeinheiten eingelegt werden, deren Geometrie sich im inneren und bezüglich der Außenkontur in weiten Grenzen unterscheiden kann. Die Membranen können sich unterschiedlichen Konturen ohne weiteres anschmiegen, so daß ein allseitiger Druckaufbau und zugleich ein sicheres Verdrängen des Gießbechers auch bei unterschiedlichen Gestaltungen der Formeinheit gewährleistet ist.

Mit der Weiterbindung gemäß Unteranspruch 25 läßt sich beim Zusammenfahren der Formeinheit-Trägerhälften bereits eine allseitige Zentrierung der Formeinheit realisieren, so daß beim nachfolgenden Druckaufbau diese Lage zuverlässig eingehalten wird. Durch den sich nach außen keilförmig erweiternden Luftspalt wird sichergestellt, daß zwischen den Membranen keine Luftpolster verbleiben, die eine Druckübertragung von der druckbeaufschlagten Formeinheit-Trägerhälfte auf die andere stören würden.

Wenn die Formeinheit eine kugelförmige oder ellipsoidförniige Außenkontur besitzt, kann die Zugbeanspruchung der Formeinheit-Komponenten minimiert werden.

Die Druckanstiegskurve kann zusätzlich noch sanfter gestaltet werden, wenn an verschiedenen, genau definierten Stellen bzw. in genau festgelegten Bereichen des Druckraums der Formteilhälften Luftpolster bzw. Lufträumen geschaffen werden, wodurch zusätzlich Spitzenbeanspruchungen der Formeinheitkomponenten vermieden werden.

Durch die Filterung des zu vergießenden Materials wird erreicht, daß die sich nach gewisser Zeit an der Oberfläche der Schmelze gegebenenfalls bildende Oxidschicht nicht mehr in die Gießform gelangen kann. Die Schmelze bleibt deshalb langer verarbeitbar, ohne daß die Qualität des Gußstückgefüges darunter leidet.

Nach dem Einbau der Formeinheit in die Druckbeaufschlagungseinrichtung kann die Gießform ebenso gehandhabt werden, wie dies bei herkömmlichen Druckgießvorrichtungen der Fall ist. So kann die Gießform beispielsweise an eine Unterdruckerzeugungseinrichtung oder an eine Sauerstoff-Spüleinrichtung angeschlossen werden, um so das Füllen der Gießform zu beschleunigen bzw. das Gefüge gezielt zu beeinflussen.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindu ig ergeben sich aus den übrigen Unteransprüchen.

Nachstehend werden anhand schematischcr Zeichnungen mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 eine Schnittansicht einer für den Gießvorgang fertig montierten Formeinheit,

Fig. 2 eine Prinzipskizze, die eine Möglichkeit der Druckbeaufschlagung der Formeinheit zeigt.

F i g. 3 eine der F i g. 2 ähnliche Prinzipskizze zur Veranschaulichung einer weiteren Möglichkeit der Druckbeaufschlagung der Formeinheit,

Fig.4 eine Schnittansicht einer weiteren Ausführungsform einer Stützformhälfte, und

F i g. 5 eine Schnittansicht einer Ausführungsform der Druckgießvorrichtung mit der darin aufgenommenen Formeinheit.

In Fig. 1 ist mit der Bezugsnummer 1 eine für das Einsetzen in eine Druckbeaufschlagiingseinrichtung fertig montierte Formeinheit bezeichnet. Die Formeinheit 1 ist in dem dargestellten zusammenmontierten Zustand als Montageeinheit bzw. Baugruppe handhabbar.

Die Formeinheit 1 besteht aus einer geteilten Gießform 2, die sich aus einer oberen und einer unteren Gießform 2ä bzw. 2b zusammensetzt, die in einer

Trennebene 3 formschlüssig und abdichtend aneinander gefügt sind. Die zu einer geschlossenen Gießform zusammengesetzten Gießformhälften 2a und 2b sind allseitig formschlüssig in einer ebenfalls geteilt ausgeführten Stützform 4 aufgenommen, die ebenfalls eine obere und eine untere Stützform 4a bzw. 4b aufweist, die. gemäß Fig. I, ebenfalls in der Trennebene 3 aneinander gefügt sind. Die Stützform 4 sollte die Gießform 2 möglichst gleichmäßig abstützen, damit sie den beim Gießvurgang in der Gießform auftretenden Druck gleichmäßig aufnehmen kann, so daß die Gießform selbst nur einer geringen Belastung ausgesetzt ist.

In der Gießform 2 sind Kerne 5 eingesetzt, die über die Gießformhälften 2a und 2b in einer vorbestimmten Lage fixiert werden. In der Stützform 4. d. h. genauer gesagt in der unteren Stützformhälfte 4b ist über eine Gleitführung 6 ein Einschuß- bzw. Gießbecher 7 geführt, in dessen Innenraum 71 die zu vergießende Schmelze 8 aufgenommen ist. Der Innenraum 71 des Gießbechers 7 steht über ein AriguBsystcrn 3 im Unterteil 2b der Gießform 2 mit deren Innerem in Verbindung. Gemäß der in Fig. 1 gezeigten Ausführungsform ist zwischen dem Innenraum 71 des Gießbechers 7 und dem Angußsystem 9 ein Schmelzenfilter 10 geschaltet, um zu verhindern, daß bereits erstarrte Bereiche der Schmelze 8 bzw. daß Schlackenteilchen dieser Schmelze 8 in das Angußsystem 9 gelangen. Ein zylindrischer Fortsatz 91 des unteren Teils 2b der Gießform 2 besitzt einen Außendurchmesser, der dem Innendurchmesser des Gießbechers 7 angepaßt ist. Auf diese Weise wird die Schmelze 8 innerhalb des Innenraums des Gießbechers 7 nach außen hin abgeschirmt.

Beim Zusammenbau dieser Formeinheit 1 geht man am besten wie folgt vor: zunächst wird in die untere Stützform 4b der Gießbecher 7 eingehängt, der für diesen Zweck mit einer Radialschulter 72 versehen ist. Dann wird in den Innenraum 71 die Schmelze 8 eingefüllt und die untere Gießformhälfte 2b mit dem daran befestigten Filter 10 in die untere Stützform 4b eingesetzt. Dann werden die Kerne 5 fixiert und die obere Gießformhälfte 2a aufgesetzt. Mit der oberen Stützform 4a wird die Formeinheit 1 geschlossen.

Gemäß der in Fig. 1 gezeigten Ausführungsform werden verlorene Kerne 5 verwendet, die aus keramischem Werkstoff bestehen. Die Kerne 5 sind in der Gießform 2 geführt, die ebenfalls aus Keramik bestehen kann oder zumindest mit einer keramischen Innenbeschichtung versehen ist. Um das Erstarrungsverhalten der eingeschossenen bzw. in die formverdrängten Schmelze in der Bauteilform bewußt und gezielt beeinflussen zu können, werden die Kerne 5 bzw. verschiedene Abschnitte der Gießformhälften 2a und 2b aus verschiedenen Werkstoffen hergestellt, die aufgrund der unterschiedlichen physikalischen Eigenschaften dann eine gerichtete Erstarrung des Gußstücks zulassen. Die Stützformhälften 4a und 4b können einen metallischen Trägerwerkstoff besitzen, der ihnen eine gewisse Grundfestigkeit verleiht. Die mit der Gießform 2 in Kontakt stehende Oberfläche kann dabei ebenfalls mit keramischem Material ausgelegt bzw. beschichtet sein, so daß die Oberflächentemperatur der Stützform 4 so klein wie möglich gehalten werden kann. Der Gießbecher 7 besteht gemäß der in F i g. 1 gezeigten Ausführungsform aus einem metallischen Trägerteil 73 und einer Auskleidung 74, die ebenfalls aus keramischem Material bestehen kann. Die in Fig. 1 gezeigte Formeinheit 1 gibt daher nach außen äußerst wenig Wärme ab, so daß diese Formeinheit 1 mit darin enthaltener dosierter Schmelze 8 über einen relativ großen Zeitraum hinweg gehandhabt werden kann, ohne daß die Verarbeitbarkeit der Schmelze 8 darunter

■> leidet.

Falls erforderlich, kann die Gießform 2. d. h. insbesondere deren Oberteil 2a mit einem Steiger Il versehen sein, der über ein Anschnittsystem 12 mit der Umgebung in Verbindung steht.

in Gemäß F i g. 1 ist die Stützform 4 aus einem einzigen Werkstoff, beispielsweise aus keramischem Werkstoff oder aus Metall hergestellt. Fig. 4 zeigt eine andere Ausgestaltung der oberen Hälfte der Stützform 4.1. deren Innenfläche mit verschiedenen Werkstoffen

r, ausgekleidet ist. Als Werkstoffe bieten sich insbesondere keramische Materialien mit genau definierten Kennwerten an, von denen insbesondere die Wärmekapazität c und die Temperaturleitfähigkeit A von Bedeutung sind. Um die thermische Isolationswirkung nach außen weiter zu erhöhen, kann die mit der Auskleidung in Berührung Mc'tienuc innenoberfiüche der oberen Stützform 4a' mit einer Profilierung versehen sein, so daß zwischen den Einsa'.zwerkstoffen und der Stützform eine Vielzahl von Luftpolstern 16

2". gebildet wird. Durch geeignete Auswahl der Auskleidungswerkstoffe kann die Erstarrung in den verschiedenen Bereichen des zu gießenden Bauteils ganz gezielt beeinflußt werden.

Die vormontierte Formeinheit 1 wird für den

in Druckgießvorgang in eine Druckbeaufschlagungseinrichtung eingesetzt, in der die Formeinheit fest zusammengehalten und der Gießbecher 7 unter Druck gesetzt wird, so daß dieser in seiner Führung 6 in die Formeinheit 1 bzw. auf die Gießform 2 zu bewegt wird.

i\ wodurch das im Innenraum 71 des Gießbechers 7 enthaltene Material durch das Angußsystem 9 in die Gießform 2 verdrängt wird.

Fig. 2 zeigt eine Möglichkeit der Druckbeaufschlagung der Formeinheit 1. Gemäß dieser Lösungsmöglieh-

41) keil wird die obere Stützform 4a bzw. — wenn keine Stützform vorgesehen ist — die obere Gießformhälfte 2a einerseits und der Gießbecher 7 andererseits mit einer Kraft F beaufschlagt, die der Surr ne der Zusammenhaltekraft und der Spritzkraft entspricht. Zur

4> Erzeugung dieser Kraft F kann eine herkömmliche Spritzgießmaschine dienen, die in vertikaler Richtung arbeitet. Hierbei ist es vorteilhaft, wenn zunächst eine Schließkraft erzeugt wird, durch die die Stützform bzw. Gießformhälften fest aneinandergepreßt werden. Dann

5(i kann, beispielsweise über eine Kniehebelpresse, der Gießbecher 7 unter Druck gesetzt werden.

Eine andere Möglichkeit der Druckbeaufschlagung der Formeinheit 1 ist in F i g. 3 schematisch dargestellt. Die Formeinheit 1 wird hierbei durch einen allseitigen Flächendruck / beaufschlagt, der somit neben der Verdrängungsfunktion für die Schmelze gleichzeitig noch eine Zentrierungsfunktion für die Formeinheit-Komponenten übernimmt Die Erzeugung eines derartigen Flächendrucks f kann am einfachsten über ein Druckfluidpolster erfolgen, welches unter Abdichtung auf die Formeinheit 1 einwirkt

F i g. 5 zeigt eine mögliche Ausführungsform für die Realisierung der in F i g. 3 gezeigten Druckbeaufschlagung der Formeinheit 1. Die Formeinheit 1 ist gemäß dieser Ausführungsform in einer Formhöhlung 17 aufgenommen, die im wesentlichen mittig zur Trennebene 3 der Formeinheit 1 liegt Die Formhöhlung Yl wird von zwei biegeschlaffen, d. h. nachgiebigen, nicht

selbsttragenden Membranen 18 bzw. 19 gebildet, die sich im wesentlichen in der Trennebene 3 der Formeinheit 1 von der Formhöhlung 17 weg eben nach außen erstrecken, wo sie jeweils abdichtend mit einer unteren Formeinheit-Trägerhälfte 20 und einer oberen Formeinheit-Trägerhälfte 22 verbunden sind. Die biegcschlaffcn Membranen 18 und 19 schließen somit mit den Formeinheit-Trägerhälften 20 und 22 jeweils einen Raum 23 bzw. 24 ab, der mit einem Druckfluid, beispielsweise mit Hydrauliköl oder mit einem plastischen Stoff bzw. einem Bingham-Stoff, d. h. einem Stoff teigiger Konsistenz, der keine Schubspannungen überträgt, ausgefüllt ist. In der unteren Abschlußwandung 201 der unteren Formeinheit-Trägerhälfte 2(1 sind abdichtend und gleitend verschiebbar zwei Druckerzeugungskolben 25 und 26 geführt, die entweder von einer einzigen oder von zwei getrennten Krafterzeugurgseinrichtungen. die zur Vereinfachung der Beschreibung nicht gezeigt sind, angesteuert bzw. beaufschlagt verden. Die Druckerzeugungskolben 25 und 26 haben "emäß dsr in F ι^a. 5 "czei^en Ausführ!in^trsforrn unterschiedliche Querschnittsflächen, so daß bei Verschiebung dieser Kolben mit gleichen Verschii:begeschwindigkeiten unterschiedliche Druckanstiegsl:urven realisiert werden können.

Fig. 5 zeigt die Vorrichtung unmittelbar nach dem Zusammenfahren der beiden Formeinheit-Träg;rhälften 20 und 22, wenn die Klemmflansche 27 md 28 mittels einer hydraulisch, pneumatisch oder mechanisch wirkenden Halteklammervorrichtung 29 aneinander fixiert sind (linke Seite) bzw endgültig fixiert werden sollen (rechte Seite). In diesem Moment berühren sich die biegeschlaffen Membranen 18 und 19 lediglich linienförmig in unmittelbarer Nähe der Formeinheit 1 und halten somit diese in der vorbestimmten (vert kalen) Ausrichtung. Durch Verschieben eines der Druckerzeugungskolben 25 bzw. 26 wird Fluid im Fluidraum 23 verdrängt, so daß sich die untere bieges:hlaffe Membran 19 von innen nach außen zunehmend an die obere biegeschlaffe Membran 18 anschmiegt. Im unteren Fluidraum 23 wird somit ein Druck aufgebaut, der sich über die biegeschlaffen Membranen 18 und 19 auf den oberen Fluidraum 24 überträgt. Die zwischen den Membranen 18 und 19 vorhandene Luft wire durch den von innen nach außen zunehmenden Fläch ;nkontakt nach außen verdrängt, so daß zwischen den Membranen kein Luftpolster mehr verbleibt, welches die Druckübertragung vom unteren zum aberen Fluidraum beeinträchtigen könnte. Damit die zwischen den Membranen unmittelbar nach derr. Zusammenfahren der Formeinheit-Trägerhälften vorhandene Luft nach außen abströmen kann, sind die Ringflansche 27 und 28 über dem Umfang mit mehreren, nicht gezeigten Radialkanälen versehen. In F i g. 5 ist noch eine Einrichtung 30 angedeutet, die über einen ebenfalls nicht näher dargestellten Radialkanal mit dem Zwischenraum 31 zwischen den Membranen 18 und 19 in Verbindung steht. Diese Einrichtung 30 kann entwede- eine Sauerstoffquelle oder eine Unterdruckquelle darstellen.

Die untere Formeinheit-Trägerhälfte 20 kann ortsfest in einer Maschine montiert sein, wohingegen dann die obere Formeinheit-Trägerhälfte 22 über eine (ebenfalls nicht dargestellte) Säulenführung geführt ist In der Mitte der oberen Formeinheit-Trägerhälfte 22 ist ein Axialfortsatz 221 ausgebildet, der eine Bohrung IÜ22 zur Aufnahme eines Zug- und Schubbolzens einer Zugstange besitzt.

Durch geeignete Ansteuerung der Druckerzet.gungs-

kolben und durch Variation der Anzahl und der Größe dieser Kolben kann nahezu jede gewünschte Druckqnstiegskurve realisiert werden. Die biegeschlaffen Membranen 18 und 19 können sich verschiedenen Außenkonturen der Formeinheit anschmiegen, so daß verschieden große Bauteile hintereinander ohne Umrüsl-Zeitaufwand gegossen werden können. Für den Fall, daß die Gestaltung der biegeschlaffen Membranen für die Aufnahme einer übergroßen Formeinheit nich; mehr ausreichen sollte, kann durch einfaches Auswechseln dieser Membranen die Maschine umgerüstet werden Bevorzugte Außenflächen der Formeinheit 1 sind eine Kugel- oder eine Ellipsoid-Fläche, da bei diesen Flächen die allseitige Druckbeaufschlagungs- und Zentrierfunktion am besten verwirklicht werden kann.

Obwohl sich das oben beschriebene Verfahren und die im Vorangehenden beschriebene Vorrichtung insbesondere für die wirtschaftliche Einzel- bzw. Prototypfertigung eignet, kann dieses Verfahren zur Erhöhung der Wirtschaftlichkeit auch automatisiert wprdpn Wrnn in dirspm FnII keramische Komponenten zum Einsatz kommen, können die verlorenen Kerne und Bauteilform-Komponenten nach dem Entformen wieder dem Herstellungsprozeß der Keramik-Bauteile zugeführt werden, so daß der Rohstoffverbrauch bei der Herstellung derartiger Komponenten äußerst klein gehalten werden kann. Das beispielsweise wieder aufgemahlene keramische Material wird in einem Bunker mit frischem keramischen Rohstoffmaterial vermischt und anschließend in die verschiedenen Produktions-Kreisläufe für die Kerne, die Bauteilformen und die Auskleidungen der Stützform eingespeist. Nach dem Sintern dieser verschiedenen rohkeramischen Bauteile wird in einem weiteren Automationsprozeß die Formeinheit zusammengebaut und in die Druckgießmaschine eingelegt. Das Entformen, Verputzen und die Glühbehandlung des Druckgußteils kann dann ebenfalls automatisch erfolgen.

Die Auskleidung der Bauteilformhälften und der Stützformhälften mit keramischen Werkstoffen kann auf unterschiedliche We'se realisiert werden. So können beispielsweise keramische Komponenten auf der einen Seite metallisiert werden und mit dieser metallischen Schicht an die andere metallische Komponente gelötet werden. Eine andere Möglichkeit besteht darin, die keramische Komponente im Plasmasprühvenahren mit einem merallischen Werkstoff zu beschichten und unlösbar mit einem Zwischenträger zu verbinden, der dann lösbar in die Formteilhälfte bzw. in die Stützformhälfte eingegliedert wird.

Für den Fall, daß das zu gießende Druckgußteil eine derartige Form erhält, daß die Kerne beim Gießvorgang sehr hoch beansprucht werden, können auch Kerne zur Anwendung kommen, die aus einem metallischen Trägermaterial bestehen, das mit keramischem Werkstoff beschichtet ist, welches im Plasmasprühverfahren aufgebracht wurde.

Die Gestaltung des Gießbechers ist ebenfalls nicht auf die im vorangehenden beschriebene Ausführungsform beschränkt. Insbesondere kann die Gestaltung des Innenraums des Bechers — beispielsweise zur Verwirklichung eines zweistufig arbeitenden Verdrängungskolbens — innerhalb weiter Grenzen variiert werden. Es ist dabei lediglich darauf zu achten, daß der freie Verschiebeweg des Gießbechers so groß gehalten wird, daß sich dieser im Endstadium der Druckerzeugung nicht unmittelbar an der Formeinheit, sondern stets über ein Schmelzenpolster an dieser abstützt

Die Erfindung ist nicht auf die im Vorangehenden ausführlich beschriebenen Ausführungsformen beschränkt So können beispielsweise die Trennebenen der Gießform und der Stützform bzw. der Formeinheit-Trägerhälften unterschiedlich orientiert bzw. in verschiedenen Parallellagen verlaufen. Ferner können zwischen den Giebfjrmteilen und den Stützformen Zentrierungs- oder PaGstifte vorgesehen sein, durch die die Formsteifigkeit zusätzlich erhöht wird. Ferner kann

die Filtereinrichtung 10 ebenfalls aus einem keramischen Feststoffilter bestehen. Wenn mehrere Angußkanäle 9 vorgesehen sind, kann jeder dieser Kanäle mit einem getrennten Feststoffilter ausgestattet sein oder es kann ein einziger Feststoffilter vorgesehen sein, der alle Angußkanäle überdeckt Ferner muß die Achse des Gießbechers nicht unbedingt vertikal angeordnet sein; sie kann, wenn die Abdichtungsverhältnisse dies zulassen, auch in jeder anderen Orientierung verlaufen.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentansprüche:

   1. Verfahren zur Herstellung von Druckgußstükken, bei dem

   eine geteilte Gießform unter Aufrechterhalten des Schließdrucks mit dem zu vergießenden Material gefüllt wird, das aus einem verschiebbar geführten, sowie nach außen thermisch isolierenden und einseitig offenen Gießbecher in die Gießform verdrängt wird, wo es unter einem Haltedruck :n erstarrt, und

   die Komponenten der Gießform und des Gießbechers mit einem Formträger in eine nach außen abgeschlossene Formeinheit eingesetzt werden, die mit einer Druckbeaufschlagungseinrichtung in Wir- ü kungskontakt gebracht wird, um das Material vom Gießbecher in die Gießform zu verdrängen, dadurch gekennzeichnet, daß
   die Gießform (2) mit dem Gießbecher (7) und dem Formträger (4) zu einer als Einheit handhabbaren Baugruppe zusammengefügt und im zusammengefügten ZustaEcrin die Druckbeaufschlagungseinrichtung (17 bis 29) eingelegt werden, und daß
   unter Verschiebung des als Verdrängungsbecher ausgebildeten Gießbechers (7) gleichzeitig ein r> Schließ- und Gießdruck aufgebaut wird, dessen zeitlicher Verlauf in Abhängigkeit von der Formund Schmelzentemperatur sowie der Wandstärke des Druckgußstücks durch Steuerung der Verschiebebewegung des Verdrängungsbechers (7) frei in wählbar ist.

   2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß d.i. Komponenten der Gießform (2) allseitig formschlüssig ;a eine den Formträger bildende Stützform (4) eingebettet werden. η

   3. Verfahren nach Anspruch 1 · der 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Gießform (2) für den Gießvorgang evakuiert wird.

   4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Gießform (2) für den Gießvorgang mit Inertgas oder Sauerstoff gespült wird.

   5. Verfahren nach einem der Ansprüche I bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das aus dem Gießbecher(7) verdrängte Material gefiltert wird.

   6. Verfahren nach einem der Ansprüche I bis 5. dadurch gekennzeichnet, daß der Druckanstieg im zu vergießenden Material stufenweise erfolgt.

   7. Verfahren nach einem der Ansprüche I bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Schließ- und jo Gießdruck über ein Druckfluidpolster (23, 24) aufgebaut wird.

   8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die als Einheit handhabbare Baugruppe vor dem Einlegen in die Druckbeaufschlagungseinrichtung (17 bis 29) einer Temperaturbehandlung unterzogen wird.

   9. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 8, mit

   einem geteilten Formträger, dessen Hälften die m> Gießform aufnehmen und für den Gießvorgang in Schließkontakt bringbar sind, und
   einer Druckerzeugungseinrichtung zur Versorgung der Gießform mit unter Druck stehendem Gießmaterial, das in einem nach außen thermisch isolierten, « einseitig offenen Gießbecher aufgenommen ist. aus dem es über das dessen offenem Ende zugewandte Angußsystem in die Gießform verdrängbar ist.

   indem das Material im Gießbecher von der Druckerzeugungseinrichtung beaufschlagt wird, wobei

   der Formträger, die Gießform und der Gießbecher in einer nach außen abgeschlossenen Formeinheit zusammengefaßt sind, dadurch gekennzeichnet, daß der Gießbecher (7) als Verdrängungsbecher ausgebildet ist, der in der die Gießform (2) allseitig umfassenden und als Einheit handhabbaren Formeinheit (1) gleitend und abdichtend geführt und 'inter Abstützung über das in die Gießform (2) zu verdrängende Material (8) mit Druck beaufschlagbar ist.

   10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Gießform (2) allseitig formschlüssig in einer den Formträger bildenden iitützform (4) aufgenommen ist, in der der Gießbecher (7) geführt ist.

   11. Vorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Gießform (2) aus keramischem Werkstoff besteht.

   12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis

   11, dadurch gekennzeichnet, daß die Gießform (2) aus verschiedenen Formelementen unterschiedlicher Werkstoffe aufgebaut ist.

   13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis

   12, dadurch gekennzeichnet, daß die Wandung des Gießbechers (7) zumindest in dem Bereich, mit dem dieser die Formeinheit (1) durchragt, eine keramische Werkstoffschicht (74) besitzt.

   14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, ά&ΰ der Gießbecher (7) aus Metall besteht und innenseitig mit keramischem Werkstoff ausgekleidet ist.

   15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis

   14, dadurch gekennzeichnet, daß die Stützform (4) als Metall besteht und innenseitig mit Werkstoffen (13 bis 15) ausgekleidet ist, deren jeweilige Wärmeleitfähigkeit auf den gewünschten Erstarrungsverlauf des mit der jeweiligen Werkstoffauskleidung in Kontakt kommenden Dnvkgußstückabschnitts abgestimmt ist.

   16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis

   15, dadurch gekennzeichnet, daß der Gießbecher (7) senkrecht zur Trennebene (3) der Formeinheit-Trägerhälften (20, 22) verschiebbar in der Formeinheit (1) angeordnet ist.

   17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis

   16, dadurch gekennzeichnet, daß der Gießbecher (7) mit seiner Innenobsrfläche über eine Gleitpassung auf einem Führungszylinderabschnitt (91) des Angußsystems (9) geführt ist.

   18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis

   17, dadurch gekennzeichnet, daß die Gießform (2) über einen Steiger (11) mit der Umgebung in Verbindung steht.

   19. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis

   18, dadurch gekennzeichnet, daß die Gießform (2) über eine Anschlußleitung (12, 32) mit einer Unterdruckquelle (30) in Verbindung steht.

   20. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis

   19, dadurch gekennzeichnet, daß die Gießform (2) über eine Spülleitung (12, 31, 32) mit einer Inertgasquelle (30) in Verbindung steht.

   2!. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis

   20, dadurch gekennzeichnet, daß die Gießform (2) über eine Spülleitung (12 31, 32) mit einer Sauerstoffquelle (30) in Verbindung steht.

   22. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 2i, dadurch gekennzeichnet, daß die Formeinheit (1) bei zusammengefahrenen Formeinheit-Trägerhälften (20, 22) in einer entsprechend angepaßten Formhöhlung (17) aufgenommen ist, die im wesentlichen mittig zur Trennebene der Formträgerhälften (20, 22) liegt und von nachgiebigen, nicht selbsttragenden Membranen (18, 19) begrenzt ist, die sich jeweils zur Begrenzung eines abgeschlossenen Fluidraums (23, 24) in jeder Trägerhälfte (20, 22) im wesentlichen in deren Trennebene nach außen erstrecken, und daß das im Fluidraum (23, 24) eingeschlossene Fluid durch mindestens einen Druckerzeugungskolben (25, 26), der in einer Formträgerhälfte (20) abdichtend geführt ist, unter Druck setzbar ist.

   23. Vorrichtung nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß die Gießform (2) über einen Spalt (31) zwischen den Membranen (18, 19) mit der Umgebung in Verbindung steht.

   24. Vorrichtung nach Anspruch 22 oder 23, dadurch gekennzeichnet, daß die Stützform (4) aus keramischem Werkstoff besteht oder zumindest Einsätze aus keramischem Material besitzt.

   25. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 22 bis

   24, dadurch gekennzeichnet, daß die Formeinheit (1) eine kugelförmige oder ellipsoidförmige Außenkontur besitzt und der Gießbecher (7) einen Boden aufweist, der der Oberflächenform der Formeinheit (1) angepaßt ist.

   26. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 22 bis

   25, dadurch gekennzeichnet, daß die Membranen (18, 19) unmittelbar nach dem Zusammenfahren der Formeinheit-Trägerhälften (20, 22) in die Formernheit (1) ringförmig umgebendem Linienkontakt stehen, der sich bei Druckbeaufschlagung des Fluidraumes (23) von innen nach außen in einen flächigen Kontakt ausweitet.

   27. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis

   26, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Druckerzeugungskolben (25,26) vorgesehen sind, die zeitlich aufeinnder abgestimmt antreibbar sind.

   28. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis

   27, dadurch gekennzeichnet, daß als keramische Werkstoffe ZrO₂. Al₂O₃. SiO₂, SiC, Al₂TiO₅ und MgO verwendet werden.