DE69105970T2

DE69105970T2 - Ventilvorrichtung zur giessen niedrigschmelsender legierungen.

Info

Publication number: DE69105970T2
Application number: DE69105970T
Authority: DE
Inventors: Thomas Kidd; Stephen Thompson
Original assignee: Electrovert Ltd
Current assignee: Electrovert Ltd
Priority date: 1990-05-07
Filing date: 1991-03-21
Publication date: 1995-07-27
Anticipated expiration: 2011-03-22
Also published as: JPH05505145A; CA2082417A1; EP0527747A1; AU7458491A; WO1991017010A1; EP0527747B1; BR9106456A; ES2066429T3; US5125450A; DE69105970D1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Metallgießverfahren zur Erzeugung von schmelzbaren Metallkernen zum nachfolgenden Gießen von Bauteilen, die aus Kunststoffmaterialien hergestellt sind, sowie zum Umhüllen von Bauteilen, wie z.B. Turbinenschaufeln, so daß sie zur mechanischen Bearbeitung und anderen Oberflächenbearbeitungsschritten gehalten werden können. Insbesondere bezieht sich die vorliegende Erfindung auf einen verbesserten Ventilmechanismus in einer Vorrichtung zum Erzeugen einer Form bzw. eines Gießteiles oder einer Umhüllung aus einer Schmelzflüssigkeit. Die vorliegende Erfindung bezieht sich auch auf ein System zur Steuerung des Schmelzflüssigkeitsflusses in einer Vorrichtung zur Erzeugung eines Gießteils oder einer Umhüllung.
Ausschmelz-Metallkerne komplizierter Formen werden zur Verwendung als Kerne bei nachfolgend geschmolzenen Kunststoffbauteilen angewendet. Die Kerne bestehen aus einer Metallegierung oder einem anderen geeigneten Material mit einer niedrigen Schmelztemperatur. Zum Herstellen von hinterschnittenen hohlen Kunststoffbauteilen werden sie in Gießformen angeordnet und nachfolgend aus den Kunststoffbauteilen durch Schmelzen der Kerne und Zurücklassen der hinterschnittenen oder hohlen Kunststoffbauteile entfernt. Die Schmelztemperatur der ausgehärteten Metallegierung oder des anderen Materials ist niedriger als die des Kunststoffbauteils. Bei anderen Ausführungsbeispielen werden Metallegierungen mit niedrigen Schmelztemperaturen zum Umhüllen von Bauteilen, wie z.B. Turbinenschaufeln verwendet, so daß sie zum mechanischen Bearbeiten in anderen Oberflächenbearbeitungsschritten gehalten werden können. Nach der Verwendung wird das Metall aus den Kernen oder den Umhüllungen erneut aufgeschmolzen und wiederverwendet. Ein Beispiel einer Vorrichtung zum Gießen von Metallegierungen mit niedrigen Schmelztemperaturen ist in der US-A-4 676 296 beschrieben. Bei diesem Patent wird eine geschmolzene Metallegierung durch einen Kolben injiziert, der sich in einem Zylinder nach unten bewegt, welcher innerhalb eines Tanks für die geschmolzene Metallegierung angeordnet ist. Die flüssige Metallegierung gelangt durch einen Kanal von dem Boden des Zylinders in eine Gieß- oder Gußform.
Das Gießen von Metallegierungen mit niedrigen Schmelztemperaturen ist verschieden vom Druckgießen. Druckgießen wird bei hohen Temperaturen verwirklicht, wobei die Gußformen in sehr kurzen Zeitperioden gefüllt werden. Ein Beispiel des Druckgießens, bei welchem eine Pumpe und ein Ventil in einem Bad aus geschmolzenem Metall enthalten sind, ist beschrieben in: Giesserei 50 (21. März 1963), Heft 6, Seite 167. In dem Fall des Herstellens von Metallkernen oder Umhüllungen ist es notwendig zuzulassen, daß die flüssige Metallegierung im wesentlichen drucklos in die Gieß- oder Gußform fließt. Wenn Druck angelegt wird, kann eine Porosität in dem Gußteil auftreten, was nicht akzeptabel ist. Die Zeit zum Füllen einer Gieß- oder Gußform ist bei weitem größer als die für Druckgießen. Somit ist es offensichtlich, daß das Steuern des Flusses der Metallegierung in eine Gieß- oder Gußform kritisch ist.
In der Druckschrift US-A-4 958 675 ist ein Metallgießverfahren beschrieben, bei welchem der Injektionszylinder mit einer geschmolzenen Metallegierung von dem Tank über eine Ventilöffnung in dem Injektionskanal gefüllt wird, der zu dem Injektionszylinder führt, und zwar durch Anheben des Kolbens in dem Zylinder. Das System beschreibt ein Trennventil außerhalb des Tanks in dem Kanal zu der Gußform.
Es wurde nun herausgefunden, daß eine Verbesserung vorgenommen werden kann, indem zwei Ventile in dem Kanal von unterhalb des Injektionszylinders zu der Gußform vorgesehen werden, wobei die Ventile so in dem Metallegierungstank sind, daß sie bei derselben Temperatur swie die Schmelzflüssigkeit in dem Tank gehalten werden. Indem die zwei Ventile in dem Kanal und innerhalb des Tanks mit der flüssigen Legierung vorgesehen sind, kann des weiteren eine einzige Anordnung ausgebildet werden, die leicht installiert und aus dem Tank zum Reinigen und zu Instandhaltungszwecken entfernt werden kann.
Des weiteren versagt ein Ventil außerhalb des Tanks nach einer Zeitperiode infolge des Vorhandenseins von Oxiden von der Legierung seine Funktion, welche sich allmählich zwischen den Ventiloberflächen aufbauen. Das Ergebnis ist ein Ventil, welches Metall durchläßt. Ein Vorteil des Vorsehens des Ventils im Innern des Tanks gewährleistet, daß jegliches Metall, das aus dem Ventil austritt und um die Sitze, den Schaft und andere Teile austritt, im Tank verbleibt. Indem das Ventil aus einer Sauerstoffumgebung (d.h. Luft) entfernt wird, wird der Hauptgrund von Ventilundichtigkeiten eliminiert. Wenn das Ventil in dem Legierungstank eingetaucht ist, befindet es sich somit nicht mehr in einer Sauerstoffumgebung, was zu einem langlebigeren Ventil führt.
Es ist herausgefunden worden, daß eine Verbesserung erzielt werden kann, indem der Fluß geschmolzenen Metalls von dem Injektionszylinder in die Gußform gesteuert wird. Die Geschwindigkeit des Injektionskolbens, der sich nach unten in den Injektionszylinder bewegt, steuert den Fluß des geschmolzenen Metalles. Dieser Fluß kann im wesentlichen ein konstanter Fluß oder ein variabler Fluß sein, und zwar abhängig von der Bewegung des Kolbens in dem Zylinder. Durch Steuern des Injektionsflusses ist man in der Lage, ein Gußteil oder eine Umhüllung in guter Qualität zu erzielen. Wenn die Injektionsgeschwindigkeiten zu hoch sind, kann das Gußteil eine Porosität aufweisen, und wenn die Geschwindigkeiten zu niedrig sind, kann das geschmolzene Metall beginnen, sich zu verfestigen, bevor der Injektionshub beendet ist.
Die vorliegende Erfindung besteht aus einer Vorrichtung zum Herstellen eines Gießteils oder einer Umhüllung aus einem geschmolzenen Metall einschließlich eines Tanks, der zur Aufnahme des geschmolzenen Metalls ausgelegt ist; einem in dem Tank angeordneten Zylinder mit einer Verbindung zu einem Injektionskanal, der durch den Tank zu einer Gußform führt, welche außerhalb des Tanks angeordnet ist; einem Kolben innerhalb des Zylinders; einem Ventil in dem Kanal, welches eine erste Stellung, in der der Kanal von dem Zylinder zu der Gußform offen ist, und eine zweite Stellung aufweist, in der der Kanal zu der Gußform geschlossen ist und eine Ventilanschlußöffnung von dem Zylinder zu dem Tank offen ist; einer Ventilbetätigungseinrichtung bzw. Ventilbewegungseinrichtung zum Überführen des Ventils von einer Stellung in die andere Stellung; gekennzeichnet durch eine Aufnehmereinrichtung für eine Verschiebung bzw. eine Verschiebungsübertragungseinrichtung zum Bereitstellen eines Verschiebungssignals, das für die Stellung des Injektionskolbens in dem Injektionszylinder kennzeichnend ist; einer Vergleichseinrichtung zum Vergleichen des Verschiebungssignals mit einem vorbestimmten Zeit/Weg-Profil für den Injektionshub, um ein Injektionshubsignal zu liefern, das einen Zustand im wesentlichen ohne Druck in der Gußform während der Injektion des geschmolzenen Metalls darin kennzeichnet; sowie einer Einrichtung zum Bewegen des Injektionskolbens in dem Injektionszylinder gemäß dem Injektionshubsignal.
Die Erfindung besteht auch aus einem Verfahren zum Erzeugen eines Gußteils oder einer Umhüllung aus einem geschmolzenen Metall unter Verwendung eines Injektionszylinders mit einem Injektionskolben darin, wobei der Zylinder in einem Tank angeordnet ist, welcher geschmolzenes Metall enthält, einer Einrichtung zur Bewegung des Injektionskolbens in dem Injektionszylinder und einem Injektionskanal, der von dem Injektionszylinder zu einer Gußform führt, die außerhalb des Tanks ist, wobei der Kanal ein Ventil darin aufweist und wobei das Ventil eine Ventilanschlußöffnung an dem Tank aufweist, wobei das Verfahren gekennzeichnet ist durch die Schritte: Betätigen des Ventils zum Öffnen des Kanals von dem Injektionszylinder zu der Gußform und Schließen der Ventilanschlußöffnung zu dem Tank; Bestimmen einer relativen Stellung des Injektionskolbens in dem Injektionszylinder; Vergleichen der relativen Stellung des Injektionskolbens mit einem vorbestimmten Zeit/Weg-Profil für einen Injektionshub, um ein Injektionshubsignal zu erzeugen, das einen Zustand im wesentlichen ohne Druck in der Gußform während der Injektion des geschmolzenen Metalls darin kennzeichnet; Bewegen des Injektionskolbens in dem Injektionszylinder gemäß dem Injektionshubsignal; Betätigen, und zwar nach einer vorbestimmten Zeitverzögerung, des Ventils, um den Kanal von dem Zylinder zu der Gußform zu schließen und die Ventilanschlußöffnung zu dem Tank zu öffnen, und Bewegen des Injektionskolbens in dem Injektionszylinder, um den Zylinder mit geschmolzenem Metall aus dem Tank durch die Ventilanschlußöffnung zu füllen.
In den beiliegenden Zeichnungen, welche Ausführungsbeispiele der Erfindung veranschaulichen, zeigen:
Fig. 1 eine Schnittansicht durch einen Tank, welche einen Zylinder, eine Ventilanordnung und einen Kanal zu einer Gußform zeigt; und
Fig. 2 eine schematische Ansicht einer weiteren Geschwindigkeitssteueranordnung für den Injektionskolben.
Bezugnehmend nun auf Fig. 1 enthält ein Flüssigkeitstank 10 mit einer Isolierung 12, welche den Tank umgibt, ein geschmolzenes flüssiges Material, wie z.B. eine Metallegierung, die in dem Tank heiß gehalten wird, so daß sie stets im geschmolzenen Zustand ist. Heizer für den Tank sind darin nicht gezeigt, sind jedoch im allgemeinen außen an den Seiten und dem Boden des Tanks angeordnet.
Ein Zylinder und eine Ventilblockanordnung 14 ist innerhalb des Tanks 10 auf dem Boden sitzend gezeigt. Die Ventilblockanordnung 14 ist abnehmbar von dem Tank 10, so daß sie zur Erleichterung der Wartung entnommen werden kann. Die Ventilblockanordnung 14 ist in der Ecke des Tanks 10 angeordnet, so daß keine Metallegierung zwischen der Tankwand und dem Ventilkörper 14 vorhanden ist. Das vermeidet eine Verwerfung und Änderung, welche ansonsten infolge der thermischen Expansion während des Einschmelzens auftreten können. Innerhalb der Anordnung ist ein Injektionszylinder 16 mit einem Injektionskolben 18 darin, und unterhalb des Zylinders ist ein erster Kanal 20, der sich zu einem ersten Ventil 22 erstreckt. Das erste Ventil 22 weist eine Ventilkammer 24 mit einer sich verjüngenden oberen Schulter 26 und einer unteren Schulterbasis 28 auf. Über der sich verjüngenden oberen Schulter 26 und in der Mitte ist eine Ventilanschlußöffnung 30 vorhanden, welche sich zu dem Tank 10 öffnet. Die Ventilanschlußöffnung 30 ist auf einer Höhe unterhalb der Unterseite des Zylinders 16 angeordnet. Unterhalb der sich verjüngenden unteren Schulter 28 und in deren Mitte ist eine Öffnung zu einem zweiten Kanal 32 vorhanden. Das erste Ventil 22 weist ein zylindrisches Teil 34, welches sich in der Kammer 24 hin- und herbewegt, und einen oberen Ventilsitz 36 sowie einen unteren Ventilsitz 38 auf. Wenn das erste Ventil 22 in der ersten Stellung (offen) ist, dichtet der obere Ventilsitz 36 mit der sich verjüngenden oberen Schulter 26 in der Ventilkammer 24. Der erste Kanal 20 ist dann offen, um Schmelzflüssigkeit zu dem zweiten Kanal 32 zu befördern. Wenn das Ventil 22 in der zweiten Stellung (geschlossen) ist, dichtet der untere Ventilsitz 38 mit der sich verjüngenden unteren Schulter 28 in der Ventilkammer 24. Wenn es in dieser Stellung ist, ist die Ventilanschlußöffnung 30 von dem Tank zu dem Zylinder 16 offen, und der zweite Kanal 32 ist geschlossen.
Das zylindrische Teil 34 ist an einem ersten Ventilschaft 40 angebracht, welcher seinerseits mit einer Ventilbewegungseinrichtung bzw. einer Betätigungseinrichtung 42 verbunden ist. Die Betätigungseinrichtung ist als eine Magnetbetätigungseinrichtung gezeigt, es kann jedoch auch eine pneumatische oder hydraulische Betätigungseinrichtung vorgesehen sein.
Der zweite Kanal 32 erstreckt sich zu einem zweiten Ventil 46, welches eine zweite Ventilkammer 48 mit einer sich verjüngenden unteren Schulter 50 aufweist, welche in ihrer Mitte einen Ausgang zu einem Kanal 52 hat, der durch die Wand des Tanks 10 in einen Außenblock 54 und nach oben durch eine Düse 56 in eine Gußform 58 führt. Die Gußform oder die Gießform 58 ist vorzugsweise in zwei Hälften ausgebildet und ist von der Düse 56 zur Abtrennung entfernbar und ist entfernbar von dem Gußteil 60 aus der Gußform 58.
Das zweite Ventil 46 weist ein zylindrisches Teil 62 mit einem unteren Sitz 64 zum Abdichten des Ventils an der sich veijüngenden unteren Schulter 50 innerhalb der Ventilkammer 48 auf. Das zyiindrische Teil 62 ist an einem zweiten Ventilschaft 66 angebracht, der durch Dichtungen 68 in dem Oberteil der Blockanordnung 14 läuft und erstreckt sich dann 30 nach oben über das Niveau der Schmelzflüssigkeit in dem Tank zu einer Betätigungseinrichtung 70, welche vorzugsweise eine Magnetbetätigungseinrichtung oder irgendeine geeignete andere Betätigungseinrichtung wie z.B. eine pneumatische oder eine hydraulische Betätigungseinrichtung ist, welche es ermöglicht, daß das zweite Ventil 46 durch Absenken des zweiten Ventilschaftes 66 geschlossen wird, so daß der Ventilsitz 64 an dem zylindrischen Teil 62 in die sich verjüngende untere Schulter 50 innerhalb der Ventilkammer 48 dichtet, wodurch das zweite Ventil 46 geschlossen wird. Das zweite Ventil 46 wird durch Anheben des zweiten Ventilschaftes 66 geöffnet, wodurch es das zylindrische Teil 62 erlaubt, daß die Schmelzflüssigkeit von dem Kanal 32 zu dem Endkanal 52 fließt, welcher zu der Gußform 58 führt.
Der Injektionskolben 18 ist durch einen Schaft 74 getragen, der sich nach oben und nach unten bewegt, indem er durch einen Antriebszylinder 76 angetrieben ist. Bei einem Ausführungsbeispiel ist dies ein pneumatischer Zylinder, bei einem weiteren Ausführungsbeispiel kann ein hydraulischer Zylinder eingesetzt werden. Der Antriebszylinder 76 ist doppeltwirkend und weist neben sich eine Brücke 78 auf und ist durch diese mit einem Hydraulikzylinder 80 mit einem hydraulischen Ventil 82 mit einem Schrittmotor 84 verbunden, um das Hydraulikventil 82 zu öffnen und zu schließen und somit eine Geschwindigkeitssteuerung des Injektionskolbens 18 zu bewirken. Das schafft einen Injektionshub variabler Geschwindigkeit. Der Antriebszylinder 76 treibt einen Antriebskolben (nicht gezeigt) an, der durch den Kolbenschaft 74 mit dem Injektionskolben 18 verbunden ist, und die Geschwindigkeit des Injektionskolbens 18 wird durch den Schrittmotor 84 eingestellt. Ein Mikroprozessor 86 betreibt den Schrittmotor 84, wodurch die Geschwindigkeit des Injektionskolbens 18 in dem Injektionszylinder gesteuert wird. Der Mikroprozessor 86 betätigt auch die Magnetbetätigungseinrichtung 42 für das erste Ventil 22 und die Magnetbetätigungseinrichtung 70 für das zweite Ventil 46, um zu gewährleisten, daß die korrekte Abfolge von Schritten bei dem Gießprozeß erfolgt.
Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel erfolgt die Steuerung des Injektionskolbens 18 in dem Injektionszylinder 16 durch ein System, das in Fig. 2 offenbart ist. Die Steuerung des Injektionskolbens 18 kann zur Erzeugung eines Gußteiles oder einer Umhüllung aus einer Schmelz flüssigkeit verwendet werden. Das System ist nicht auf das in Fig. 1 gezeigte begrenzt, in welchem das erste Ventil 22 und das zweite Ventil 46 innerhalb des Tanks 10 enthalten sind, kann jedoch bei irgendeinem Injektionsverfahren verwendet werden, welches einen gesteuerten Fluß einer Schmelzflüssigkeit benötigt. Bei diesem System ist der Injektionskolben 18 an einem Kolbenschaft 74 angebracht, der seinerseits mit einem Antriebskolben (nicht gezeigt) innerhalb eines Antriebszylinders 76 verbunden ist. Der Antriebszylinder kann ein pneumatischer Zylinder oder ein hydraulischer Zylinder zum Zuführen von Druckluft oder Hydraulikfluid sein. Ein Servoventil 96 liefert eine genaue Überwachung von Druckluft oder Hydraulikfluid (welches bei Pfeil A eintritt) zu dem Oberteil oder Unterteil des Antriebszylinders 76. Diese präzise Steuerung durch das Servoventil 96 verhindert einen Druckaufbau in dem Injektionszylinder 16. Das gemäß Fig. 2 gezeigte Servoventil 96 ist pneumatisch betätigt. Druckluft wird als das Betätigungsfluid zugeführt. Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel wird das Servoventil 96 hydraulisch betätigt.
Eine Verschiebungsübertragungseinrichtung 98 bzw. ein Aufnehmer für die lineare Verschiebung weist eine Verbindung oder eine Brücke 100 auf, die mit dem Schaft 74 des Injektionskolbens 18 verbunden ist, um eine genaue Anzeige der Stellung des Injektionskolbens 18 innerhalb des Injektionszylinders 16 bereitzustellen. Bei einem Ausführungsbeispiel kann der Aufnehmer 98 innerhalb des Zylinders 76 integriert sein, wodurch die Stellung des Antriebskolbens innerhalb des Zylinders 76 kontinuierlich überwacht wird. Ein Signal von dem Aufnehmer 98 wird an eine Servoventil-Steuerungseinrichtung 102 geführt. Unter Verwendung von niedrigem Druck wird die Bewegung des Antriebskolbens in dem Antriebszylinder 76 durch das Servoventil 96 gesteuert. Der Mikroprozessor 86 weist in sich ein programmiertes vorbestimmtes Zeit/Weg-Profil für den Injektionshub des Injektionskolbens 18 auf, der sich nach unten in dem Injektionszylinder 16 bewegt. Dieses Profil wird auf der Basis des in der Gieß- oder Gußform 58 auszubildenden Gußteiles 60 bestimmt. Ein großes Gußteil benötigt einen längeren Hub. Ein Gußteil mit einem komplizierten Profil weist gegenüber einem einfachen Gußteil wahrscheinlich ein verschiedenes Zeit/Weg-Profil auf. Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel ist bevorzugt, daß der Hub langsam einsetzt, sich während der Hauptinjektionsperiode beschleunigt und dann gegen Ende des Hubes verlangsamt. Das Profil wird für die spezielle Anforderung des Gußteils bestimmt und in den Mikroprozessor programmiert.
Das vorbestimmte Zeit/Weg-Profil für den Injektionshub erzeugt ein Signal von dem Mikroprozessor 86 an die Servoventil-Steuerungseinrichtung 102, wo es mit der Stellung des Injektionskolbens 18 mittels des Aufnehmers 98 verglichen wird. Ein weiteres Signal wird von der Steuerungseinrichtung 102 dem Servoventil 96 bereitgestellt, welches seinerseits den Fluß an Fluid bestimmt, und zwar entweder Luft oder Hydraulikfluid, zu dem Oberteil des Antriebszylinders 76, wodurch der Antriebskolben sich nach unten mit einer vorbestimmten Geschwindigkeit bewegt, um zu gewährleisten, daß sich kein Druck in dem Injektionszylinder 16 aufbaut. Sobald der Injektionshub beendet ist, steuert der Mikroprozessor 86 die Zeitspanne, während der der Injektionskolben 18 an der Unterseite des Injektionszylinders 16 verbleibt, und liefert dann ein weiteres Signal über die Steuerungseinrichtung 102, so daß Luft oder Hydraulikfluid durch das Servoventil 96 an dem Unterteil des Antriebszylinders 76 bereitgestellt wird, um den Injektionskolben 18 in dem Injektionszylinder 16 anzuheben.
Beim Vorgang des Gießens wird der Injektionskolben 18 zu dem oberen Bereich seines Hubs angehoben, welcher; wie es in Fig. 1 gezeigt ist, unter den Ablaßbohrungen 88 angeordnet ist, deren Verwendung nachfolgend beschrieben wird. Das erste Ventil 22, welches als das Sicherheitsventil bezeichnet wird, ist zum Zeitpunkt des Füllens in der zweiten Stellung, welche den zweiten Kanal 32 abdichtet, es jedoch der Schmelzflüssigkeit erlaubt, in den Injektionszylinder 16 durch die Ventilanschlußöffnung 30 einzutreten. Das zweite Ventil 46, das als das Ablaßventil bezeichnet wird, ist geschlossen, d.h. das zylindrische Teil 62 ist in der unteren Stellung, wodurch der Kanal 52 geschlossen wird.
Zu Beginn des Zyklusses bewegt sich das erste Ventil 22 oder das Sicherheitsventil von der zweiten Stellung in die erste Stellung, wobei sich der erste Ventilschaft 40 nach oben bewegt, so daß die Ventilanschlußöffnung 30 geschlossen wird und der zweite Kanal 32 offen ist. Unmittelbar danach bewegt sich das zweite Ventil 46 in die obere Stellung, wodurch das Öffnen von dem Zylinder 16 zu der Düse 56 beendet wird. Nach einer kurzen Verzögerung, etwa einer halben Sekunde, wird der Injektionskolben 18 nach unten in dem Injektionszylinder 16 bewegt, so daß die Schmelzflüssigkeit durch die Kanäle 20, 32 und 52 in die Gußform 58 fließt. Die Bewegung nach unten wird so gesteuert, daß sich im wesentlichen kein Druck in der Schmelzflüssigkeit aufbaut, während die Gußform 58 gefüllt wird. Die Zeitspanne, um die Gußform 58 zu füllen, variiert von etwa 3 bis 30 Sekunden in Abhängigkeit von dem Volumen. Nachdem die Gießform voll ist, wird ein geringer Druck in der Schmelzflüssigkeit durch den Injektionskolben 18 aufgebaut, welcher in den Injektionszylinder 16 nach unten gedrückt wird. Die Drücke sind im allgemeinen im Bereich von etwa 200 bis 350 kPa (30 bis 50 psi). Höhere Drücke sind möglich, höhere Drücke können jedoch in gewissen Umständen zu porösen Gußteilen infolge des mit einer hohen Geschwindigkeit in die Gußform 58 eintretenden Flusses von Metall führen. Wenn die Gußform voll ist und ein kleiner Druck sich aufgebaut hat, wird es in Abhängigkeit von der Größe des Metallteiles im allgemeinen während einer Zeitspanne in der Größenordnung von etwa 1 bis 10 Sekunden in Abhängigkeit von der Größe des Metallteiles unter Druck gehalten.
Nachdem die Gußform 58 voll ist, schließt das zweite Ventil 46 oder das Ablaßventil, indem es sich so nach unten bewegt, daß das zylindrische Teil 62 gegen die sich verjüngende untere Schulter 50 abdichtet. Nachdem dies erfolgt ist, bewegt sich das erste Ventil 22 oder das Sicherheitsventil von der ersten Stellung in die zweite Stellung, wodurch der zweite Kanal 32 geschlossen und die Ventilanschlußöffnung 30 geöffnet wird. Nachdem dies beendet worden ist, bewegt sich der Injektionskolben 18 langsam nach oben, was den Injektionszylinder 16 mit Schmelzflüssigkeit füllt, welche in die Ventilanschlußöffnung 30 und den ersten Kanal 20 eintritt. Wenn der Injektionskolben 18 seine obere Position erreicht, wie es in Fig. 1 gezeigt ist, ist das System bereit, seinen nächsten Zyklus einzuleiten.
Die Flußrate von Schmelzflüssigkeit in die Gußform variiert im Bereich von etwa 0,01 bis 1 kg pro Sekunde in Abhängigkeit von der Größe des Kerns oder des zu gießenden Gegenstandes. Die Injektionszeit und die Zeitverzögerung zwischen der Betriebsabfolge des Ventils wird vollständig durch den Mikroprozessor 86 gesteuert. Der Mikroprozessor 86 kann für verschiedene Gegenstände programmiert sein, die in Abhängigkeit von ihrer Größe und Kompliziertheit bzw. Komplexität ihrer Form gegossen werden. Das Programm ist so aufgebaut, daß die Geschwindigkeit der Injektion und die Abfolge des Öffnens der Ventile für einen speziellen zu gießenden Gegenstand ausgelegt ist.
Der Tank 10 hat einen Ablaß 90 mit einem Stopfen oder einem Ventil darin. Des weiteren ist ein weiterer Ablaß 92 mit einem Stopfen darin an der untersten Position des Kanals 52 außerhalb des Tanks 10 vorgesehen. Falls es notwendig ist, das System zu entleeren, wird zu allererst der Injektionskolben 18 über die Ablaßbohrungen 88 angehoben, das erste Ventil 22 in der ersten (offenen) Stellung angeordnet und das zweite Ventil 46 geöffnet. Zum selben Zeitpunkt wird der Ablaß 90 von dem Tank 10 geöffnet und der Ablaß 92 von dem Kanal 52 geschlossen. Schmelzflüssigkeit läuft aus dem Tank durch die zwei Ablässe heraus. Da der Injektionskolben 18 über die Ablaßbohrungen 88 angehoben ist, wird es ermöglicht, daß Luft in den Injektionszylinder 16 eintritt, wodurch die Schmelzflüssigkeit durch die Kanäle 32 und 52 und heraus über den Ablaß 92 in den Kanal 52 ablaufen kann. Durch dieses Verfahren kann die gesamte Flüssigkeit im Tank und im Ventilsystem entleert werden.
Verschiedene Änderungen bezüglich der Ausführungsbeispiele, die hier nachfolgend gezeigt sind, können ausgeführt werden, ohne vom Schutzumfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen, der nur durch die nachfolgenden Ansprüche begrenzt ist.

Claims

1. Vorrichtung zum Herstellen einer Form oder Umhüllung aus einem geschmolzenen Metall, die umfaßt:

- einen Tank (10), der zur Aufnahme des geschmolzenen Metalls geeignet ist;

- einen Zylinder (16), der in dem Tank (10) angebracht ist und eine Verbindung zu einem Injektionskanal (20, 52) aufweist, der durch den Tank (1) zu einer Gußform (58) verläuft, die sich außerhalb des Tanks befindet;

- einen Kolben (18) in dem Zylinder (16);

- ein Ventil (22) in dem Kanal, das eine erste Stellung aufweist, in der der Kanal (20, 52) von dem Zylinder (16) zu der Gußform (58) geöffnet ist, und das eine zweite Stellung aufweist, in der der Kanal (20, 52) zu der Gußform (58) geschlossen ist und eine Ventilöffnung (30) zwischen dem Zylinder (16) und dem Tank (10) geöffnet ist;

- eine Ventilbewegeinrichtung (42), um das Ventil (22) von einer Stellung in die andere Stellung zu bewegen;

gekennzeichnet durch

- eine Verschiebungsübertragungseinrichtung (98), um ein Verschiebungssignal entsprechend der Position des Injektionskolbens (18) in dem Injektionszylinder (16) bereitzustellen;

- eine Vergleichseinrichtung, um das Verschiebungssignal mit einer vorgegebenen Zeit- Abstands-Kurve für den Injektionsvorschub vergleichen zu können, um ein Injektionsvorschubsignal zu erzeugen, das im wesentlichen keinen Druck in der Gußform während der Injektion des geschmolzenen Metalls darstellt, und

- eine Vorrichtung (76), um den Injektionskolben (18) in dem Injektionszylinder (16) in Übereinstimmung mit dem Injektionsvorschubsignal zu bewegen.

2. Vorrichtung zum Herstellen einer Form oder Umhüllung nach Anspruch 1, die einen von einem Fluid getriebenen zweifach wirkenden Antriebszylinder (76) mit einem Antriebskolben darin umfaßt, wobei der Antriebskolben mit einer Stange mit dem Injektionskolben verbunden ist.

3. Vorrichtung zum Herstellen einer Form oder Umhüllung nach Anspruch 2, wobei der Antriebszylinder (76) hydraulisch getrieben ist.

4. Vorrichtung zum Herstellen einer Form oder Umhüllung nach Anspruch 2, wobei der Antriebszylinder (76) pneumatisch getrieben ist.

5. Vorrichtung zum Herstellen einer Form oder Umhüllung nach einem der Ansprüche 1 - 4, die eine mechanische Verbindung (100) zwischen der Verschiebungsübertragungseinrichtung (98) und dem Injektionskolben (18) umfaßt.

6. Vorrichtung zum Herstellen einer Form oder Umhüllung nach Anspruch 2, die ein Servoventil (96) zur Kontrolle des Fluidstroms zu dem zweifach wirkendem Antriebszylinder (76) umfaßt.

7. Vorrichtung zum Herstellen einer Form oder Umhüllung nach Anspruch 6, die einen Servoventilkontroller (102) zur Kontrolle des Servoventils (98) umfaßt, wobei der Servoventilkontroller (102) ein Signal von der Verschiebungsübertragungseinrichtung (98) und von einem Mikroprozessor (86) erhält, der die vorgegebene Zeit-Abstands- Kurve als Programm enthält.

8. Vorrichtung zum Herstellen einer Form oder Umhüllung nach Anspruch 6 oder 7, wobei das Servoventil (98) pneumatisch angesteuert ist und der Antriebszylinder (76) pneumatisch angetrieben ist.

9. Vorrichtung zum Herstellen einer Form oder Umhüllung nach Anspruch 6 oder 7, wobei das Servoventil (98) pneumatisch angesteuert ist und der Antriebszylinder (76) hydraulisch angetrieben ist.

10. Vorrichtung zum Herstellen einer Form oder Umhüllung nach Anspruch 6 oder 7, wobei das Servoventil (98) hydraulisch angesteuert ist und der Antriebszylinder (76) hydraulisch angetrieben ist.

11. Verfahren zum Herstellen einer Form oder Umhüllung aus einem geschmolzenen Metall unter Verwendung eines Injektionszylinders (16), der einen Injektionskolben (18) umfaßt, wobei der Zylinder (16) in einem Tank (10) angeordnet ist, der geschmolzenes Metall enthält, einer Vorrichtung zum Bewegen des Injektionskolbens (18) in dem Injektionszylinder (16) und eines Injektionskanals (20, 52), der von dem Injektionszylinder (16) zu einer Gußform (58) außerhalb des Tanks (10) führt, wobei der Injektionskanal (20) ein Ventil (22) aufweist und das Ventil (22) eine Ventilöffnung (30) zu dem Tank (10) aufweist, wobei das Verfahren gekennzeichnet ist durch folgende Schritte:

- Betätigen des Ventils (22), um den Injektionskanal (20, 52) von dem Injektionszylinder (16) zu der Gußform (58) zu öffnen und die Ventilöffnung (30) zu dem Tank (10) zu schließen;

- Bestimmen der relativen Stellung des des Injektionskolbens (18) in dem Injektionszylinder (16);

- Vergleichen der relativen Stellung des des Injektionskolbens (18) mit einer vorgegebenen Zeit-Abstands-Kurve für einen Injektionsvorschub, um ein Injektionsvorschubsignal zu erzeugen, das im wesentlichen keinen Druck in der Gußform während der Injektion des geschmolzenen Metalls darstellt;

- Bewegen des Injektionskolbens (18) in dem Injektionszylinder (16) in Übereinstimmung mit dem ein Injektionsvorschubsignal;

- Betätigen des Ventils (22) nach einem vorgegebenen Zeitintervall, um den Kanal (20, 52) von dem Zylinder (16) zu der Gußform zu schließen und die Ventilöffnung (30) zu dem Tank (10) zu öffnen, und

- Bewegen des Injektionskolbens (18) in dem Injektionszylinder (16), um dem Zylinder (16) mit geschmolzenem Metall aus dem Tank (10) durch die Ventilöffnung (30) zu füllen.

12. Verfahren zum Herstellen einer Form oder Umhüllung nach Anspruch 11, das einen von einem Fluid getriebenen zweifach wirkenden Antriebszylinder (76) mit einem Antriebskolben darin umfaßt, wobei der Antriebskolben mit einer Stange mit dem Injektionskolben verbunden ist.

13. Verfahren zum Herstellen einer Form oder Umhüllung nach Anspruch 12, wobei der Antriebszylinder (76) hydraulisch getrieben ist.

14. Verfahren zum Herstellen einer Form oder Umhüllung nach Anspruch 12, wobei der Antriebszylinder (76) pneumatisch getrieben ist.

15. Verfahren zum Herstellen einer Form oder Umhüllung nach einem der Ansprüche 11 - 14, wobei die relative Stellung des des Injektionskolbens (18) bestimmt wird durch eine mit dem Injektionskolben (18) gekoppelte Verschiebungsübertragungseinrichtung (98).

16. Verfahren zum Herstellen einer Form oder Umhüllung nach Anspruch 12, das die Kontrolle des Fluidstroms zu dem von einem Fluid getriebenen zweifach wirkenden Antriebszylinder (76) mittels eines Servoventils (96) umfaßt.

17. Verfahren zum Herstellen einer Form oder Unhüllung nach Anspruch 16, ,das die Kontrolle des Servoventils (96) als Antwort auf ein Signal, das die relative Stellung des Injektionskolbens (18) angibt, und auf ein Signal, das die einer vorgegebene Zeit- Abstands-Kurve für den Injektionsvorschub darstellt, umfaßt.

18. Verfahren zum Herstellen einer Form oder Umhüllung nach Anspruch 16 oder 17, das die pneumatische Betätigung des Servoventils (96) und die pneumatische Betätigung des Antriebskolbens umfaßt.

19. Verfahren zum Herstellen einer Form oder Umhüllung nach Anspruch 16 oder 17, das die pneumatische Betätigung des Servoventils (96) und die hydraulische Betätigung des Antriebskolbens umfaßt.

20. Verfahren zum Herstellen einer Form oder Umhüllung nach Anspruch 16 oder 17, das die hydraulische Betätigung des Servoventils (96) und die hydraulische Betätigung des Antriebskolbens umfaßt.