DE4216773A1 - Druckgußvorrichtung - Google Patents

Description

Gegenstand der Erfindung ist eine Druckgußvorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Das Druckgießverfahren ist ein Formgebungs- und Fertigungs­ verfahren zur Herstellung von weitgehend verwendungsfer­ tigen, oft verwickelten, dünnwandigen, sehr maßgenauen Gußstücken mit recht guter Oberflächenbeschaffenheit aus NE-Metall-Gußwerkstoffen in größeren und sehr großen Stückzahlen. Verfahrenstechnisch ist es dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Gußstücke in sehr genau gearbeiteten Druckgießformen hergestellt werden. Dafür wird flüssiges Metall mittels eines in einer Druckkammer befindlichen Druckkolbens unter hohem Druck in die Form eingespritzt. Damit eine einwandfreie Formfüllung ohne vorzeitige Er­ starrung des Metalls erfolgen kann, muß diese sehr schnell vor sich gehen (etwa im Bereich von wenigen 1/100 Sekunden bis zu einigen 1/10 Sekunden). Außerdem ist eine hohe Strömungsgeschwindigkeit von beispielsweise etwa 70 bis 500 km pro Stunde im Eintritt des Metalls in die Kavität (Formhohlraum) notwendig, die wiederum zu ihrer Erzeugung eines hohen Gießdruckes etwa in der Größenordnung von einigen 100 bis einigen 1000 bar bedarf. Der hohe Gieß­ druck bzw. ein noch erhöhter Enddruck bei Beendigung der Formfüllung und Erstarrung des Metalls wirkt sich dabei günstig auf die Dichtheit des Gefüges bzw. zur Vermeidung oder Verminderung einer möglichen Porosität aus. Zur Unter­ stützung des Formfüllungsvorganges wird die Form beim Vakuum-Druckgießverfahren evakuiert. Hierdurch wird ver­ mieden, daß Luft in der Form verbleibt und Einschlüsse wie Poren oder Lunker im Werkstück bildet.

Beim Vakuum-Druckgießverfahren ist eine Vakuumpumpe über ein Vakuumventil an einen Lüftungslauf der Form ange­ schlossen. Damit das flüssige Metall nicht in die Vakuum­ pumpe eintritt, muß das Vakuumventil rechtzeitig nach dem Füllen der Kavität geschlossen werden, bevor flüssiges Metall durch den Lüftungslaufaustritt. Hierzu gibt es bereits Ventile, die dem Schließglied im Lüftungsweg vor­ geordnet einen Druckaufnehmer haben, der bei Metallbeauf­ schlagung aus löst und über eine Steuermechanik das Schließglied betätigt, bevor dieses von der Metallfront erreicht wird. Zwischen Auslösung des Druckaufnehmers und Schließen des Schließgliedes tritt eine kurze Zeitverzöge­ rung ein. Um diese zu überbrücken ist der Lüftungslauf zwischen Druckaufnehmer und Schließglied als Labyrinth ausgebildet, welches der Ausbreitung des Metalls einen Widerstand entgegensetzt und die erforderliche Zeitverzö­ gerung bewirkt.

Es versteht sich, daß nach jedem Spritzvorgang das im Lüf­ tungslauf und Vakuumventil verbliebene Metall entfernt werden muß. Hierzu sind diese Ausbreitungswege des Metalls in einer Teilungsebene der Form angeordnet und wird das darin erstarrte Metall nach dem Öffnen der Form als Anguß des Werkstückes mit ausgestoßen. Die Spezialventile haben insbesondere aufgrund ihrer Steuerungsmechanik den Nach­ teil eines hohen Aufwandes. Schließlich besteht die Ge­ fahr, daß die Ventileinrichtung bei besonders hohen Ein­ spritzgeschwindigkeiten und -drucken oder aus sonstigen Gründen versagt, das angeschlossene Vakuumsystem mit Me­ tall zugesetzt wird.

Davon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine weniger aufwendigere, betriebssichere sowie einen verminderten Reparaturaufwand bewirkende Druckgußvorrich­ tung der eingangs genannten Art zu schaffen.

Diese Aufgabe ist durch Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Ansprüchen 2 bis 11 angegeben.

Erfindungsgemäß ist als Auslöseeinrichtung für die Steue­ rung des Vakuumventils nicht mehr ein in diesem ausgebil­ deter Drucksensor, sondern nach einer ersten Lösungsva­ riante ein separater Metallsensor vorgesehen, der in den Gießlauf der Vorrichtung eingreift. Bevor also das Metall die Kavität erreicht, wird es folglich von dem Metallsen­ sor detektiert. Der Sensor arbeitet mit einer Steuerungs­ einrichtung zusammen, welche das Ventil eine bestimmte Verzögerungszeit nach Beaufschlagung des Sensors auslöst. Diese Verzögerungszeit ist abhängig von der Geometrie der Gießform und der Einstellung der Gießparameter wie Kolben­ druck, Kolbengeschwindigkeit, Druck an der Vakuumseite usw. Sie kann auf Erfahrungswerten beruhen und/oder bei der Einstellung der Maschine Gegenstand einer Optimierung sein. Dafür ist sie bevorzugt einstellbar. Hierdurch wird ein Schließen des Ventils gerade zu dem Zeitpunkt ermög­ licht, zu dem das flüssige Metall die Kavität gerade voll­ ständig ausfüllt. Statt der bisherigen teuren Spezialven­ tile kann auf eine einfachere Ventilkonstruktion zurückge­ griffen werden. Zudem ist mit der Erfindung eine verbes­ serte Betriebssicherheit gegeben, weil Auslöse- und Steuervorrichtung einfacher und störunempfindlicher als das bisherige Spezialventil ausgebildet werden können. Dies gilt insbesondere, wenn ein elektrischer Metallsensor und/oder eine elektrische Steuereinrichtung vorgesehen sind. Ein einfacher Metallsensor kann ein bekannter piezo­ elektrischer Drucksensor oder Kontaktsensor mit einem Kon­ taktpol sein. Das Ventil kann unmittelbar oder über eine Vakuumpumpe mit der Umgebung verbunden sein.

Metallsensoren der vorgenannten Art werden zwar schon in der Druckgußtechnik eingesetzt. Sie sind jedoch in der An­ wendung auf die Steuerung verschiedener Phasen der Bewe­ gung des Druckkolbens beschränkt, wobei sie einen Aus­ gleich von Druckspitzen bewirken sollen.

Die Phasen einer Bewegungssteuerung des Druckkolbens geben ebenfalls einen groben Aufschluß über den Füllzustand der Druckgußform. In der Regel wird in einer ersten Phase etwa der Gießlauf und in einer zweiten Phase die Kavität ge­ füllt. In einer dritten Phase wird schließlich der erhöhte Enddruck aufgebracht. Eine Lösungsalternative der Erfin­ dung sieht deshalb vor, daß die Auslöseeinrichtung eine den Umschaltzeitpunkt zwischen der ersten Phase der Kol­ benbewegung in seiner zweiten Phase erfassende Schaltein­ richtung ist und die damit gekoppelte Steuereinrichtung das Ventil eine bestimmte Verzögerungszeit nach dem Um­ schaltzeitpunkt schließt. Die Verzögerungszeit ist zweck­ mäßigerweise ebenfalls einstellbar, wobei ihre Wahl auf Erfahrung und/oder Optimierungsversuchen vor Beginn einer Serienproduktion beruhen kann. Dabei ist zu berücksichti­ gen, daß Dosierschwankungen der Metallmenge bei konstanter Verzögerungszeit Veränderungen des Füllgrades der Form­ hohlräume bewirken können. Diese Variante eignet sich auch in Kombination mit der erstgenannten Erfindungsvariante, weil sie ein Schließen des Ventils nach dem Füllen der Kavität sicherstellen kann, auch wenn der Metallsensor einmal versagt. Auch bei dieser Variante sind Schalt- und Steuereinrichtungen bevorzugt als elektrische Einrichtun­ gen ausgebildet.

Bevorzugt sind Metallsensor und/oder Ventil in einer Ein­ gußformhälfte der Form angeordnet. Beim Öffnen der Form werden sie dann nicht bewegt und unterliegen in ihren Ver­ sorgungs- bzw. Hilfseinrichtungen keiner entsprechenden Beanspruchung.

Gemäß einer besonders robusten Weiterentwicklung steuert die Steuereinrichtung einen Hydraulikantrieb des Ventils. Es kommt auch ein elektrischer oder pneumatischer Antrieb in Betracht.

Das Ventil hat bevorzugt einen Grundkörper mit einer Kol­ benbohrung und einem darin längsverschieblichen Ventil­ kolben und eine die Kolbenbohrung kreuzende Lüftungsboh­ rung, die sich jeweils von der Kolbenbohrung weg zur seitlichen Öffnung des Grundkörpers hin konisch erweitert. Durch Verstellen des zylindrischen Ventilkörpers in der Kolbenbohrung kann die Lüftungsbohrung geschlossen bzw. geöffnet werden. Falls das Ventil mit Metall zugesetzt werden sollte, kann es aufgrund der nach außen sich ko­ nisch erweiterenden Öffnungen einfach gesäubert werden. Hierzu braucht lediglich jeweils von einer Seite des Ven­ tils aus ein Dorn eingeschlagen zu werden.

Vorteilhaft ist die Lüftung aus dem Ventilkörper herausge­ führt, indem die Lüftungsbohrung auf einer Seite der Kol­ benbohrung von einem Lüftungsauslaß gekreuzt ist, der sich zu einer weiteren Öffnung des Grundkörpers hin konisch er­ weitert. Die weitere Öffnung kann sich in einer leicht von außen zugänglichen Seite des Ventils befinden und ist auf­ grund der Erweiterung ebenfalls in einfacher Weise von Metallverstopfungen befreibar.

Schließlich sieht eine Ausgestaltung vor, daß die seitli­ che Öffnung der Lüftungsbohrung auf der von der Lüftungs­ bohrung gekreuzten Seite sowie eine kleinere Öffnung des Luftauslasses jeweils von einer Wand der Eingußformhälfte abgedichtet sind, wobei die andere Öffnung der Lüftungs­ bohrung mit dem Lüftungslauf zwischen Eingußformhälfte und Auswurfformhälfte kommuniziert. Hierdurch ist eine beson­ ders günstige Einbaumöglichkeit für das Ventil gegeben, welches mit einer Öffnung der Lüftungsbohrung an den Lüf­ tungslauf angeschlossen ist und den Anschluß für den Luft­ auslaß mit einer dazu senkrechten Wand seines Gehäuses aufweisen kann. Die übrigen Öffnungen von Lüftungsbohrung und Lüftungsauslaß sind dabei von Wänden der Eingußform­ hälfte abgedichtet, wozu ggf. noch besondere Dichtelemente vorgesehen sein können.

Weitere Einzelheiten und Vorteile des Gegenstandes der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der zugehörigen Zeichnungen, die eine bevorzugte Ausge­ staltung zeigen. In den Zeichnungen zeigen:

Fig. 1 die Druckgußvorrichtung im schematischen Teilschnitt sowie die Steuereinrichtungen in Blockdarstellung;

Fig. 2 Form der Druckgußvorrichtung mit Ventil in vergrö­ ßertem Ausschnitt;

Fig. 3 Form der Druckgußvorrichtung mit Ventil in vergrö­ ßerter Teilansicht auf die Eingußformhälfte.

Gemäß Fig. 1 hat die Druckgußvorrichtung eine zweiteilige Form mit einer feststehenden Eingußformhälfte 1 und einer relativ dazu beweglichen Auswerferformhälfte 2, zwischen denen eine die Werkstückform abgrenzende Kavität 3 ausge­ bildet ist. Eine horizontal angeordnete Druckkammer 4 mit einem darin axial beweglichen Druckkolben 5 ist in die Eingußformhälfte 1 eingesetzt und kommuniziert über einen in der Trennebene von Einwerferformhälfte 1 und Auswerfer­ formhälfte 2 angeordneten Gießlauf 6 mit der Kavität. Durch eine Füllöffnung 7 kann flüssiges Metall bei rück­ gezogenen Kolben 5 in die Druckkammer 4 gelangen und durch axiales Kolbenverschieben in die Kavität 3 gedrückt wer­ den.

Beim Füllen von Gießlauf 6 und Kavität 3 mit flüssigem Metall soll Luft aus den Formhohlräumen entweichen. Hierzu ist oberhalb von Gießlauf 6 und Kavität 3 ein Lüftungslauf 8 vorgesehen, der ebenfalls in der Trennebene von Einguß­ formhälfte 1 und Auswerferformhälfte 2 angeordnet ist. Der Lüftungslauf 8 kommuniziert mit einem Ventil 9, das über ein Filter 10 mit einer Vakuumpumpe 11 verbunden ist. Durch Evakuieren der Formhohlräume mittels der Vakuumpumpe soll das Füllen der Form mit Metall unterstützt werden. Das Filter 10 soll die Vakuumpumpe 11 vor ausgetragenen Metallpartikeln schützen. Das Ventil 9 wird jedoch schon mittels eines Hydraulikantriebes 12 geschlossen, bevor es von der Metallfront erreicht wird, wobei sogar ein Schlie­ ßen möglich ist, wenn das Metall Position 13 erreicht und die Kavität 3 gerade vollständig ausfüllt.

Hierzu ist in die Eingußformhälfte 1 ein Metallsensor 14 eingesetzt, dessen Metallbeaufschlagung detektierende Fläche in den Gießlauf 6 eingreift. Der dargestellte Sen­ sor 14 hat vergleichbar einer Zündkerze einen zentrischen sowie einen diesen konzentrisch umgebenden Pol, zwischen denen eine Leitfähigkeitsmessung stattfinden kann.

Der elektrische Metallsensor 14 ist an einen Sensoreingang 15 einer elektrischen Steuerung 16 angeschlossen. Die elektrische Steuerung 16 enthält eine Verzögerungseinrich­ tung mit einstellbarer Verzögerungszeit. Nach Auslösen des Metallsensors 14 durch Metallbeaufschlagung und Ablauf der Verzögerungszeit steuert die elektrische Steuerung 16 ein Hydraulikventil 17 an, welches den Hydraulikzylinder 12 betätigt und hierdurch das Ventil 9 schließt. Dabei ist die Zeitverzögerung so eingestellt, daß die Metallfront gerade Position 13 erreicht hat. Infolgedessen kann das flüssige Metall den Lüftungslauf 8 nicht verlassen.

Nach dem Öffnen der Formhälften 1, 2 und Auswerfen des Gußteiles zeigt der Metallsensor 14 keine Metallbeauf­ schlagung mehr an. Dieser Signalzustand wird ebenfalls über den Sensoreingang 15 an die elektrische Steuerung weitergegeben, welche dann über das Hydraulikventil 17 und den Hydraulikzylinder 12 das Ventil 9 öffnen kann. Danach ist die Lüftung für einen neuen Gießvorgang vorbereitet.

Die Druckgußvorrichtung hat noch eine alternativ oder zu­ sätzlich zum Metallsensor 14 das Ventilschließen bewir­ kende Schalteinrichtung (nicht dargestellt), die beim Er­ reichen der Schiebeposition 18 des Kolbens ausgelöst wird. Beim Druckgießen entspricht die Schiebeposition 18 des Kolbens 5 den Umschaltzeitpunkt zwischen einer ersten und einer zweiten Bewegungsphase des Kolbens, zu dem gerade der Gießeinlauf 6 mit Metall gefüllt ist und das Füllen der Kavität 3 bevorsteht.

Die Schalteinrichtung ist mit einem Schalteingang 19 der elektrischen Steuerung verbunden, der ebenfalls mit einer Verzögerungseinrichtung derselben gekoppelt ist. Eine festgelegte Verzögerungszeit nach dem Umschaltzeitpunkt von Phase 1 auf Phase 2 wird ebenfalls über das Hydraulik­ ventil 17 und den Hydraulikzylinder 12 das Ventil 9 ge­ schlossen.

Kommt die Schalteinrichtung zugleich mit dem Metallsensor 14 zum Einsatz, so kann sie eine Sicherheitsabschaltung des Ventiles 9 für den Fall eines Sensorversagens bewirken.

Einzelheiten des Ventils 9 sind besser aus den Fig. 2 und 3 ersichtlich. Demnach hat das Ventil einen metallischen Grundkörper 20, der in eine nischenartige Aussparung der Eingußformhälfte 1 eingesetzt und in dieser gehalten ist. Das Ventilgehäuse bzw. der Grundkörper 20 hat eine zylin­ drische Kolbenbohrung 21, die parallel zur Trennebene zwischen Eingußformhälfte 1 und Auswerferformhälfte 2 und dem dazwischen befindlichen Lüftungslauf angeordnet ist. In der Kolbenbohrung 21 befindet sich ein axialverschieb­ licher Kolben 22, der einen Kolbenhub 23 aufweist. Die Be­ tätigung das Kolbens wird durch den Hydraulikzylinder 12 bewirkt, der auf der Oberseite des Grundkörpers 20 befe­ stigt ist. Zu dieser Befestigung sind vier Schrauben 24 vorgesehen, von denen zwei längere Schrauben den Grund­ körper 20 durchgreifen und diesen zugleich an der Einguß­ formhälfte 1 festlegen. Dabei bewirken Zentrierhülsen 25 eine genaue Ausrichtung von Hydraulikzylinder 12 und Grundkörper 20 aufeinander.

Im Bereich des Kolbenhubs 23 ist die Kolbenbohrung 21 von einer Lüftungsbohrung 26 gekreuzt, die sich zu zwei ein­ ander gegenüberliegenden Seiten des Grundkörpers 2 hin konisch erweitert und dort Öffnungen aufweist. Die Öff­ nung des in der Fig. 2 linksseitigen Abschnittes der Lüftungsbohrung 26 mündet in den Lüftungslauf. Die Öffnung des rechtsseitigen Abschnittes 26 ist von einer Wand der Eingußformhälfte 1 abgedeckt. Zur Abdichtung letzterer Öffnung ist dort ein O-Ring 27 aus Viton vorgesehen.

Außerdem ist letztgenannter Abschnitt der Lüftungsbohrung 26 von einem Lüftungsauslaß 28 gekreuzt, der sich parallel zur Kolbenbohrung 21 erstreckt und sich zu einer oberen Seite des Grundkörpers 20 hin konisch erweitert. Dort ist der Lüftungsauslaß 28 mit einem Anschlußgewinde 29 für eine Vakuumleitung versehen. Die andere, kleinere Öffnung des Lüftungsauslasses 28 ist ebenfalls von einer Wand der Eingußformhälfte 1 verschlossen.

In der eingezeichneten Stellung des Kolbens 22 kann Luft durch die Lüftungsbohrung 26 und den Lüftungsauslaß 28 aus dem Lüftungslauf 8 abgesaugt werden. Wird der Kolben 22 um den Kolbenhub 23 verfahren, so schließt er die Lüftungs­ bohrung 26, so daß der Lüftungslauf 8 vom Lüftungsauslaß und einer damit verbundenen Vakuumpumpe abgetrennt ist. Falls sich das Ventil trotz der erfindungsgemäßen Maßnah­ men einmal mit Metall zusetzen sollte, kann es einfach wieder instandgesetzt werden. Hierzu brauchen lediglich die beiden Schrauben 24 gelöst zu werden, welche den Grundkörper 20 mit der Eingußformhälfte 1 verbinden. Auf­ grund der verbleibenden Schrauben 24 ist dann der Grund­ körper 20 gemeinsam mit dem Hydraulikzylinder aus seiner Aufnahme in der Eingußformhälfte 1 entnehmbar. Danach kann ein Dorn durch eine der Öffnungen von Lüftungsbohrung 26 und Lüftungsauslaß 28 gestoßen werden und erhärtetes Metall austreiben. Dieser Vorgang wird durch die konische Erweiterung von Lüftungsbohrung 26 und Lüftungsauslaß 28 unterstützt.

Claims (11)

1. Druckgußvorrichtung, mit einer Form (1, 2) und einer darin ausgebildeten Kavität (3), einem in die Kavität mündenden Gießlauf (6) und einer damit verbundenen Druckkammer (4) mit Druckkolben (5) zum Einspritzen flüssigen Metalls in die Kavität, einem in die Kavität mündenden Lüftungslauf (8), der über ein Ventil (9) vorzugsweise über eine Vakuumpumpe (11) mit der Umge­ bung verbunden ist, einer das Einspritzen des Metalls in die Kavität erfassenden Auslöseeinrichtung (14) und einer damit gekoppelten Steuereinrichtung (16), die das Ventil (9) nach dem Füllen der Kavität mit Metall schließt, dadurch gekennzeichnet, daß die Auslöseein­ richtung einen in den Gießlauf (6) eingreifenden Me­ tallsensor (14) und/oder eine den Umschaltzeitpunkt zwischen einer ersten Phase der Bewegung des Kolbens (5) für das Füllen des Gießlaufs (6) und einer zweiten Phase für das Füllen der Kavität (3) erfassende Schalt­ einrichtung aufweist, und die Steuereinrichtung (16) eine Verzögerungseinrichtung zum Schließen des Ventils (9) eine bestimmte Verzögerungszeit nach Beaufschlagung des Sensors (14) mit Metall und/oder nach dem Umschalt­ zeitpunkt von der ersten in die zweite Phase der Bewe­ gung des Kolbens (5) aufweist.

2. Druckgußvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Verzögerungszeit der Steuerungsein­ richtung (16) einstellbar ist.

3. Druckgußvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß ein elektrischer Metallsensor (14) eine elektrische Schalteinrichtung und/oder eine elek­ trische Steuereinrichtung (16) vorgesehen sind.

4. Druckgußvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Metallsensor (14) ein Kontaktsensor ist.

5. Druckgußeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Metallsensor (14) ein Drucksensor ist.

6. Druckgußeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Metallsensor (14) in einer Eingußformhälfte (1) der Form angeordnet ist.

7. Druckgußeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventil (9) in der Ein­ gußformhälfte (1) der Form angeordnet ist.

8. Druckgußeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung (16, 17) einen Hydraulikantrieb (12) des Ventils (9) steuert.

9. Druckgußeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventil (9) einen Grundkörper (20) mit einer Kolbenbohrung (21) und einem darin längsverschieblichen Ventilkolben (22) und eine die Kolbenbohrung (21) kreuzende Lüftungsbohrung (26) hat, die sich jeweils von der Kolbenbohrung weg zu seitlichen Öffnungen des Grundkörpers (20) hin konisch erweitert.

10. Druckgußvorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Lüftungsbohrung (26) auf einer Seite der Kolbenbohrung (21) von einem Lüftungsauslaß (28) gekreuzt ist, der sich zu einer weiteren Öffnung des Grundkörpers (20) hin konisch erweitert.

11. Druckgußeinrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die seitliche Öffnung der Lüftungsboh­ rung (26) auf der vom Lüftungsauslaß (28) gekreuzten Seite sowie eine zweite Öffnung des Lüftungsauslasses (28) jeweils von einer Wand der Eingußformhälfte ver­ schlossen sind und die andere Öffnung der Lüftungsboh­ rung (26) mit dem Lüftungslauf (8) zwischen Einguß­ formhälfte (1) und Ausgußformhälfte (2) kommuniziert.