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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung
zur Wärmebehandlung
bei einem Gießverfahren,
wobei Gegenstände
in einer Gießmaschine
geformt werden, die ein teilbares Formgebungswerkzeug mit einem
davon umschlossenen Gießraum
umfasst, der so ausgebildet ist, dass er mit einem flüssigen Gießmaterial
befüllbar ist.
Das Gießmaterial
kann beispielsweise aus Kunststoffen, Leichtmetallen, Metallen oder
Edelmetallen bestehen.
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Technischer
Hintergrund der Erfindung
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Bei
Gießverfahren
werden in einer Gießmaschine
Gegenstände
durch Hinzufügen
von flüssigem
Gießmaterial
zu einem Formgebungswerkzeug geformt, das einen Gießraum aufweist,
wobei dessen Form der Form des Gegenstandes entspricht. Das Formgebungswerkzeug
besteht üblicherweise
aus zwei Hälften,
wobei eine Seite beweglich und die andere starr ist. Das Formgebungswerkzeug
ist üblicherweise
mit Kühlelementen
wie zum Beispiel Kühlringen
oder Kühlkanälen ausgestattet.
Der Gegenstand wird so lange in dem Formgebungswerkzeug gehalten,
bis er genügend
abgekühlt
ist, um zum Beispiel auf einem Fließband transportiert werden
zu können,
und er nach wie vor seine Form beibehält. Wenn der Gegenstand genügend abgekühlt ist,
um eine weitere Behandlung zu ermöglichen, wird das Formgebungswerkzeug
durch Zur-Seite-Bewegen der beweglichen Seite geöffnet und der Gegenstand wird
aus der Gießmaschine
herausgenommen. Danach kann der nächste Gegenstand gegossen werden.
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Die
Zeit, die benötigt
wird, um einen Gegenstand zu gießen, wird als Durchlaufzeit
bezeichnet, und die Durchlaufzeit bestimmt die Anzahl der Gegenstände, die
pro Zeiteinheit hergestellt werden können. Bei Gießverfahren,
die große
Mengen erzeugen, sind kurze Durchlaufzeiten wichtig, um so viel
wie möglich
zu produzieren. Es hat sich aufgrund bestimmter physikalischer Hindernisse,
wie zum Beispiel der Tatsache, dass das Formgebungswerkzeug eine
gewisse Temperatur erreichen muss, bevor das Gießmaterial dem Formgebungswerkzeug
zugegeben werden kann, und dass der Gegenstand in dem Formgebungswerkzeug
gekühlt
werden muss, um seine exakte Form beizubehalten, als schwierig erwiesen,
die Durchlaufzeiten zu verringern. Wenn der Gegenstand zu früh aus dem
Formgebungswerkzeug entnommen wird, besteht die Gefahr der Verkrümmung und
Abweichungen in den Dimensionen. Die Durchlaufzeit wurde durch Optimierung
der Zeit zum Öffnen,
Schließen,
Kühlen
und Füllen
verringert. Einen wesentlichen Teil der Durchlaufzeit macht die Zeit
zur Abkühlung
des Gegenstandes aus, die Abkühlzeit,
die als einzigen Zweck hat, die Dimensionsgenauigkeit und Qualität der Gegenstände sicherzustellen.
Bei bestimmten Gießverfahren
kann die Abkühlzeit
bis zu 70–80%
der gesamten Durchlaufzeit ausmachen.
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US 4205950 offenbart ein
Verfahren und eine Vorrichtung zur Wärmebehandlung bei einem Gießverfahren
gemäß dem nächstliegenden
Stand der Technik. Das Dokument zeigt eine Spritzguss-Maschine mit drei
Arbeitsplätzen,
eine Gießstation
zur Einspritzung von geschmolzenem Material in den Gießraum, und
zwei Abkühlstationen.
Die Maschine umfasst ein teilbares Formgebungswerkzeug mit einer
oberen Gießhälfte und
zwei unteren Gießhälften, und
zwei Behandlungswerkzeuge zur Kühlung
des Gegenstandes. Wenn der Gegenstand formstabil ist, wird die obere
Gießhälfte des
Gießwerkzeuges
entfernt, und der Gegenstand wird zu einer der Abkühlstationen
in die untere Hälfte
des Gießwerkzeuges
transportiert, wo sich das Behandlungswerkzeug am oberen Ende der
unteren Hälfte des
Formgebungswerkzeuges befindet, und der Gegenstand wird abgekühlt, während er
in der unteren Hälfte
des Formgebungswerkzeuges verbleibt. Ein Nachteil der offenbarten
Vorrichtung und des Verfahrens ist, dass es zumindest eine zusätzliche
Gießhälfte benötigt, die
teuer herzustellen ist.
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ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Zweck
der vorliegenden Erfindung ist es, eine Vorrichtung und ein Verfahren
zu erhalten, die die Durchlaufzeit während eines Gießverfahrens
verkürzen,
wobei die Anzahl der hergestellten Gegenstände pro Zeiteinheit erhöht werden
kann. Insbesondere ist eine Vorrichtung zur Wärmebehandlung erwünscht, die
in Zusammenhang mit dem Gießverfahren
nützlich
ist und die eine Zusammenarbeit mit einer Gießmaschine gestattet.
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Daher
werden eine Vorrichtung und ein Verfahren gemäß den Ansprüchen 1 und 14 vorgeschlagen.
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Durch
den Transport des Gegenstandes aus dem Formgebungswerkzeug zu einem
Behandlungswerkzeug, das eine Bearbeitungsoberfläche aufweist, deren Form zumindest
in einigen Teilen den Gießraum
nachbildet und außerhalb
der Gießmaschine
angeordnet ist, kann ein Teil der Zeit zum Kühlen außerhalb der Gießmaschine
ablaufen, was bedeutet, dass die Durchlaufzeit verkürzt wird.
Das bedeutet, dass ein oder mehrere Gegenstände zur gleichen Zeit gekühlt werden
können,
zu der ein neuer Gegenstand in der Gießmaschine gegossen wird.
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Wenn
der Gegenstand gekühlt
wird, schrumpft er, und auf diese Weise wird seine Form verändert. Der
Gegenstand wird zu dem Behandlungswerkzeug transportiert, sobald
der Gegenstand im Wesentlichen formstabil ist, das heißt, wenn
zumindest die äußere Schicht
des Gegenstandes formstabil ist. Bei dieser Gelegenheit muss das
Innere des Gegenstandes nicht erstarrt sein; demzufolge ist seine
Form noch nicht vollständig
stabil und es kann eine weitere Schrumpfung eintreten. Eine solche Schrumpfung
kann vorteilhafterweise dann eintreten, während sich der Gegenstand in
dem Behandlungswerkzeug befindet. Abhängig von der Form des Gegenstandes
muss das Behandlungswerkzeug den Gießraum entweder vollständig oder
nur teilweise nachbilden. Für
eine weniger komplizierte Form kann es ausreichen, dass das Behandlungswerkzeug
den Gießraum
in einem oder mehreren ausgesuchten Teilen nachbildet. Es kann auch
ausreichend sein, eine Seite des Formgebungswerkzeuges, zum Beispiel
die bewegliche Seite, oder einige Abschnitte auf einer Seite nachzubilden.
Ein Formgebungswerkzeug muss eine sehr hohe Präzision bzgl. seiner Dimensionen
aufweisen und ist daher sehr teuer herzustellen. Die Form des Behandlungswerkzeuges
muss aufgrund der Tatsache, dass der Gegenstand formstabil ist,
wenn er zu dem Behandlungswerkzeug transportiert wird, nicht eine
solch hohe Präzision
wie das Formgebungswerkzeug aufweisen, und daher ist das Behandlungswerkzeug
sehr viel weniger teuer herzustellen. Auch sind hohe Drucke während der Gießverfahren üblich, die
eine konsequente Dimensionierung, insbesondere bspw. während des
Spritzgießens
erfordern. Um den Gießraum
so schnell wie möglich
zu füllen,
muss ein sehr hoher Druck auf die hochviskose Schmelze angewendet
werden. Wenn man dann eine gute Formwiedergabe des Gegenstandes
erzielen will, muss man die Volumenvergrößerung kompensieren, die das
Gießmaterial
erfährt, wenn
es bei der Temperatur, bei der das Gießwerkzeug geöffnet werden
soll, vom flüssigen
in den festen Zustand übergeht.
Infolgedessen bedingen die notwendigen hohen Drucke, dass die Formgebungswerkzeuge
sehr teuer sind, was hohe Anforderungen an große Produktionsserien stellt.
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Das
Behandlungswerkzeug wird am besten in einem thermisch leitenden
Material, wie zum Beispiel einem Metall, zum Beispiel Aluminium,
Magnesium oder Stahl, ausgeführt.
Andere mögliche
Materialien sind metallisierte Kunststoffe, zum Beispiel Kunststoff
mit Metallüberzügen, oder
thermisch leitende Kunststoffe, d.h., Kunststoffe mit Beimischungen
von Metallen zur Verbesserung der thermischen Eigenschaften. Wenn
das Behandlungswerkzeug in einem thermisch leitenden, massiven Material
ausgeführt
wird, kann die Wärmebehandlung
beinhalten, dass der Gegenstand eine gewisse Zeiten in dem Behandlungswerkzeug
gehalten wird, worin die Wärme durch
das thermische Material abgeleitet wird. Um die Abkühlung zu
beschleunigen und um eine kontrollierte Temperatur zu erreichen,
kann das Behandlungswerkzeug mit Kühlelementen, zum Beispiel Kühlringen
zur Ableitung der Wärme
oder den oben genannten Kanälen
mit einem Kühlmedium
ausgestattet sein.
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In
einer Ausführungsform
der Erfindung umfasst das Behandlungswerkzeug einen oder mehrere Kanäle, die
angeordnet sind, um ein Medium zu führen, mit dem Zweck, Wärmeenergie
zu- oder abzuführen.
Die Temperatur des Mediums bestimmt, ob der Gegenstand gekühlt oder
aufgeheizt wird. Das Behandlungswerkzeug kann auf diese Weise sowohl zur
Abkühlung
als auch zur Aufheitung des Gegenstands benutzt werden. In bestimmten
Fällen
ist es auch notwendig, das Behandlungswerkzeug aufzuheizen, bevor
der heiße
Gegenstand zu dem Behandlungswerkzeug transportiert wird, um seine Temperaturdifferenzen
zu verringern und dadurch eine Rissbildung zu vermeiden. Die Kanäle können inwendig
liegen oder an der Außenseite
angeordnet sein, und das transportierte Medium kann eine Flüssigkeit,
ein Gas oder Luft sein. In einer Ausführungsform der Erfindung umfasst
das Behandlungswerkzeug eine Anzahl von Kanälen, die angeordnet sind, um
zwischen sich Medien mit unterschiedlichen Temperaturen zu führen. Der
Zweck, unterschiedliche Kanäle
mit Medien unterschiedlicher Temperatur zu haben, ist, dass man
bei bestimmten Anwendungen unterschiedliche Abkühlungsprozesse in unterschiedlichen
Teilen des Gegenstands haben möchte. Zum
Beispiel kühlen,
wenn unterschiedliche Teile des Gegenstands unterschiedliche Materialdicken aufweisen,
die dünneren
Teile schneller ab als die dickeren Teile, was zu ungewollten Materialveränderungen,
wie zum Beispiel Rissbildung, führen
kann. Durch ein stärkeres
Abkühlen
auf den dickeren Teilen als auf den dünneren Teilen wird die gleiche
Abkühlrate
in dem gesamten Gegenstand erzielt. Dank der Kanäle und der darin enthaltenen
Medien kann man den thermischen Behandlungseffekt kontrollieren, und
auf diese Weise werden Möglichkeiten
geschaffen, die inneren Spannungen zu kontrollieren.
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Bei
der Herstellung großer
Serien muss das Verfahren automatisiert werden. In einer Ausführungsform
der Erfindung umfasst es ein Handhabungselement, das angeordnet
ist, um den Gegenstand von dem Formgebungswerkzeug zu dem Behandlungswerkzeug
zu transportieren. Das Handhabungselement kann zum Beispiel ein
Roboter, ein ...roboter oder eine Maschine sein, die einen beweglichen
Arm aufweist. In einer Ausführungsform
ist das Behandlungswerkzeug fest außerhalb der Gießmaschine
angeordnet. Der Gegenstand wird durch das Handhabungselement von
dem Formbildungswerkzeug abgeholt, und zum Abkühlen oder Aufheizen des Gegenstands
zu dem Behandlungswerkzeug transportiert und geliefert.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
ist das Handhabungselement austauschbar mit dem Behandlungswerkzeug
verbunden. Das bedeutet, dass das Behandlungswerkzeug das Handhabungselement
begleitet, wenn der Gegenstand aus dem Formgebungswerkzeug abgeholt
wird, und dass der Gegenstand direkt von dem Formgebungswerkzeug zu
dem Behandlungswerkzeug transportiert wird. Das Handhabungselement
trägt das
Behandlungswerkzeug auch während
der thermischen Behandlung. Ein Vorteil davon, dass der Gegenstand
zu dem Behandlungswerkzeug transportiert wird, das entsprechend
dem Gegenstand ausgebildet ist, ist, dass dadurch eine sehr genau
definierte Position des Gegenstands erhalten wird, was eine kontinuierliche Handhabung
des Gegenstands ermöglicht
und vereinfacht. So ist es zum Beispiel wichtig, dass, wenn der
Gegenstand in einem nächsten
Verfahrensschritt sehr genau an einen anderen Gegenstand angepasst
werden soll, seine Position genau definiert ist.
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In
einer Ausführungsform
umfasst das Behandlungswerkzeug Verbindungsmittel, um den Gegenstand
mit dem Behandlungswerkzeug zu verbinden, um den Gegenstand aus
dem Gießraum
heraus zu ziehen, und um weiterhin zu verhindern, dass der Gegenstand
während
des Transports von dem Formgebungswerkzeug aus dem Behandlungswerkzeug herausfällt. In
einer bevorzugten Ausführungsform der
Erfindung wird die Verbindung des Gegenstandes mit dem Behandlungswerkzeug
durch Unterdruck durchgeführt.
Ein solcher Unterdruck kann zum Beispiel mit Saugnäpfen oder
Vertiefungen erzielt werden, die von Luft evakuiert wurden. Die
Verbindung kann auch durch ein Greifwerkzeug, zum Beispiel Greiffinger,
oder durch Haftung, beispielsweise Klebstoff oder Haftklebeband
durchgeführt
werden.
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In
einer Ausführungsform
der Erfindung umfasst das Behandlungswerkzeug Mittel, die auf der Behandlungsoberfläche angebracht
sind, um sich Formänderungen
des Gegenstandes in Verbindung mit der thermischen Behandlung anzupassen.
Wenn der Gegenstand in dem Behandlungswerkzeug abgekühlt wird,
entsteht aufgrund von Schrumpfung eine gewisse Formänderung
des Gegenstands. Um trotz der Schrumpfung eine gute Kontaktfläche zwischen
dem Gegenstand und dem Behandlungswerkzeug aufrecht zu erhalten,
ist das Behandlungswerkzeug mit Mitteln ausgestattet, die der Schrumpfung folgen.
Entsprechend können
die Mittel elastisch sein, wie zum Beispiel einige Kunststoffe.
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Manchmal
sind die Anforderungen bezüglich der
Formgenauigkeit für
gewisse Abschnitte des Gegenstands hoch, während sie gleichzeitig für andere Abschnitte
des Gegenstandes niedrig sind. Es gibt auch Gegenstände, die
sehr gestreckt oder schlaksig sind und daher befestigt werden müssen. In
einer Ausführungsform
der Erfindung umfasst das Behandlungswerkzeug Mittel, um zumindest
einige Teile des Gegenstandes während
der thermischen Behandlung zu fixieren. Aufgabe dieser Mittel ist
es, die Formgenauigkeit ausgewählter
Teile des Gegenstandes zu fixieren und sicherzustellen. Die Fixierung kann
auch während
des Transports weg von dem Formgebungswerkzeug notwendig sein.
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Bei
bestimmten Anwendungen ist die Zeit, während der der Gegenstand in
dem Behandlungswerkzeug verbleiben muss, länger als die Durchlaufzeit
für das
Gießen.
Wenn das Behandlungswerkzeug zwei oder mehrere Behandlungsoberflächen umfasst,
können
mehrere Gegenstände
gleichzeitig gekühlt
werden. Dann kann ein neuer Gegenstand zur selben Zeit abgeholt
werden, zu der ein oder mehrere vorher gegossene Gegenstände gekühlt werden.
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Gemäß einer
anderen Ausführungsform
der Erfindung umfasst sie eine Palette, die eine Anzahl von Behandlungsräumen umfasst
und angeordnet ist, um verschiedene Gegenstände gleichzeitig zu behandeln,
während
eine existierende externe Gießmaschine
neue Gegenstände
herstellt. Diese Palette kann drehbar angeordnet sein, wie zum Beispiel
ein Revolver, worin das Handhabungselement formstabile Gegenstände zu diesen
Behandlungsräumen transportiert.
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Gemäß einer
anderen Ausführungsform
der Erfindung betrifft die Wärmebehandlung
das Abkühlen
von Spritzgussplastik-Details. Ein traditionelles Formgebungswerkzeug
einer Spritzgussmaschine enthält
Kühlkanäle, die
dazu gedacht sind, Kühlflüssigkeit
zu leiten, die die Plastikschmelze in dem Formgebungswerkzeug abkühlt. Wenn
ein Gegenstand von beispielsweise rechteckiger Form mit einem durch
ihn hindurch laufendem rechteckigen Loch hergestellt werden soll,
wird das korrespondierende Formgebungswerkzeug durch einen Einlass gefüllt, in
dem die Schmelze entlang der Wände
der Form strömt.
Auf diese Weise wird die Schmelze auf der entgegengesetzten Seite
des Einlasses zusammenlaufen, um verbunden zu werden. Diese Verbindung
ist ein Schwachpunkt in Bezug auf Beanspruchbarkeit, da die Temperatur
abgesunken ist, wenn die Schmelze aus den entsprechenden Richtungen
zusammenfließt.
Als positives Ergebnis dieser Ausführungsform, die einen wesentlichen
Teil der Abkühlzeit außerhalb
der Spritzgussmaschine abwickelt, werden Möglichkeiten geschaffen, das
Formgebungswerkzeug aufzuheizen, und auf diese Weise wird die genannte
Verbindung vereinfacht.
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Wenn
allgemein eine Schmelze sehr schnell bis zu einem festen Zustand
heruntergekühlt
wird, treten innere Spannungen auf. Innere Spannungen von der Art
thermischer Spannungen können
den Gegenstand deformieren oder sogar Rissbildung bewirken. Diese
Spannungen werden immer im Produkt gefunden, wenn das Abkühlen nicht
sehr langsam durchgeführt
wird, was bisher üblicherweise ökonomisch
nicht gerechtfertigt war, da die vorliegende Erfindung nicht den
Nachteil zeigt, dass die Wärmebehandlung
auf Kosten der Durchlaufzeit des Gießverfahrens stattfindet.
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Die
Vorrichtung und das Verfahren gemäß der Erfindung ist hauptsächlich verwendbar
während eines
Spritzgießverfahrens,
in dem der Gegenstand dadurch geformt wird, dass ein flüssiges Kunststoffmaterial
in den Gießraum
eingelassen wird, wonach die Abkühlung
außerhalb
des Gießraumes
nach teilweiser Verfestigung des gebildeten Gegenstands stattfindet.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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Die
Vorrichtung und das Verfahren gemäß der Erfindung werden im Folgenden
mit Unterstützung
durch die anhängenden
Zeichnungen beschrieben.
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1 zeigt
ein Behandlungswerkzeug zur Wärmebehandlung
von Gegenständen.
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2a–2c zeigen
ein Verfahren zur Wärmebehandlung
von Gegenständen
mit einer Vorrichtung gemäß der Erfindung.
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3a zeigt
einen durch eine Gießmaschine geformten
Gegenstand.
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3b zeigt
ein Behandlungswerkzeug mit Mitteln, um ausgewählte Teile des Gegenstandes während der
Wärmebehandlung
zu fixieren.
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DETAILLIERTE
BESCHREIBUNG VON BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN DER ERFINDUNG
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1 zeigt
ein Behandlungswerkzeug 1 zum Abkühlen eines Gegenstandes bei
einem Gießverfahren.
Das Behandlungswerkzeug umfasst einen Raum 2, dessen Fläche 3 eine
Kontaktfläche
gegen den Gegenstand während
des Abkühlens
darstellt, und die Kontaktfläche
ist gemäß der Form
des Gegenstands geformt. Die Fläche 3,
die sich während des
Abkühlens
in Kontakt mit dem Gegenstand befindet, wird im Folgenden die Behandlungsoberfläche 3 genannt.
Die Form der Behandlungsoberfläche
wird durch die Form des Gegenstandes bestimmt, der gegossen werden
soll. Wenn der vorliegende Gegenstand beispielsweise eine Schale
ist, wird das Behandlungswerkzeug ein vorstehendes Teil umfassen, dessen
Oberfläche
die Behandlungsoberfläche
darstellt. Auf dem Behandlungswerkzeug gibt es ein Einlasselement 4 und
ein Auslasselement 5 für
Kühlmedien,
und eine Anzahl von Kühlkanälen 6 zum
Transport des Kühlmediums.
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Weiterhin
umfasst das Behandlungswerkzeug 1 eine Anzahl von Verbindungskanälen 7,
die zu der Behandlungsoberfläche 3 führen und
so angeordnet sind, dass sie von Luft entleert werden können, so dass
ein Unterdruck in den Kanälen
herrscht. Die Verbindungskanäle 7 stellen
Verbindungsmittel dar und haben als Aufgabe, den Gegenstand mit
dem Behandlungswerkzeug 1 zu verbinden und dann den Gegenstand
zu halten. Der Gegenstand wird durch Ansaugen mit der Behandlungsoberfläche verbunden,
wenn die Verbindungskanäle
von Luft entleert werden und wird dann so lange gegen die Behandlungsoberfläche 3 gehalten,
wie es einen Unterdruck in den Kanälen gibt.
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Die 2a–2c zeigen,
wie ein Verfahren gemäß der Erfindung
während
eines Spritzgießverfahrens
verwendet werden kann, in dem Kunststoffgegenstände hergestellt werden. Die
Gießmaschine 50 umfasst
ein Formgebungswerkzeug, welches in dem Ausführungsbeispiel aus zwei Teilen
besteht, einem starren Teil 10 und einem beweglichen Teil 11.
Das Behandlungswerkzeug 1 wird durch ein Handhabungselement 12 getragen,
das in dem Ausführungsbeispiel
ein Sechsachsen-Roboter ist. Der Roboter umfasst Arme 13,
die in Bezug aufeinander beweglich angeordnet sind. Wenn das Formgebungswerkzeug
geschlossen und fixiert wird, wird flüssiges Kunststoffmaterial 30 in
das Formgebungswerkzeug gepresst. Die Abkühlung findet in dem Formgebungswerkzeug
statt, bis zumindest die äußere Schicht
des Gegenstands 14 im Wesentlichen formstabil ist, d.h.,
bis der Gegenstand 14 so stabil ist, dass ein Transport
zu dem Behandlungswerkzeug 1 möglich ist. Wenn der Gegenstand 14 eine solche
Formstabilität
aufweist, wird das Formgebungswerkzeug geöffnet, siehe 2a.
Das Behandlungswerkzeug 1 wird durch den Roboter zu einem
Teil des Formgebungswerkzeugs transportiert, zum Beispiel seinem
beweglichen Teil 11, wo sich der Gegenstand 14 befindet,
siehe 2b, und wird an den Gegenstand
angekoppelt, so dass die Oberfläche 16 des
Gegenstandes gegen die Behandlungsoberfläche 3 drückt. Wenn
die Oberflächen
aneinander angepasst sind, werden die Verbindungskanäle 7 von
Luft entleert, und der Gegenstand wird mit der Behandlungsoberfläche verbunden.
Danach transportiert der Roboter das Behandlungswerkzeug 1 mit dem
Gegenstand 14 weg von dem Formgebungswerkzeug (10, 11)
zu einer geeigneten Stelle außerhalb
der Gießmaschine 50,
siehe 2c. Der Roboter verbleibt dort
und hält
das Behandlungswerkzeug 1 für einige Zeit, während der
Gegenstand 14 abgekühlt
wird. Die Seite des Gegenstandes 14, die gegen das Behandlungswerkzeug 1 drückt, wird
durch das Behandlungswerkzeug gekühlt und die Seite, die von
dem Behandlungswerkzeug 1 wegzeigt, wird durch die Umgebungsluft
gekühlt.
Wenn der Gegenstand 14 die beabsichtigte Temperatur erreicht
hat, d.h., wenn seine Form ausreichend stabil ist, um einer weiteren
Behandlung zu widerstehen, wird der Gegenstand 14 durch
das Handhabungselement 12 beispielsweise zu einem Förderband
gebracht.
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Während des
Gießprozesses
geht das Gießmaterial 30 von
einer geschmolzenen Phase in eine feste Phase über. Bezüglich der Festigkeit ist es
wünschenswert,
dass die Schmelze langsam zu einer festen Form gekühlt wird,
um die Entwicklung von inneren Spannungen und das Risiko der Rissbildung zu
minimieren. Auf der anderen Seite ist es wünschenswert, dass die Schmelze
relativ schnell abgekühlt
wird, um die Zeitdauer des Bildungszyklusses zu minimieren.
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Es
können
drei Phasen des Gießprozesses unterschieden
werden. In einer ersten Phase ist das Gießmaterial eine flüssige Schmelze,
d.h., wenn ein Gießraum 40 des
Formgebungswerkzeuges 10, 11 mit Gießmaterial 30 gefüllt wird.
Die Schmelze wird zunächst
nahe den kälteren
Wandabschnitten des Formgebungswerkzeuges 10, 11 erstarren.
Wenn dies geschieht, sind die inneren Teile jedoch noch immer geschmolzen.
Dies bedeutet eine zweite Phase des Bildungsprozesses, in dem die äußere Schicht des
geformten Gießmaterials
erstarrt und sein Inneres eine viskose Schmelze darstellt. Wenn
die äußere Schicht
erstarrt, wird sie sich in einem gewissen Maß zusammenziehen. Als Konsequenz
daraus wird in der äußeren Schicht
eine Zugspannung auftreten, da sie bestrebt ist, sich mehr zusammenzuziehen
als das Innere des Gießmaterials.
In dieser zweiten Phase ist die äußere Schicht
im Wesentlichen formstabil; folglich wird das geformte Gießmaterial
zur weiteren Wärmebehandlung
zu der Vorrichtung gemäß der Erfindung
transportiert. Eine dritte Phase des Formbildungsprozesses beginnt
nach einer gewissen Zeitspanne, wenn die inneren Teile des geformten
Gießmaterials
ebenfalls erstarren und sich zusammenziehen wollen. Einer solchen
Kontraktion wird jedoch durch die bereits erstarrte äußere Schicht
entgegengewirkt, und als Ergebnis absorbiert die äußere Schicht
diese Spannungen durch eine Änderung
des Vorzeichens der Spannungen der äußeren Schicht, d.h., die frühere Zugspannung
wandelt sich in eine Druckspannung um.
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Die
Vorrichtung gemäß der Erfindung
ermöglicht,
dass der Abguss zu einem frühen
Zeitpunkt aus dem Gießraum
transportiert werden kann, und dass er optimal angepasst zum Beispiel
während
einer langen Zeitspanne außerhalb
der Gießmaschine
abgekühlt
werden kann, ohne die Gießmaschine
zu belasten.
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In
einer Ausführungsform
gemäß der Erfindung
ist die Vorrichtung vollständig
von der Gießmaschine
getrennt, so dass es der Vorrichtung ermöglicht wird, die Wärmebehandlung
durchzuführen, ohne
dass der geformte Gegenstand Kontakt mit der Gießmaschine hat. Demzufolge ist
die Gießmaschine
frei für
einen neuen Gießprozess.
In der selben Zeit, während
der ein geformter Gegenstand (14, 20) durch die
Behandlungsvorrichtung wärmebehandelt wird,
wird in dem Formgebungswerkzeug (10, 11) ein neuer
Gegenstand (14, 20) geformt. Daraus folgt, dass
ein paralleler Prozess erreicht wird, d.h., die Formgebung und das
Abkühlen
der Gegenstände werden
gleichzeitig durchgeführt,
was die Durchlaufzeit für
einen Gießvorgang
reduziert.
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In
einer anderen Ausführungsform
der Erfindung umfasst das Behandlungswerkzeug 1 zwei Teile,
die beide eine Behandlungsoberfläche
aufweisen, die in ihrer Form zumindest teilweise beide Teile des Formbildungswerkzeuges
(10, 11) nachbilden. Wenn beide Teile des Behandlungswerkzeuges
zusammengefügt
werden, stellen sie einen inneren Raum dar, der den Gießraum des
Behandlungswerkzeuges nachbildet. Ein Teil des Behandlungswerkzeuges
ist in gleicher Weise wie in dem vorhergehenden Ausführungsbeispiel
auf einem Roboter montiert, und der zweite Teil ist starr außerhalb
der Gießmaschine montiert.
Wenn der Roboter den Gegenstand abgeholt hat, wird er an den starren
Teil des Behandlungswerkzeuges angekoppelt, worin der gesamte Gegenstand
von dem Behandlungswerkzeug umschlossen ist. Auf diese Weise kann
der gesamte Gegenstand aufgeheizt oder abgekühlt werden.
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In
einer anderen Ausführungsform
der Erfindung umfasst das Behandlungswerkzeug verschiedene Teile,
deren Formen das Formgebungswerkzeug nachbilden. Folglich ist es
möglich,
eine Anzahl von Gegenständen,
die durch die Gießmaschine
geformt werden, während
der gleichen Zeit abzukühlen, in
der die Gießmaschine
frei ist, um neue Gegenstände
zu formen.
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Wenn
ein Gegenstand 14 in dem Behandlungselement abgekühlt wird,
kann eine gewisse Schrumpfung auftreten. Um die Formgenauigkeit
für bestimmte
Abschnitte des Gegenstandes festzulegen und sicherzustellen, kann
das Behandlungselement 1 mit beweglichen Teilen ausgestattet
sein, die in Richtung auf den Gegenstand verschoben werden können. Für Gegenstände mit
einem Einschnitt, die zum Beispiel ein rundes Loch aufweisen, dessen Form
wichtigerweise sichergestellt werden muss, kann ein rohrähnliches
Element mit exakten Außenmaßen während des
Abkühlens
in das Loch eingeführt
und zurückgezogen
werden, wenn die korrekte Temperatur erreicht wurde, um die Form
des Gegenstandes sicherzustellen. 3a zeigt
einen Gegenstand 20 mit einer rechteckigen Form mit einem
diesen durchdringenden rechteckigen Loch. Für diesen Gegenstand ist es
wichtig, dass die Dimensionen der Ecken des Loches exakt sind, um
so rechte Winkel zu erhalten. 3b zeigt
ein Behandlungswerkzeug 21, das angeordnet ist, um den
Gegenstand 20 abzukühlen.
Das Behandlungswerkzeug umfasst vier rechtwinklige Blöcke 22,
die jeder an einem nach außen
und nach innen verschiebbaren Arm 23 angebracht sind. Wenn
das Behandlungswerkzeug leer ist, werden die Blöcke 22 nach innen
verschoben, und wenn sich der Gegenstand an Ort und Stelle in dem
Behandlungswerkzeug befindet, werden die Blöcke nach außen in eine bestimmte Position
verschoben und verbleiben in dieser Position, bis der Gegenstand 20 abgekühlt wurde.
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Die
Erfindung betrifft auch eine Maschine zum Giessen von Gegenständen 14, 20,
diese Gießmaschine
umfasst ein teilbares Formgebungswerkzeug mit einem darin umschlossenen
Gießraum,
von dem beabsichtigt ist, ihn mit einem flüssigen Gießmaterial zu füllen, wobei
die Gießmaschine
eine separate Vorrichtung zur Wärmebehandlung
gemäß dem oben
Gesagten umfasst.
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Die
Erfindung ist nicht auf die gezeigten Ausführungsformen beschränkt. Zum
Beispiel kann die Wärmebehandlung
sowohl Abkühlen
als auch Aufheizen umfassen, und natürlich kann das Handhabungselement
den Gegenstand entweder von dem beweglichen oder dem starren Teil
des Formgebungswerkzeuges aufnehmen.