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Es ist allgemein bekannt, daß die Entfernung von
Luft aus dem Gußform-Hohlraum,
wenn Gußteile aus
Metall mittels eines Druckgußverfahrens
geformt werden, die Qualität
der Gußteile
verbessert, insbesondere in Bezug auf deren Oberflächenporosität. Auch
wenn es viele verschiedene Konstruktionen gibt, mit denen man ein
Vakuum im Gußform-Hohlraum
anlegen kann, weisen die meisten der Konstruktionen ein Ventil auf, über das
der Hohlraum mit einer Vakuumquelle in Verbindung steht, und dieses Ventil
wird geöffnet,
um den Hohlraum unmittelbar vor dem Einschießen von geschmolzenem Metall
in den Hohlraum zu evakuieren, und es wird geschlossen, ehe das
Metall den Hohlraum erreicht. Wenn das Ventil nicht geschlossen
wird bevor das Metall den Hohlraum erreicht, besteht dann die hohe
Wahrscheinlichkeit, daß das
Metall möglicherweise
in das Ventil eindringt und dessen vollständige Schließung verhindert.
Wenn eine solche Hinderung des Ventils auftritt, so muß das Ventil
auseinandergebaut werden, um den Ventilmechanismus von Reststoffen
zu reinigen.
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In einer Anordnung wird das Ventil
durch die Kraft des Gießmetalls
selbst geschlossen, wenn das Metall in den Hohlraum eingeschossen
oder eingespritzt wird. Erwartungsgemäß neigt eine solche Anordnung
zu fehlerhafter Arbeit und ist erwiesenermaßen unzuverlässig.
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Ein weiterer wichtiger Faktor bei
Vakuumdruckgußverfahren
ist, daß ein
ausreichend hohes Vakuum besteht, sodaß sehr wenig Luft in dem Gußform-Hohlraum
verbleibt, und daß das
Vakuum auf dem gewünschten
Niveau erhalten wird, während das
Metall in den Hohlraum eingespritzt wird. Wenn das Ventil, welches
das Vakuum in den Hohlraum überträgt, zu früh schließt, wird
Luft zwangsläufig
in den Hohlraum zurückströmen, so
daß die
erwünschten
Vorteile des Vakuumdruckgußverfahrens
beeinträchtigt
werden können,
wobei dabei Oberflächenunregelmäßigkeiten
der Gußteile
entstehen. Weil das Gußteil
nach dem Gießvorgang
aus dem Hohlraum entfernt werden muß, besteht die Gußform aus
mindestens zwei Teilen. Die Gußform
kann auch mehr als zwei Teile aufweisen, insbesondere dann, wenn
komplexe Teile gegossen werden.
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Auf dem Gebiet des Druckgußverfahrens
definiert die Schnittstelle, zwischen den Gußformteilen, das, was als Trennlinie
oder Trennfuge bekannt ist, wobei einige dieser Trennlinien im Inneren
liegen können
und andere an der Außenseite
der Gußform verlaufen.
Für die
Zwecke der vorliegenden Erfindung sind mit dem Ausdruck "äußere Trennlinien"
die Trennlinien definiert, welche an den Gußform-Hohlraum selbst angrenzend
sind und welche, wenn sich eine Linie vom Zentrum des Hohlraums über deren Grenzen
hinaus erstreckt, mit dem Äußeren der
Gußform
kommunizieren. Die äußeren Trennlinien,
auch wenn die Teile der Gußform
in einem engen Toleranzbereich gehalten werden, bilden einen Leckpfad durch
den Luft in den Gußform-Hohlraum
einströmen kann.
Da es in höchstem
Maße wünschenswert
ist ein Vakuum in dem Gußform-Hohlraum
anzulegen, welches mindestens 58,42 Zentimeter (23 Zoll) Quecksilbersäule, vorzugsweise
72,4 bis 73,66 Zentimeter (28.5 bis 29 Zoll) Quecksilbersäule betragen soll,
kann ein dermaßen
hochgradiges Vakuum nicht wirksam erhalten werden, wenn die Querschnittsfläche des
Ventils selbst nicht groß genug
ist, um effizient Luft zu entfernen, oder wenn die Einlaßfläche zwischen
dem Ventil und dem Gußform-Hohlraum nicht
ausreichend und im richtigen Verhältnis dimensioniert ist.
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Obwohl einige Vakuumventile für relativ
kleine Druckgußteile
effizient arbeiten, kann die effektive Öffnung des Ventils zu klein
sein, falls größere Teile gegossen
werden sollen. Die Öffnung
muß groß genug
sein, um anfangs die Luft aus dem Gußform-Hohlraum abzuleiten und
das Vakuum in dem Hohlraum zu erhalten. Die Menge von Leckluft,
die in den Hohlraum zurückgeführt wird,
ist hauptsächlich eine
Funktion der gesamten Länge
der Trennlinien, die an den Gußform-Hohlraum
angrenzen und mit der Atmosphäre
kommunizieren, d.h. die Trennlinien, die an dem Äußeren der Oberfläche der
Gußform
angrenzen.
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In den Druckgießverfahren gemäß der
DE 36 05 529 C2 bzw.
DE-AS-15 83 589 erfolgt
die Steuerung des Vakuums über
die Entlüftungsdauer
bzw. Mittel, die das Einströmen
von Luft in den Formhohlraum gänzlich
verhindern sollen.
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Daher ist es eine Hauptaufgabe der
Erfindung, ein verbessertes Verfahren zu schaffen, welches es gestattet
die Größe der Ventilöffnung oder der
Freifläche
eines Vakuumventils zu berechnen, um sicherzustellen, daß ausreichende
Vakuumniveaus während
eines Vakuumdruckguß-Verfahrens erreicht
werden.
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Eine weitere Aufgabe der Erfindung,
im Rahmen der obigen Aufgabe, ist es, ein verbessertes Vakuumdruckguß-Verfahren zu
schaffen, welches die Größe des herzustellenden
Gußteils
berücksichtigt.
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Noch eine weitere Aufgabe der Erfindung liegt
darin, ein verbessertes Verfahren zu schaffen, welches die Größe der Öffnungen
des Vakuumventils in Abhängigkeit
von der äußeren Trennlinien
des herzustellenden GuBteils festlegt.
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Diese Aufgabe wird mit einem Verfahren
gemäß Anspruch
1 gelöst.
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Weitere Lösungen und Vorteile ergeben
sich aus der nachfolgenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die
beigefügten
Zeichnungen, in denen:
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1 eine
Draufsicht einer Gußform
zusammen mit einem Vakuumventil ist,
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2 eine
allgemein entlang der Linie 2-2 der 1 gewonnene Ansicht ist,
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3 eine
Seitenansicht eines bevorzugten Vakuumventils ist, das in einem
Druckguß-Verfahren angewendet
werden kann, und
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4 eine
perspektivische Darstellung der Form der effektiven Öffnung des
Vakuumventils.
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Allgemein gesagt richtet sich die
vorliegende Erfindung auf ein Verfahren zur Ermittlung der Größe der Ventilöffnung oder
der Freifläche
eines Ventils, das eine Vakuumquelle mit einer Gußform innerhalb einer
Druckgußvorrichtung
verbindet.
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Wendet man sich nun den Zeichnungen
zu, insbesondere der
1,
so weist eine dargestellte, allgemein mit
10 bezeichnete
Gußform
einen rechten Teil
12 und einen linken Teil
14 auf.
Gemäß
1 definieren die Teile
12 und
14 einen
Hohlraum
16. Die Vorrichtung von
1 weist weiterhin ein allgemein mit 18
bezeichnetes Vakuumventil auf, welches sich in dem unteren Teil
der Zeichnung befindet und welches vorzugsweise an der Oberseite
der Gußform selbst
liegt. Das Ventil
18, welches vorzugsweise den in der
3. gezeigten Aufbau aufweist
und welches in der verwandten, hiermit durch Verweisung miteingeschlossene
DE 43 13 812 A1 gezeigt
und beschrieben ist, verbindet eine schematisch dargestellte Vakuumquelle
20 mit
einer Öffnung
22 der
Gußform,
wobei die Öffnung
22 sich
bis zum Hohlraum
16 hin erstreckt, sodaß, wenn das Ventil
18 geöffnet wird,
das Vakuum den Hohlraum
16 entleert und zwar bevor der
Gießwerkstoff
in den Hohlraum eingespritzt wird, um ein Gußteil zu formen.
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Die Schnittstelle zwischen den Gußformteilen 12 und 14 ist
mit 24 bezeichnet und die Vorderseite des Teils 14 ist
als 26 bezeichnet. Der Hohlraum 16 weist einen im wesentlichen
kreisförmigen
Aufbau mit einem horizontalen Teil auf, der von der Seite des Hohlraums
bis zum dessen allgemeinem Zentrum verläuft. Der Teil des Hohlraums,
der durch den Gußformteil 12 gebildet
wird, ist ähnlich
aufgebaut. Es sollte sich verstehen, daß die gesamte Schnittstelle 24 die
Trennlinie der Gußform
definiert, wobei, in Bezug auf den Hohlraum 16, die Trennlinie
sowohl einen mit "A" markierten Abschnitt aufweist, welcher sich
vom Punkt 28 zum Punkt 30 erstreckt und eine äußere Trennlinie
bildet, als auch einen mit "B" markierten Abschnitt aufweist, der
vom Punkt 32 zum Punkt 34 verläuft und sich im inneren Abschnitt
beffindet. Die Undichtigkeit kann aber auch an dem mit "C" markierten
Abschnitt, der sich vom Punkt 28 zum Punkt 30 erstreckt,
auftreten.
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In der Darstellung der 2 ist der Abschnitt A sicherlich
eine äußere Trennlinie,
wie auch ein Teil des Abschnitts B, welches eine Verbindung mit
dem Äußeren hat
und welches als Abschnitt C abgebildet ist, da der Abschnitt C den
Hohlraum 16 mit der Atmosphäre verbinden kann. Trotzdem
ist der Hauptteil des Abschnitts B im wesentlichen im Inneren und
es können
keine Undichtigkeiten auftreten, die sonst nicht durch die Abschnitte
A und C auftreten würden. Daher
wird der Leckpfad durch die Abschnitte A und C, nicht aber durch
Abschnitt B festgelegt. Die Länge der
Trennlinie wird angrenzend an den Gußform-Hohlraum gemessen und
nicht entlang der äußeren Oberflächen der
Gußformteile 12 und 14.
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Es versteht sich, daß jedes
hergestellte Gußteil
eine unterschiedliche Länge
der äußeren Trennlinien
aufweist, die abhängig
von der Form des Druckgusses und dessen Größe ist. Für jedes hergestellte Gußteil sollte
dementsprechend die Länge
der äußeren Trennlinien
ermittelt werden, um die Größe der offenen
Fläche
des Ventils oder die der Ventilöffnung zu
bestimmen, das das Vakuum mit dem Gußform-Hohlraum verbindet. Es
sollte auch deutlich werden, daß die
effektive Ventilöffnung
des Ventils 18 gemäß der vorliegenden
Erfindung berechnet wird und daß,
sobald die Abmessungen des Ventils ermittelt worden sind, der Durchmesser
der Öffnung 22, die
das Ventil mit dem Hohlraum selbst verbindet, nicht kleiner sein
darf als der Durchmesser des Ventils, weil ansonsten die Entleerung
des Hohlraums negativ beeinflußt
wird. Mit anderen Worten ist es nicht sinnvoll die Fläche der
Ventilöffnung
einem gewünschten
Wert anzupassen und dann, durch eine zu kleine Öffnung zwischen Ventil und
Hohlraum, einen Flaschenhals zu bilden. Das Ventil 18 bewegt sich
zwischen seiner geöffneten
und seiner geschlossenen Stellung, und wenn es in der geöffneten
Stellung ist, ist die effektive Fläche der Öffnung des Ventils 18 im
wesentlichen durch die Fläche
eines Kegelstumpfs dargestellt, wie im 4 abgebildet. Die Fläche kann errechnet werden,
indem der durchschnittliche Umfang des Kegels mit dem Abstand W
zwischen der Ventiloberfläche
und dem Ventilsitz multipliziert wird. Die Öffnung des Ventils ist im allgemeinen in
dem Bereich von ca. 3,175 mm bis ca. 6,35 mm (1/8 Zoll bis ca. 1/4
Zoll).
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Gemäß eines wichtigen Gesichtspunkts
der vorliegenden Erfindung wurde festgestellt, daß die Größe der Fläche der Öffnung des
Vakuumventils eine gleichbleibend gute Luftabsaugung leistet, wenn die
Fläche
der Ventilöffnung
des Ventils, im Quadratzoll, weniger beträgt als 0.008 Zoll mal die Länge der äußeren Trennlinie
in Zoll, aber mehr oder gleich viel beträgt als das Produkt von 0,003
Zoll mal die Länge der äußeren Trennlinie
in Zoll. In metrischen Werten ausgedruckt, sollte die geöffnete Fläche in Quadratmillimetern
weniger oder gleich dem Produkt aus 0,20 Millimeter mal die Länge der äußeren Trennlinie in
Millimetern sein, aber größer oder
gleich groß wie das
Produkt aus 0,075 Millimeter mal die Länge der äußeren Trennlinie in Millimetern.
Die Länge
der äußeren Trennlinie
wird entlang des Hohlraums, anstatt entlang den äußeren Abmessungen der Gußform, gemessen.
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Wenn die Fläche des Ventils nicht größer ist als
das Produkt von 0,003 Zoll mal die Länge der äußeren Trennlinie in Zoll, wird
ein unzureichendes Vakuum im Gußform-Hohlraum
angelegt. Da es wünschenswert
ist, daß 95%
der Luft aus dem Hohlraum entfernt wird, ist es nötig die
Umgebung des Ventils über
diesen Wert hinaus zu entleeren um insgesamt den gewünschten
Unterdruck zu erhalten. Ausgehend von der Tatsache, daß 74,93
Zentimeter (entsprechend 29.5 Zoll) Quecksilbersäule einer fast vollständigen Luftabsaugung
entsprechen, können
bei einer Fläche,
die größer oder
gleich mit diesem Produkt ist, 63,5 bis 66,0 Zentimeter (entsprechend
25 bis 26 Zoll) Quecksilbersäule
erreicht werden.
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Eine andere Überlegung ist, daß die Fläche des
Ventils weniger als oder gleich dem Produkt aus 0,008 Zoll mal die
Länge der äußeren Trennlinie
in Zoll ist. Dies ist eine praktische Einschränkung insofern, als das Ventil
seinen Hub zwischen vollständiger Öffnung und
vollständigem
Verschluß durchlaufen
muß. Wenn
der Hub des Ventils zu lang ist, wird es einen längeren Zeitraum brauchen um
zu schließen
und wenn man die extrem kurze Zeitspanne berücksichtigt, in der das Metall
in den Hohlraum eingespritzt wird, ist es für einen zuverlässigen Einsatz
notwendig, daß das
Ventil in ungefähr
15 Millisekunden geschlossen wird. Diese Zeit erlaubt ein zuverlässiges Schließen des
Ventils und gestattet trotzdem den Hohlraum in etwa 30 Millisekunden
zu füllen.
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Aus der vorstehenden Beschreibung
sollte es sich verstehen, daß ein
Verfahren, welches zur Bestimmung der Größe der Ventilöffnung (oder
die der Freifläche)
eines in einem Vakuumdruckgu8-Vorgangs eingesetzten Ventils verwendet
wird, gezeigt und beschrieben wurde, welches als Ergebnis die zuverlässige und
effektive Entleerung des Hohlraums zu Vakuumniveaus hat, die zu
verbesserten Druckgußteilen
führt,
wobei diese GuBteile sehr geringe Oberflächenunregelmäßigkeiten
aufweisen. Wenn ein Vakuumdruckguß-Vorgang vorbereitet wird,
kann die Größe des Ventils
festgelegt werden, sodaß eine optimale
Entleerung des GuBform-Hohlraums gewährleistet wird, wobei das Ventil
noch in einer dem Verfahren angepaßten Zeit geschlossen werden kann.
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Während
verschiedene Ausführungsformen der
Erfindung gezeigt und beschrieben wurden, können selbstverständlich verschiedene
Alternativen, Ersetzungen und Äquivalente
verwendet werden, und die Erfindung sollte lediglich durch die Patentansprüche und
ihre Äquivalente
beschränkt
sein.
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Verschiedene Merkmale der Erfindung
sind in den beigefügten
Patentansprüchen
zum Ausdruck gebracht.