DE69827834T2

DE69827834T2 - Verfahren und gerät zum ausbalancieren der füllung von spritzformen

Info

Publication number: DE69827834T2
Application number: DE69827834T
Authority: DE
Inventors: D. John BEAUMONT
Original assignee: Penn State Research Foundation
Current assignee: Penn State Research Foundation
Priority date: 1997-10-14
Filing date: 1998-10-14
Publication date: 2005-12-08
Anticipated expiration: 2018-10-15
Also published as: EP1023152B1; US6077470A; CA2306092A1; AU9695398A; EP1023152A4; WO1999019129A1; CA2306092C; EP1023152A1; DE69827834D1; ATE283160T1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Einströmen eines Stroms von laminar strömendem Material in eine Gussform, die zumindest eine Rinnenverzweigung aufweist, die zumindest in zwei Richtungen abzweigt.
Eine herkömmliche Spritzgussanlage zum Spritzgießen oder Spritzpressen von laminar strömendem, Polymer enthaltendem Material wird aus hochfesten Metallen gefertigt, üblicherweise aus Werkzeugstählen, die eine sehr hohe Quetschspannung aufweisen. Ein Gussformteil wird innerhalb eines Gussformnests gebildet. Das Gussformnest öffnet und schließt sich während jedes Gusszyklus entlang einer Trennungslinie, um das Gussformteil zu entfernen oder auszuwerfen. Das Material, aus dem das Gussformteil erzeugt wird, wird von einer Materialquelle über ein Rinnensystem an das Nest zugeführt. Häufig sind mehrere beabstandete Gussformnester in der Gussform definiert. Diese Gussformnester sind jeweils über eine Rinne mit der Materialquelle verbunden. Rinnen können Verzweigungen enthalten. Eine Verzweigung kann am Ende eines ersten Rinnenteilstücks auftreten und würde dann das erste Rinnenteilstück unter einem bestimmten Winkel kreuzen. Das abgewinkelt abzweigende zweite Rinnenteilstück kann sich von seiner Kreuzung mit dem ersten Rinnenteilstück in eine oder mehrere Richtungen erstrecken. Nicht-symmetrische Bedingungen entstehen in einer Rinne, in der ein Strom von laminar strömendem Material einströmt, wenn eine Rinnenverzweigung an der Kreuzung mit dem ersten Rinnenteilstück in zumindest zwei Richtungen abzweigt. Weitere Verzweigungen können am Ende einer beliebigen Zahl von sich fortlaufend verzweigenden Rinnenteilstücken ausgebildet sein.
Bei Gussformen mit mehreren Nestern ist es wichtig, dass jedes Nest der Gussform gleichzeitig und bei gleichem Druck und gleicher Temperatur mit dem Material beschickt wird. Jede Änderung dieser Bedingungen bewirkt Änderungen an den Teilen, die in diesen Nestern hergestellt werden. Zu derartigen Änderungen können die Größe, Gestalt oder das Gewicht des Erzeugnisses ebenso wie die mechanischen Eigenschaften und das optische Erscheinungsbild des Erzeugnisses gehören. Um ausbalancierte Bedingungen sicherzustellen, werden Länge und Durchmesser der Rinne, die jedes Nest in einer Gussform mit mehreren Nestern speist, vorzugsweise beibehalten. Schlussendlich führt dies üblicherweise zu Rinnen, die entweder in radialer Form, einer sich verzweigenden H-Form oder einer Kombination einer radialen Form mit einer sich verzweigenden H-Form ausgebildet sind. Bei der radialen Form bewegt sich die Schmelze von der Materialquelle radial nach außen und speist dabei direkt ein einzelnes Nest. Bei Varianten kann sich das Ende jedes Rinnenteilstücks verzweigen und zwei oder mehrere Nester speisen. Bei einer sich verzweigenden H-Form spaltet sich die Rinne fortwährend in zwei Richtungen am Ende eines gegebenen Teilstücks auf. In einigen Fällen kann eine radiale Form am Ende einer Rinne angeordnet werden, die sich H-förmig verzweigt.
Beim Gießen von Teilen, bei denen Gussformen mit mehreren Nestern verwendet werden, ist es wichtig, dass von jedem Nest in der Gussform mit mehreren Nestern im Wesentlichen identische Teile erzeugt werden. Dadurch ergibt sich eine gleichbleibende Qualität der Teile und eine größtmögliche Produktivität. Um eine derartige Gussform bereitzustellen, müssen die Abmessungen des Nestes bei jedem der verschiedenen Nester nahezu identisch sein und die Kühlung und Zufuhr des strömenden Materials zu jedem Nest sollte im Wesentlichen gleich sein. Daher ist es übliche Praxis, das Rinnensystem bei der Planung von Gussformen mit mehreren Nestern „natürlich auszubalancieren", um dazu beizutragen, die erforderliche Stetigkeit beim Befüllen der Gussformen bereitzustellen. Bei natürlich ausbalancierten Rinnen wird jedes Nest durch die gleiche Querschnittsfläche und Länge der Rinne gespeist. Das gleiche Konzept eines natürlich oder geometrisch ausbalancierten Rinnensystems kann auch bei mehrfach verzweigten Rinnen Anwendung finden, die an mehreren Orten ein einzelnes Teil speisen können.
Die meisten Spritzgieß- oder Spritzpress-Formen mit mehreren Nestern werden mit einem natürlich ausbalancierten oder geometrisch ausbalancierten Rinnensystem geplant, um Maßabweichungen des Materials, das während der Herstellung in die Nester einströmt, so gering als möglich zu halten.
Trotz der geometrischen Ausbalancierung wurde häufig beobachtet, dass das Befüllen der Gussformen, bei denen diese natürlich ausbalancierten Rinnenmodelle verwendet wurden, zu Ungleichgewichten führen.
Diese Strömungsungleichgewichte wurden in der Vergangenheit den Änderungen bezüglich Gussform-Temperatur und/oder Gussform-Abweichung zugeschrieben.
In dieser Hinsicht wird auf den Artikel von Beaumont und Young im Journal of Injection Molding Technology, September 1997, Band 1, Nr. 3 mit dem Titel „Mold Filling Imbalances in Geometrically Balanced Runner Systems" („Ungleichgewichte beim Befüllen von Gussformen bei geometrisch ausbalancierten Rinnensystemen") (S. 133–143) verwiesen.
Das Problem ist in den letzten Jahren verstärkt zu Tage getreten, da größere Ansprüche an die Toleranzen bei spritzgegossenen Kunststoffteilen gestellt werden und das Qualitätsbewusstsein gestiegen ist. Der Trend zur Nutzung von Rinnen mit geringerem Durchmesser, wovon man sich eine Verbesserung des Gussvorgangs erwartet hatte, hat das Problem noch verstärkt. Ebenfalls verwiesen wird auf den Artikel von Beaumont, Young und Jaworski mit dem Titel „Solving Mold Filling Imbalances in Multi-Cavity Molds" (Beseitigung von Ungleichgewichten beim Befüllen von Gussformen bei Gussformen mit mehreren Nestern), der im Journal of Injection Molding Technology, Juni 1998, Band 2, Nr. 2, S. 47–58, aufgefunden wurde.
Die in einer Gussform mit mehreren Nestern festgestellten Ungleichgewichte können beträchtlich sein, führen in Extremfällen zu Änderungen von Masse-Volumen-Strömungsgeschwindigkeiten zwischen den Nestern von bis zu 19-1. Das Ausmaß des Ungleichgewichts ist ebenso materialabhängig wie das Ansprechverhalten des Ungleichgewichts auf den Vorgang. Bei einer Reihe von unterschiedlichen Thermoplasten-Arten, einschließlich amorpher und halbkristalliner technischer und Standardkunststoffe hat sich gezeigt, dass signifikante Ungleichgewichte beim Befüllen von Gussformen bei verzweigten Rinnengussformen auftreten.
Strömungsumleiter wurden eingesetzt, um das Strömungsverhalten bei laminar strömendem Material zu verändern. Eine bekannte Vorrichtung dieser Art ist in US-Patent Nr. 5,683,731 von Deardurff et al. dargestellt. Diese Vorrichtung enthält einen zentralen Strömungskanal und eine Vielzahl von Umleitern. Die Vorrichtung ist in einem Schmelzestrom angeordnet. Schmelze aus einem Teil der inneren Laminate des Schmelzestroms wird in einen zentralen Strömungskanal gespeist und Schmelze aus einem Teil der äußeren Laminate des Schmelzestroms wird in eine Vielzahl von Umleitern gespeist, die an den zentralen Strömungskanal angrenzen. Die Schmelzen aus den beiden Strömungspfaden werden später derart wiedervereinigt, dass das Material aus jeder dieser Strömungsregionen gleichmäßig auf die Vielzahl von Strömungskanälen verteilt wird.
Bei Deardurff et al. werden jedoch die inneren und äußeren Laminate des Strömungskanals getrennt und wiedervereinigt. Dies resultiert in einer komplizierteren und teureren Vorrichtung als erforderlich. Überdies wäre Deardurffs Vorrichtung in einem Rinnensystem unzweckmäßig, in dem es bei jedem Zyklus zur Verfestigung und zum Auswurf bei dem Gussvorgang kommt, da die Vorrichtung in die Rinne hineingegossen und aus der Gussform ausgeworfen würde. Daher ist Deardurffs Vorrichtung auf Heißkanäle bzw. Rinnen ohne Verfestigung beschränkt, also Anwendungen, bei denen sich der Kunststoff in der Rinne nicht verfestigt und nicht aus der Gussform ausgeworfen wird.
Außerdem ist Deardurffs Vorrichtung relativ komplex und macht es erforderlich, die relativen Größen und Formen des zentralen Strömungskanals und des Umleiters zu berücksichtigen. Die Größen und Formen dieser Kanäle schreiben vor a) wie viel der äußeren Laminate bezüglich des zentralen Strömungskanals repositioniert werden, b) wohin sie repositioniert werden und c) ihre Verteilung untereinander. Ebenso kann jede material- oder verfahrenstechnische Änderung die Verteilung der Schmelze auf die zentralen oder Umleitkanäle verändern. Außerdem erfüllt Deardurffs Vorrichtung ihren Zweck, indem ein Teil der äußeren Laminate selektiv umgeleitet wird und sie auf eine Vielzahl von Kanälen verteilt werden. Nachteil dieser Konstruktion ist es, dass sie die Schmelze nur selektiv quer zu dem Strömungskanal in zwei unterschiedliche innere und äußere Regionen neu anordnen kann. Dadurch wird der Vorteil dieser Vorrichtung eingeschränkt, da die Änderung quer zu einem Schmelzkanal kontinuierlich ist und durch die Tatsache erschwert wird, dass die Änderung in den Materialbedingungen quer zu dem Strömungskanal im Normalfall nicht-linear ist. Eine kontinuierliche Umverteilung der Schmelze bei einer Vorrichtung, die die Laminate selektiv in zwei unterschiedliche Regionen, d. h. die innere und äußere Region, trennt, ist nicht möglich.
Weitere bekannte Umleiter sind gleichermaßen nachteilig.
Außerdem bewirkt die Aufteilung des Strömungskanals in eine Vielzahl von Strömungskanälen, d. h. den zentralen Kanal und die verschiedenen Umleitkanäle, einen möglicherweise signifikanten Druckverlust – ein Druckabfall entspricht ungefähr einer Funktion der 4. Potenz des Radius eines runden Strömungskanals – auf Grund der resultierenden kleineren Kanäle. Die Alternative besteht in einer signifikanten Erhöhung des Querschnitts aller Strömungskanäle, um den hohen Druckverlust infolge der kleineren Kanäle abzumildern, wodurch die Auslegung einer solchen Gussform beträchtlich erschwert wird.
Die EP-A-0,293,756 offenbart ein Verfahren zum Verarbeiten von geschmolzenen Kunststoffen zur Ausbildung von Kunststoffgusserzeugnissen. Geschmolzenes Kunststoffmaterial wird von einer Quelle mit geschmolzenen Kunststoffen an eine Düse übertragen, um eine Gussform zur Ausbildung von gegossenen Kunststofferzeugnissen entlang eines Transferpfades zu beliefern, der das geschmolzene Kunststoffmaterial entlang des Transferpfades einer Scherwärme unterwirft, wodurch ein Scherwärmeverlauf entsteht. Der Schwerwärmeverlauf bei geschmolzenen Kunststoffmaterialien wird im Wesentlichen dadurch ausgeglichen, dass das Material wenigstens einmal auf dem Transferpfad durchmischt wird.
Der Wärmeverlauf bei geschmolzenen Kunststoffmaterialien wird durch Mischen des Materials ausgeglichen, während es sich in der Quelle befindet. Die US-A-4,761,343 beschreibt einen beheizten Überbrückungsverteiler für ein Spritzgussformsystem mit mehreren Nestern, bei dem sich ein Heißkanal-Durchlass zur Aufnahme von unter Druck stehender Schmelze aus einer Formmaschine verzweigt, um die Schmelze an eine Vielzahl von Anschnitten zu befördern. Unterschiedliche Wechselbeziehungen sind zwischen den Komponenten des Verteilersystems offenbart. Beide Druckschriften zum Stand der Technik offenbaren Verfahren, die die vorstehend geschilderten Nachteile aufweisen.
Daher ist es erwünscht, ein neues und verbessertes Verfahren und eine Vorrichtung zum Steuern des Einströmens in Rinnen zu entwickeln, die die vorgenannten und sonstige Mängel beseitigen, während sich das Ergebnis insgesamt verbessert und vorteilhafter gestaltet.
Erfindungsgemäß wird ein Verfahren bereitgestellt zum Steuern nicht-symmetrischer Bedingungen von konzentrischen Laminaten, die in einer Richtung quer zum Strömungspfad eines Stroms eines laminar strömenden Materials in einer Gussform auftreten, umfassend Einströmen eines Stroms von laminar strömendem Material in eine Rinne eines Gussformkörpers, um mindestens ein Gussformnest zu füllen, wobei die Rinne mindestens eine Verzweigung aufweist, die in zwei Richtungen abzweigt, wobei das Material nicht-symmetrische Bedingungen in einer Richtung quer zu seinem Pfad flussabwärts einer Verzweigung in der Rinne hat; gekennzeichnet durch Repositionieren der nicht-symmetrischen Bedingungen des strömenden Materials zu einer gewünschten Position in einer Umfangsrichtung um das Zentrum des Pfads der Rinne herum, wobei vom Zentrum bis zum Umfang der Rinne die Kontinuität zwischen Laminaten gewährleistet ist.
Ebenfalls wird erfindungsgemäß bereitgestellt eine Gussform, die einen Gussformkörper aufweist, wobei der Gussformkörper mindestens ein Gussformnest und mindestens eine Rinne umfasst, die sich in zwei Richtungen verzweigt, wobei die mindestens eine Rinne eine Mittelachse und einen Umfang aufweist, wobei die mindestens eine Rinne mindestens ein erstes Rinnenteilstück und ein zweites Rinnenteilstück aufweist; und das erste Rinnenteilstück das zweite Rinnenteilstück kreuzt; wobei der Gussformkörper angepasst ist, einen Strom eines laminar strömenden Materials, das in der mindestens einen Rinne strömt, zu veranlassen, das mindestens eine Gussformnest zu füllen, wobei die mindestens eine Rinne nicht-symmetrische Bedingungen in einer Richtung quer zu ihrem Strömungspfad stromabwärts der Kreuzung des ersten Rinnenteilstücks mit dem zweiten Rinnenteilstück hat; und dadurch gekennzeichnet, dass ein Laminatrepositionierer vorgesehen ist, der in mindestens einem Teilstück der Rinne angeordnet ist, in dem die nicht-symmetrischen Bedingungen quer zum Strom des laminar strömenden Materials auftreten, wobei der Laminatrepositionierer eingerichtet ist, die nicht-symmetrischen Bedingungen des strömenden Materials in einer Umfangsrichtung um das Zentrum des Pfads der Rinne hin zu einer gewünschten Umfangsposition zu repositionieren, wobei vom Zentrum bis zum Umfang der Rinne die Kontinuität zwischen Laminaten gewährleistet ist.
Wie bereits erwähnt, sind die meisten Spritzguss- oder Spritzpress-Gussformen mit mehreren Nestern mit einem natürlich oder geometrisch ausbalancierten Rinnensystem ausgelegt, um Änderungen des Materials beim Einströmen in die Nester bei der Produktion gering zu halten.
Trotz der geometrischen Ausbalancierung wurde häufig festgestellt, dass das Befüllen der Gussformen unter Verwendung dieser natürlich ausbalancierten Rinnenkonstruktionen zu Ungleichgewichten führt. In den meisten Fällen werden solche Ungleichgewichte erst erkannt, wenn die Gussform mehr als vier Nester aufweist. Tatsächlich hängt das Ungleichgewicht jedoch von der Anzahl der Verzweigungen in der Rinne ab und kann sogar ein Teil betreffen, das in einem einzelnen Nest mit mehreren Anschnitten gegossen wird, je nach Ausgestaltung des Rinnensystems. Man hat festgestellt, dass die Teile, die in einigen Nestern gegossen wurden, in der Regel in jenen auf den inneren Verzweigungen, die der Materialquelle am nächsten liegen, im Allgemeinen größer und schwerer sind als die Teile, die in anderen Nestern ausgebildet wurden.
In der Vergangenheit wurden diese Strömungsungleichgewichte auf Veränderungen in der Temperatur der Gussform und/oder Abweichungen der Gussform zurückgeführt. Mittlerweile hat man erkannt, dass ein strömungsinduziertes Ungleichgewicht beim Befüllen der Nester besteht, die bei vielen der am häufigsten verwendeten und akzeptierten „natürlich ausbalancierten" Rinnenausgestaltungen vorhanden ist, beispielsweise bei geometrisch ausbalancierten „H"-förmigen und modifiziert „H"-förmigen Rinnen, insbesondere solchen mit acht oder mehr Nestern. Das Strömungsungleichgewicht kann durch eine nicht-symmetrische Scherverteilung innerhalb eines laminar strömenden Materials beim Durchströmen eines Rinnensystems hervorgerufen werden. Auch können Strömungsungleichgewichte in einem Rinnensystem entstehen, wenn ein laminar strömendes Material eine nicht-symmetrische Temperaturverteilung aufweist, die entweder durch lokale Scherung oder Temperaturunterschiede zwischen dem strömenden Material und der Rinnenwand hervorgerufen werden. Diese beiden nicht-symmetrischen Bedingungen können zu Veränderungen in der Viskosität des strömenden Materials führen und in einigen Fällen zu Veränderungen seiner Struktur. In den meisten Fällen führt dies bei der Herstellung herkömmlicher Gussformen aus thermoplastischen und wärmehärtenden Materialien zu einem stärker gescherten, wärmeren Material mit geringerer Viskosität am Innenumfang des Rinnenkanals, das ein relativ geringer Scherung unterworfenes, kälteres Material mit höherer Viskosität im Zentrum des Rinnenkanals umgibt. Da es sich um laminares Strömen handelt, verbleibt beim Auftreten einer Verzweigung in der Rinne das einer stärkeren Scherung unterworfene Material am Umfang relativ gesehen in seiner äußeren Position, während das Material innen gespalten wird und nun auf der gegenüberliegenden Seite des Strömungskanals von dem einer stärkeren Scherung unterworfenen wärmeren Material positioniert wird. Diese Änderung von Seite zu Seite erzeugt eine Änderung zwischen aufsteigenden von Seite zu Seite verzweigenden Rinnen, bzw. Gussformnest(ern), bei dem das stärkeren Scherungen unterworfene wärmere Material auf eine Seite strömt und das einer geringeren Scherung unterworfene kältere Material auf die andere Seite strömt.
Während sich die vorliegende Beschreibung überwiegend auf thermoplastische Materialien erstreckt, darf nicht außer Acht gelassen werden, dass nicht-ausbalancierte Verhältnisse bei jeder Gussform mit einer verzweigten Rinne auftreten können, die sich wenigstens in zwei Richtungen verzweigt, in die eine Vielzahl von Fluiden oder Fluidarten strömen können. Derartige Ungleichgewichte treten bei sämtlichen Fluiden auf, die aufweisen a) laminares Strömen und b) Viskosität, die durch die Schergeschwindigkeit (wie z. B. bei einem nicht-Newton'schen Fluid) bzw. durch die Temperatur beeinflusst wird und c) Merkmale, bei denen Veränderungen der Scherung oder Strömungsgeschwindigkeit quer zu einem Strömungskanal Veränderungen in den Materialeigenschaften hervorrufen. Beide Eigenschaften sind typisch für Thermoplasten, Duroplasten und viele der heutigen Gussformmaterialien aus Pulvermetallen und Pulverkeramiken. Polymerträger werden häufig mit Pulvermetallen und Pulverkeramiken eingesetzt. Das Polymer verleiht derartigen Materialien aus Pulvermetallen oder Pulverkeramiken die gleichen Eigenschaften wie sie Kunststoffmaterialien bezüglich Viskositätswirkungen und laminarem Strömen aufweisen.
Bei den herkömmlichen Verfahren zum Ausbalancieren des Strömens in Gussformen mit mehreren Nestern durch Beschränken der Hoch-Strömungs-Kanalverzweigungen oder -anschnitte kann man nicht erwarten, dass sowohl der Druck als auch die Temperatur in dem strömenden Material ausbalanciert sind. Selbst wenn ein ausgeglichener Druck erzielt werden kann, bleibt doch eine Veränderung der Schmelze-Temperatur zwischen den verschiedenen Nestern bestehen. Außerdem reagiert der so erzielte Ausgleich sehr empfindlich auf Material- und Verfahrensänderungen.
Dass die Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung in der Lage sind, die Position der asymmetrischen Materialbedingungen zu steuern, lässt sich nicht nur zum Ausbalancieren des Einströmens in Rinnenverzweigungen nutzen, sondern auch zum Steuern der asymmetrischen Materialbedingungen, die in ein ein Teil bildendes Gussformnest einströmen. Zahlreiche Eigenschaften des Gussformteils lassen sich über Zustände der Schmelze, aus der sie gebildet werden, beeinflussen. Dazu gehören unter anderem das Schrumpf- und Verzugsverhalten des Gussformteils, seine mechanischen Eigenschaften und sein Erscheinungsbild. Davon ausgehend, dass sich ein Teil in Folge von Temperaturveränderungen verziehen kann, könnte die asymmetrische Temperatur des durch eine Rinne oder einen Anschnitt quer zum in das Nest eintretenden laminar strömenden Material positioniert werden, um dieses Verziehen zu steuern. Bei thermoplastischen Materialien, die sich im Allgemeinen nach der warmen Seite einer Gussform hin verziehen, könnte das asymmetrisch laminar strömende Material so positioniert werden, dass die wärmere Schmelze, die in das Nest eintritt, entlang der kälteren Gussformhälfte platziert wird. Dadurch könnten die Temperaturveränderungen der Gussform potenziell ausgeglichen werden. Ein ähnliches Prinzip ließe sich anwenden, um Wirkungen der Formteilgeometrie auf das Verziehen oder eine sonst notwendig werdende Steuerung der Verteilung anderer Materialeigenschaften zu begegnen, die durch die Scher- und Temperaturveränderungen beeinträchtigt sein könnten.
Wie bereits erwähnt, wurden Strömungsumleiter zur Veränderung der Strömungsschemata in laminar strömendem Material eingesetzt. Keiner der bekannten Umlenker ist jedoch in der Lage, die Laminate in einer Schmelze in Umfangsrichtung zu repositionieren, wobei die Kontinuität zwischen den Laminaten in radialer Richtung gewährleistet ist.
Zahlreiche bevorzugte und optionale Merkmale der vorliegenden Erfindung sind in den nachstehend aufgeführten abhängigen Ansprüchen dargelegt. Dargelegt wird nun eine Reihe dieser bevorzugten und optionalen Merkmale, die in Verbindung mit den unterschiedlichen Aspekten der Erfindung eingesetzt werden können. Besonders bevorzugt ist, dass die nachstehenden Erläuterungen als bevorzugte und optionale Merkmale der Erfindung dargelegt sind und die Lehre der Erfindung, wie sie in den begleitenden Ansprüchen definiert ist, nicht einschränken.
Wie in der vorliegenden Erfindung dargelegt ist, werden ein neues Verfahren und eine neue Gussformanordnung bereitgestellt, um das Befüllen einer Gussform zu steuern. Das Befüllen der Gussform wird in einer Gussform gesteuert, die mindestens eine Rinne aufweist, die sich in zwei Richtungen verzweigt, indem sie die Position der nicht-symmetrischen Bedingungen der konzentrischen Laminate steuert, die quer zum Strömungspfad eines Stroms des laminar strömenden Materials auftreten.
Insbesondere kann ein Gusskörper des erfindungsgemäßen Verfahrens und der erfindungsgemäßen Gussform mit mindestens einem Gussformnest und einer Rinne versehen sein, die mindestens eine Verzweigung aufweist, die sich in zwei Richtungen verzweigt. Die Rinne umfasst mindestens ein erstes Rinnenteilstück, das ein zweites Rinnenteilstück kreuzt. Bei einigen Anwendungsfällen dieser Erfindung verzweigt sich ein weiterer Abschnitt der Rinne in zwei Richtungen und das zweite Rinnenteilstück verzweigt sich in einer Richtung, während sich bei anderen Ausführungen die zweite Rinne in zwei Richtungen verzweigt.
Im Verlaufe eines Gusszyklus strömt ein Strom eines laminar strömenden Materials in die Rinne ein. Das laminar strömende Material hat nicht-symmetrische Bedingungen, die in einer Richtung quer zu seinem Strömungspfad stromabwärts einer Verzweigung in der Rinne auftreten, in der das erste Rinnenteilstück sich mit dem zweiten Rinnenteilstück kreuzt. Erfindungsgemäß werden diese nicht-symmetrischen Bedingungen zu einer gewünschten Position in Umfangsrichtung um das Zentrum des Pfads der Rinne repositioniert, während vom Zentrum bis zum Umfang der Rinne die Kontinuität zwischen den Laminaten gewährleistet ist.
Insbesondere werden nach einem Aspekt dieser Erfindung die nicht-symmetrischen Bedingungen des laminar strömenden Materials durch einen Laminatrepositionierer repositioniert, der sich in wenigstens einem Abschnitt der Rinne befindet. Der Laminatrepositionierer weist eine Struktur auf, die sowohl den auftretenden Repositionierungsbetrag als auch die auftretende Repositionierungsrichtung in Umfangsrichtung der nicht-symmetrischen Bedingungen bestimmt.
Nach einem weiteren Aspekt dieser Erfindung kreuzt das erste Rinnenteilstück das zweite Rinnenteilstück unter einem Winkel, und der Laminatrepositionierer schließt die Kreuzung zwischen diesen Rinnenteilstücken ein. Das zweite Rinnenteilstück kann sich an dieser Kreuzung in eine Richtung verzweigen oder es kann sich in zwei Richtungen über Erweiterungen in einer ersten Richtung und in einer zweiten Richtung von der Kreuzung mit dem ersten Rinnenteilstück verzweigen. Das erste Rinnenteilstück kann das zweite Rinnenteilstück unter einem Winkel von 90° oder unter jedem anderen Winkel kreuzen, der die erwünschte Repositionierung der nicht-symmetrischen Bedingungen bewirkt. Wenn verzweigende Erweiterungen des zweiten Rinnenteilstücks nicht miteinander gefluchtet sind, kreuzt das erste Rinnenteilstück jede davon unter einem von 90° abweichenden Winkel. Dieser Winkel wird auch gewählt, um den Repositionierungsbetrag der nicht-symmetrischen Bedingungen des laminar strömenden Materials zu beeinflussen.
Bei vielen Anwendungen dieser Erfindung schließt die Rinne ein drittes Rinnenteilstück ein, das von einem Ende des in der ersten Richtung gelegenen zweiten Rinnenteilstücks gekreuzt wird. Die Rinne schließt ebenfalls ein viertes Rinnenteilstück ein, das von einem Ende der in der zweiten Richtung gelegenen Rinne gekreuzt wird. Der Laminatrepositionierer repositioniert die nicht-symmetrischen Bedingungen des laminar strömenden Materials zu einer Position in einer Umfangsrichtung um das Zentrum des Pfades der zweiten Rinne, die im Wesentlichen symmetrisch von Seite zu Seite bezüglich des dritten Rinnenteilstücks und des vierten Rinnenteilstücks ist. Folglich wird das übliche Ungleichgewicht des Stroms durch das dritte Rinnenteilstück und das vierte Rinnenteilstück beträchtlich ausgeglichen.
Bei weiteren Anwendungen dieser Erfindung erfolgt die Repositionierung der nicht-symmetrischen Bedingungen zu einer Position in einer Umfangsrichtung um das Zentrum des Pfades des zweiten Rinnenteilstücks, wodurch bewirkt wird, dass die nicht-symmetrischen Bedingungen in gewünschter Weise innerhalb des Gussformnestes verteilt werden. Bei bestimmten Anwendungsfällen dieser Erfindung ist es vorteilhaft, die nicht-symmetrischen Bedingungen des laminar strömenden Materials um 90° zu repositionieren. Bei weiteren Anwendungsfällen dieser Erfindung ist es vorteilhaft, die nicht-symmetrischen Bedingungen unter einem beliebigen anderen Winkel zu repositionieren, um die gewünschte Füllung einer oder mehrerer Gussformnester zu erhalten.
Bei einer Ausführungsform dieser Erfindung verwendet der Laminatrepositionierer zumindest einen Rinnenabschnitt, der einen spiralförmigen Umfang mit einer nicht runden Querschnittsfläche aufweist, der fortschreitend entlang jedes Rinnenabschnitts repositioniert ist, um die nicht-symmetrischen Bedingungen des laminar strömenden Materials zu repositionieren. Bei einer weiteren Ausführungsform dieser Erfindung schließt der Laminatrepositionierer in der Rinne ein Teilerglied mit spiralförmiger Form ein, das den Querschnitt der Rinne im Wesentlichen entlang einer radialen Richtung in zwei Teile aufteilt. Bei jeder Ausführungsform ist der Repositionierungsbetrag der nicht-symmetrischen Bedingungen ein Winkel von weniger als 180°.
Diese Erfindung kann bei vielen Gussformarten eingesetzt werden. Bestimmte Ausführungsformen dieser Erfindung sind besonders brauchbar bei jenen Gussformen, bei denen sich das laminar strömende Material bei jedem Gusszyklus in der Rinne verfestigt und danach vor Beendigung des Gusszyklus aus der Rinne entfernt wird. Eine solche Ausführungsform dieser Erfindung lässt sich bei einer solchen Gussform anwenden, die ein Paar Gussformplatten und eine Trennungslinie zwischen diesen Platten aufweist, die während eines normalen Gusszyklus öffnet und schließt. Der Laminatrepositionierer schließt ein erstes Rinnenteilstück der Rinne und ein zweites Rinnenteilstück der Rinne ein, die entlang der Trennungslinie angeordnet sind, wobei das erste Rinnenteilstück das zweite Rinnenteilstück unter einem Winkel kreuzt. Die Kreuzung erfolgt in einem Bereich am Umfang des zweiten Rinnenteilstücks, in dem die Mittelachse des zweiten Rinnenteilstücks und die Mittelachse des kreuzenden ersten Rinnenteilstücks sich auf unterschiedlichen Höhenlagen zueinander befinden. Das laminar strömende Material strömt im Kreuzungsbereich in eine Richtung zwischen den verschiedenen Höhenlagen dieser Mittelachsen, wobei es sich weder um die Strömungsrichtung in dem ersten Rinnenteilstück noch um die des zweiten Rinnenteilstücks handelt.
Bei dieser Ausführungsform der Erfindung kann der Betrag des Höhenlagenwechsels zwischen dem ersten Rinnenteilstück und dem zweiten Rinnenteilstück gewählt werden, um den auftretenden Repositionierungsbetrag der nicht-symmetrischen Bedingungen zu beeinflussen. Alternativ kann der Winkel der Strömungsrichtung des laminar strömenden Materials, das zwischen der Mittelachse des ersten und des zweiten Rinnenteilstücks strömt, gewählt werden, um den Repositionierungsbetrag der nicht-symmetrischen Bedingungen zu beeinflussen. Eine weitere Alternative besteht darin, den Schnittwinkel des ersten Rinnenteilstücks mit dem zweiten Rinnenteilstück zu wählen, um den Repositionierungsbetrag der nicht-symmetrischen Bedingungen zu beeinflussen. Der Aufbau dieses Laminatrepositionierers kann verschiedene Formen haben, von denen einige nachstehend gezeigt und beschrieben sind.
Der Fachmann erkennt, dass diese Erfindung auch Ausführungsformen aufweisen kann, die sich von den gezeigten unterscheiden, und dass die verfahrens- und formtechnischen Einzelheiten in vielerlei Hinsicht geändert werden können, ohne von der Lehre der Erfindung abzuweichen. Demzufolge sind die Zeichnung und die Beschreibung als beispielhaft anzusehen und nicht auf die Lehre der Erfindung zu beschränken.
Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden nun beispielhaft mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben. Dabei zeigt:
1 eine schematische Darstellung einer Bauart einer Spritzgussform mit mehreren Nestern, die eine H-Form sich verzweigender Rinnen einschließt;
2 eine schematische Darstellung einer weiteren Bauart einer Spritzgussform mit mehreren Nestern, die eine H-Form sich verzweigender Rinnen einschließt;
3 eine Querschnittsansicht benachbarter Teile zweier Rinnenteilstücke, die sich entlang einer Gussform-Trennungslinie unter einem Winkel zueinander befinden, die ein Mittel zum Repositionieren eines Stroms laminar strömenden Materials einer ersten bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
4 eine Querschnittsansicht benachbarter Teile zweier Rinnenteilstücke, die sich entlang einer Gussform-Trennungslinie unter einem Winkel zueinander befinden, gemäß einer zweiten bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
5 eine Querschnittsansicht benachbarter Teile zweier Rinnenteilstücke, die sich entlang einer Gussform-Trennungslinie unter einem Winkel zueinander befinden, gemäß einer dritten bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
6 eine Querschnittsansicht benachbarter Teile zweier Rinnenteilstücke, die sich entlang einer Gussform-Trennungslinie unter einem Winkel zueinander befinden, gemäß einer vierten bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
7 eine Querschnittsansicht benachbarter Teile zweier Rinnenteilstücke, die sich entlang einer Gussform-Trennungslinie unter einem Winkel zueinander befinden, gemäß einer fünften bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
8 eine Querschnittsansicht benachbarter Teile zweier Rinnenteilstücke, die sich entlang einer Gussform-Trennungslinie unter einem Winkel zueinander befinden, gemäß einer sechsten bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
9 eine Querschnittsansicht benachbarter Teile zweier Rinnenteilstücke, die sich entlang einer Gussform-Trennungslinie unter einem Winkel zueinander befinden, gemäß einer siebten bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
10 eine Draufsicht auf ein sich verzweigendes Rinnensystem, bei der ein von 90° abweichender Winkel zwischen einem ersten Rinnenteilstück und einem nach links und rechts sich verzweigenden zweiten Rinnenteilstück zugrunde liegt;
11 eine perspektivische Ansicht eines eine Nesthälfte kreuzenden Rinnenanschlussverteilers einer Gussform gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
12 eine perspektivische Ansicht eines eine Kernhälfte kreuzenden Rinnenanschlussverteilers einer Gussform, die mit der in 11 dargestellten Nesthälfte zusammenwirkt;
13 eine Draufsicht auf ein Paar benachbarter Rinnen und einen Körper, der an der Winkeländerung der kreuzenden Rinnen gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung positioniert ist;
14 eine Querschnittsansicht der Ausführungsform der 13;
15 eine perspektivische Ansicht eines spiralförmigen Rinnenteilerglieds gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
16 eine Vorderfrontansicht des spiralförmigen Rinnenteilerglieds von 15, der in einem Rinnenkanal platziert ist, in dem es nicht zur Verfestigung kommt;
17 eine perspektivische Ansicht eines Anteils einer Vorrichtung, die den laminaren Strom spiralförmig in Umfangsrichtung dreht, gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
18 eine Draufsicht auf das Rinnenteilstück von 17, das als Strömungskanal dargestellt ist;
19 eine Vorderfrontansicht des Rinnenteilstücks von 17, das als Strömungskanal dargestellt ist;
20 eine schematische Darstellung eines Typs einer Gussform mit einem Nest, das mehrere Anschnitte hat, die erwartete Veränderungen in den Zuständen der Schmelze zeigt, wenn die vorliegende Erfindung nicht zum Tragen kommt, bei der ein Mittel zum Repositionieren des nicht-symmetrisch laminar strömenden Materials gemäß der vorliegenden Erfindung eingesetzt werden kann;
21 eine schematische Darstellung einer Gussform mit zwei Nestern, die nicht-symmetrisch sind, die erwartete Veränderungen der Zustände der Schmelze zeigt, wenn die vorliegende Erfindung nicht zum Tragen kommt, bei der ein Mittel zum Repositionieren des nicht-symmetrisch laminar strömenden Materials gemäß der vorliegenden Erfindung eingesetzt werden kann; und
22 eine schematische Draufsicht eines Paars spiralförmiger Rinnenteilerglieder von 15, die gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in einem zweiten Rinnenteilstück positioniert sind.
Während sich Ausführungsformen dieser Erfindung im Allgemeinen auf ein Mittel zum Verbessern der Balance zwischen Rinnenverzweigungen in einer Gussform mit mehreren Nestern durch Neuanordnung der nicht-symmetrischen Bedingungen in einem laminar strömenden Material in der Rinne einer Gussform beziehen, um Symmetrie in einer stromabwärts befindlichen Verzweigung bereitzustellen, können die Mittel zur Neuanordnung einer Schmelze ebenfalls eingesetzt werden, um die nicht-symmetrischen Bedingungen zu steuern, die durch verzweigende Rinnen in ein Formgussnest eingetragen werden und dadurch schlussendlich die Eigenschaften der Fertigteile steuern. Die Rinnen können beheizt oder unbeheizt sein.
Dort, wo beim Formgießen Nester in einer Gussform über eine herkömmliche geometrisch ausbalancierte, sich H-förmig oder modifiziert H-förmig verzweigende Rinne beschickt werden, erfolgt eine Trennung des einer hohen Scherung und einer geringen Scherung unterliegenden laminar strömenden Materials. Dies wurde vorstehend beschrieben. Derlei Veränderungen können jedoch bei Rinnen auftreten, die eine von der H-Form abweichende Form aufweisen, beispielsweise eine radiale Form oder Kombinationen aus radialer und H-Form.
Dass das einer hohen Scherung unterworfene warme Material, das sich normalerweise in der Nähe der äußeren Laminate im Strömungskanal befindet, in Nester gelangt, die durch die äußeren verzweigenden Rinnen gespeist werden, welche sich dem Einspritzpunkt am nächsten befinden, ist nicht immer der Fall. Der endgültige Bestimmungsort im Vergleich zum Einspritzpunkt ist abhängig vom der Auslegung der Rinne. 1 zeigt eine Auslegung einer Rinne, bei der das im Normalfall hoher Scherung unterworfene wärmere laminar strömende Material in die äußeren Nester gelangt, und das im Normalfall einer geringen Scherung unterworfenen kältere Material in die inneren Nester gelangt. Genauer gesagt bewegt sich in 1 das laminar strömende Material anfänglich in einer Gussform 10 entlang eines ersten Rinnenteilstücks 12. Am Ende des ersten Rinnenteilstücks vollzieht das Material eine Wendung um 90° und spaltet sich in entgegengesetzte Richtungen auf, wenn es in ein zweites Rinnenteilstück 14 strömt. Am ersten Ende des zweiten Rinnenteilstücks 14 strömt das laminar strömende Material in eine erste tertiäre Rinne 16 ein, die ein erstes Gussformnest 18 und ein zweites Gussformnest 20 speist. Am zweiten Ende des zweiten Rinnenteilstücks strömt das laminar strömende Material in eine zweite tertiäre Rinne 22 ein, die ein drittes Nest 24 und ein viertes Nest 26 speist. Die in 1 gezeigte Auslegung ist derart, dass erwartet wird, dass das einer hohen Scherung unterworfene wärmere laminar strömende Material in Nester 18 und 26 gelangt, die weiter von der Einspritzstelle entfernt sind als die Nester 20 und 24, da es sich um den Pfad mit der hohen Scherung handelt, der am Umfang des ersten Rinnenteilstücks 12 entstanden ist.
Ein weiterer Typ einer herkömmlichen Auslegung einer Rinne ist in 2 gezeigt. Diese Rinnenauslegung 30 umfasst ein erstes Rinnenteilstück 32, das ein zweites Rinnenteilstück 34 speist. Ein Ende des zweiten Rinnenteilstücks speist eine erste tertiäre Rinne 36, die wiederum ein Paar Rinnen 38 und 40 vierter Ordnung speist. Die Rinne vierter Ordnung 38 speist erste und zweite Gussformnester 42 und 44. Die zweite Rinne vierter Ordnung 40 speist dritte und vierte Gussformnester 46 und 48. Am anderen Ende des zweiten Rinnenteilstücks 34 speist sie eine zweite tertiäre Rinne 50, die wiederum ein weiteres Paar von Rinnen vierter Ordnung 52 und 54 speist. Eine dritte Rinne vierter Ordnung 52 speist das fünfte und sechste Gussformnest 56 und 58. Eine Rinne vierter Ordnung 54 speist das siebte und achte Gussformnest 60 und 62.
In jedem dieser Fälle ist es Bestreben des Konstrukteurs, die Rinnenlängen und Durchmesser, über die jedes Nest gespeist wird, im Wesentlichen gleich zu halten. Die Rinnendurchmesser können sich ihrer Länge nach verändern, jedoch müssen die Änderungen in jeder Verzweigung, die die Nester speist, gleich sein. Das Rinnensystem ist durch diese Konstruktion geometrisch ausbalanciert.
Während des laminaren Strömens unterliegt das laminar strömende Material in der Nähe der stationären Rinnenwände einer zunehmenden Scherung verglichen mit dem Anteil des laminar strömenden Materials, das sich im Mittelstrom des Rinnenkanals bewegt. Im Verlauf des Gussformvorgangs mit thermoplastischer Einspritzung entsteht Reibungshitze exakt im Inneren einer dünnen erstarrten Schicht, die sich bildet, wenn der Kunststoff mit den kalten Rinnenflächen in Berührung kommt. Bei wärmehärtendem Material kommt es nicht nur zum Auftreten von Reibungshitze, sondern die Gussform ist im Allgemeinen wärmer als das in die Gussform eingeführte Material. Dies führt tendenziell zu einer Verstärkung der Wärmeveränderung, die in diesen äußeren einer hohen Reibung unterworfenen Laminaten und den innersten Laminaten oder Anteilen des laminar strömenden Materials hervorgerufen wird.
Ergebnis dieser Reibungshitze ist eine Schicht mit relativ hoher Temperatur, die nahe am äußersten Umfang des Rinnenkanals erzeugt wird. Wenn die Schmelze an das Ende einer Rinnenverzweigung gelangt, wird sie in zwei Richtungen aufgespaltet. Infolge der Beschaffenheit der laminaren Strömung behält das einer hohen Scherung unterworfene wärmere Material, das sich entlang der äußeren Laminate bewegt, seine Lage im Wesentlichen entlang des äußeren Bereichs des Strömungskanals bei. Dies hat zur Folge, dass das höherer Scherung unterliegende wärmere Material aus einem ersten Rinnenteilstück entlang des Innenrandes des sich in zwei Richtungen verzweigenden zweiten Rinnenteilstücks strömt. Bei nach rechts verlaufender Verzweigung des zweiten Rinnenteilstücks strömt das hoher Scherung unterworfene wärmere äußere Laminat auf der rechten Seite des ersten Rinnenkanalteilstücks an der Wand auf der rechten Seite der neuen Verzweigung entlang. Das kältere geringer Scherung unterworfene Laminat im Zentrum bewegt sich zur gegenüberliegenden linken Seite der neuen nach rechts gerichteten Rinnenverzweigung. Das Gegenteil tritt ein in der linken Verzweigung dieses zweiten Rinnenteilstücks, wo das hoher Scherung unterworfene wärmere äußere Laminat der linken Seite des ersten Rinnenteilstücks an der Wand auf der linken Seite der neuen Verzweigung entlang strömt. Das geringer Scherung unterworfene kältere Laminat im Zentrum strömt zur gegenüberliegenden rechten Flanke des neuen nach links gerichteten Rinnenkanals. Dies hat zur Folge, dass eine Hälfte der beiden abzweigenden zweiten Rinnenteilstücke wärmer sein kann als die andere Hälfte.
Wenn nun am Ende dieses nach links und rechts verzweigenden Rinnenteilstücks die Schmelze in das Nest eintritt, wird das hoher Scherung unterliegende Material in das Nest fortgesetzt und weiter entlang einer Seite verlaufen, und das niedriger Scherung unterliegende Material in das Nest entlang einer anderen Seite verlaufen. Diese Veränderung der Materialbedingungen von Seite zu Seite kann zu unerwünschten Eigenschaften der Fertigteile führen.
Am Ende dieses zweiten nach links und rechts verzweigenden Rinnenteilstücks folgt nach einer erneuten Teilung der Rinne, wie in 1 und 2 gezeigt, das hoher Scherung unterliegende wärmere Material der Verzweigung auf seiner Seite, und das geringer Scherung unterliegende kältere Material folgt der Verzweigung auf seiner Seite. Dies hat zur Folge, dass das Material, das jede dieser weiteren Rinnenverzweigungen weiter durchläuft, eine unterschiedliche Temperatur und einen unterschiedlichen Scherverlauf aufweisen wird. Dieses Material kann dann direkt in ein oder mehrere Nester eintreten oder kann weiterhin wie in 2 aufgeteilt werden. Jedes Mal, wenn der Strom an einer neuen Rinnenverzweigung aufgespaltet wird, folgt das hoher Scherung unterworfene wärmere Material dem Innenrand der neuen Rinnenverzweigung. Dies hat zur Folge, dass das laminar strömende Material, das sich den im Zentrum gelegenen Nestern nähert und in diese eintritt, welches durch die hoher Scherung unterliegenden wärmere äußeren Laminate des ersten Rinnenteilstücks der Gussform dieser Art von Rinnensystem gespeist wird, eine heißere Schmelzetemperatur aufweist als die Temperatur des Materials, das in die ganz außen befindlichen Nester eintritt, welche durch die geringer Scherung unterworfenen kälteren inneren Laminate des ersten Rinnensystems gespeist werden. Bezug nehmend nun auf 2 wären die Gussformnester, die das relativ geringer Scherung unterworfene kältere Material aufnehmen würden, die Gussformnester 42, 44, 46, 56, 58 und 60. Die Gussformnester, die das relativ hoher Scherung unterworfene wärmere Material aufnehmen würden, wären die Gussformnester 48 und 62. Diese Gussformnester befinden sich auf dem Pfad der hoher Scherung unterworfenen Schmelze, die in dem ersten Rinnenteilstück 32 entsteht. Derartige Temperaturveränderungen führen zu Veränderungen bei den Fertigteilen, was unter anderem in der Größe, dem Gewicht und den mechanischen Eigenschaften zum Ausdruck kommen kann. Da sich die Änderungen bezüglich der Materialbedingungen nahezu kontinuierlich quer zum Rinnenpfad erstrecken können, kann davon ausgegangen werden, dass bei jeder Rinnenverzweigung die Zustände der Schmelze, die jede der Verzweigungen speist, andere sein werden. Daher ist davon auszugehen, dass es auch zwischen Nestern 42, 44 und 46 und zwischen Nestern 56, 58 und 60 zu einer Veränderung kommt. Die Gussform wird vier verschiedene Sätze von Fertigteilen haben. Die vier mit gleichem Material gegossenen Sätze werden 48 und 82, 46 und 60, 44 und 58, 42 und 56 sein.
Unter den vorstehend beschriebenen Bedingungen versteht es sich, dass die Reibungshitze über jedes Herunterkühlen der Schmelze durch die Wände der Gussform obsiegt. Bei Materialien, wie dem Gros der spritzgussfähigen Kunststoffmaterialien, wird die resultierende Temperaturveränderung durch die Strukturviskosität verstärkt, die in diesen äußeren hoher Reibung unterliegenden Bereichen infolge der nicht-Newton'schen Eigenschaften von Kunststoffmaterialien vorkommt. Solche nicht-Newton'schen Eigenschaften haben auch Auswirkungen auf die Viskosität der Schmelze quer zum Kanal. Vielfach könnten dort, wo die Reibungshitze nicht der beherrschende Faktor ist, beispielsweise bei großem Rinnendurchmesser und geringen Strömungsgeschwindigkeiten, gegenteilige Verhältnisse auftreten, wobei die äußeren Laminate kälter sind als die inneren Laminate. In jedem Fall besteht die Wahrscheinlichkeit, dass sich die Temperaturen der Schmelze, die Viskosität bzw. die Strömungsverhältnisse quer zum Rinnenkanal verändern. Alle diese Veränderungen pflanzen sich in das Nest einer Teile bildenden Gussform, oder in die vorstehend beschriebenen stromabwärts liegenden Rinnenverzweigungen fort, die schlussendlich das Nest einer Teile bildenden Gussform speisen.
Um eine einheitliche Schmelze in jedem Nest bereitzustellen, das durch sich verzweigende Rinnen, wie es in den 1 und 2 dargestellt ist, gespeist wird, kann das laminar strömende Material in Umfangsrichtung repositioniert werden, wobei die Kontinuität zwischen den Laminaten in radialer Richtung gewährleistet wird. Die Rotation aller Laminate ohne Separierung ist die beste Garantie, dass sich das Repositionieren in Umfangsrichtung auf alle kontinuierlichen Veränderungen, die über den Querschnitt einer Rinne bestehen, auswirkt. Die bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sehen eine Repositionierung aller fluiden Laminate in einer Rinne in Umfangsrichtung vor, die senkrecht zur Strömungsrichtung verläuft. Eine derartige Repositionierung erfolgt relativ zum ungefähren Zentrum bis hin zum Umfang eines Stroms laminar strömenden Materials, ohne dass eine physikalische Separierung oder Repositionierung der relativen Positionen der Laminate erforderlich wird, d. h. die Laminate aus dem zentralen Bereich bewegen sich nicht zum äußeren Bereich des Strömungskanal-Querschnitts und umgekehrt, noch erfordern begrenzte ausgewählte Bereiche der äußeren oder inneren Laminate eine spezielle Repositionierung mittels eigens ausbalancierter Kanäle. Stattdessen werden in bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung in strategischer Weise die Orte aller Laminate quer zum Strömungskanal repositioniert, derart, dass bei ihrer Aufteilung in einer stromabwärts liegenden Verzweigung in der Rinne die Zustände der Schmelze zwischen den beiden Verzweigungen besser ausbalanciert sind. Bei einer solchen Repositionierung verändern sich Viskosität und Wärme nicht von der linken Seite zur rechten Seite eines Rinnenkanals, sondern vielmehr vom oberen Ende zum unteren Ende des Rinnenkanals. Wenn die in einer Rinne repositionierte Schmelze nun eine weitere sich nach links und rechts verzweigende Rinne speist, erfährt jedes der sich nach rechts und links verzweigenden Rinnenteilstücke nahezu gleiche Veränderungen der Schmelze von oben bis nach unten. Der Repositionierungsbetrag kann in Abhängigkeit von der erforderlichen Positionierung der Laminat-Ströme variieren, um das Ziel einer Ausbalancierung der Zustände der Schmelze in einem sich verzweigenden Rinnensystem zu erreichen oder um die Schmelze-Laminate strategisch innerhalb eines Teile bildenden Gussformnestes zu platzieren.
Mehrere Ausführungsformen eines Mittels zum Repositionieren des Stroms laminar strömenden Materials gemäß bevorzugter Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachstehend offenbart.
Wenn ein laminar strömendes Material, das einen Rinnenkanal durchströmt, die Richtung ändert, behält das Material im Wesentlichen seine relative Position quer zu seinem Strömungspfad bei, d. h. die Positionierung der Schmelze-Laminate in Umfangsrichtung bleibt im Wesentlichen im Hinblick auf eine beiden Rinnenteilstücke gemeinsamen Ebene dieselbe. Änderungen in der relativen Position in Umfangsrichtung von Strömungs-Laminaten zwischen einem ersten und einem zweiten Rinnenteilstück werden durch eine Reihe von Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung erreicht, indem das Material hintereinander auftretende Richtungsänderungen durchströmen muss, wobei drei Strömungsrichtungen kombiniert werden, bei denen nicht mehr als zwei der drei Strömungsrichtungen in einer gemeinsamen Ebene beschrieben werden können, d. h. der Winkel zwischen einer ersten und einer zweiten Strömungsrichtung liegt auf einer anderen Ebene als der Winkel zwischen der ersten und der dritten Strömungsrichtung. Obwohl entlang einer gegebenen Richtungsänderung die Positionierung in Umfangsrichtung dieselbe bleibt, bewirken dadurch die zusammengesetzten Winkel entlang unterschiedlicher Ebenen, dass das strömende Material, das in den ersten Richtungswechsel eintritt, bezüglich des Materials, das den zweiten Richtungswechsel verlässt, in Umfangsrichtung repositioniert wird. Bezug nehmend nun auf 3 sind dort eine Gussform, die mit einer Rinne verwendet wird, in der es zur Verfestigung kommt, einschließlich einer ersten Gussformhälfte 70 und einer zweiten Gussformhälfte 72 dargestellt. In der ersten Gussformhälfte ist ein erstes Rinnenteilstück 74 definiert. In einer zweiten Gussformhälfte definiert ist ein zweites Rinnenteilstück 76, dessen Umfang von einem Ende des ersten Rinnenteilstücks 74 geschnitten wird, das sich auf einer anderen Höhenlage befindet und sich unter einem Winkel erstreckt, der ungefähr senkrecht dazu verläuft. Bei dieser Ausführungsform bewegt sich das laminar strömende Material entlang des ersten Rinnenteilstücks 74. An der Stelle, an der das erste Rinnenteilstück sich üblicherweise innerhalb derselben Gussformhälfte 70 in ein zweites Rinnenteilstück verzweigen würde, schließt der erste Rinnenkanal ab. Zumindest ein Anteil des verzweigenden oder zweiten Rinnenteilstücks ist auf einer anderen Höhenlage in der zweiten Gussformhälfte 72 an ihrer Kreuzung mit dem ersten Rinnenteilstück definiert und kann das Ende der ersten Rinne entweder ganz oder teilweise überlappen. Die Schmelze ist in der Rinne repositioniert, indem der Schmelzestrom in eine zur Längsachse der Primär- und Sekundärrinne annähernd normale Richtung umgeleitet wird.
Am Ende des ersten Rinnenteilstückkanals 74 wird die Schmelze nach oben in eine Richtung umgeleitet, die in etwa normal oder senkrecht zu der Gussform-Trennungslinie liegt. Nachdem die Schmelze eine kurze Entfernung in dieser senkrechten Richtung zurückgelegt hat, tritt sie in die Sekundärrinne 76 ein. Das zweite Rinnenteilstück 76 erstreckt sich in eine etwa senkrecht zu dem ersten Rinnenteilstück verlaufende Richtung. Die Strömungsgeometrie von 3 führt dazu, dass sich das wärmere äußere Laminat nahe am Boden der Sekundärrinne 76 befindet und das kältere innere Laminat nahe der Oberseite der Sekundärrinne befindet.
Durch Bewegen der Schmelze vor dem Eintritt in die kreuzende Verzweigungsrinne in eine etwa normale oder senkrechte Richtung zur Ebene der Gussform-Trennungslinie wälzt sich die Schmelze, die in die Sekundärrinne eintritt, in der Tat um ungefähr 90° in Bezug auf ihre frühere Position in der Primärrinne.
3 lässt sich auch so beschreiben, dass – da das Ende des ersten Rinnenteilstücks in einer Höhenlage abschließt, die von der des kreuzenden Anteils des zweiten Rinnenteilstücks abweicht – das laminar strömende Material gezwungenermaßen in eine Richtung zwischen den unterschiedlichen Höhenlagen der Strömungsmittelachsen des ersten Rinnenteilstücks 74 und des zweiten Rinnenteilstücks 76 an der Kreuzung des zweiten Rinnenteilstücks 76 strömt. Das zweite Rinnenteilstück, das sich unter einem Winkel zu dem ersten Rinnenteilstück befindet, erstreckt sich entlang einer Trennungslinie der Gussform und kann sich ab der Kreuzung in eine Richtung oder in zwei Richtungen erstrecken. Durch die Höhenlagenunterschiede der beiden sich kreuzenden Rinnenteilstücke wird das laminar strömende Material dazu gebracht, entlang der Richtung des Höhenlagenwechsels zwischen 74 und 76 zu strömen, also einer Richtung, die weder dem kreuzenden Rinnenteilstück 74 noch dem kreuzenden Rinnenteilstück 76 gemeinsam ist und eine dritte Strömungsrichtung und eine zweite Richtungsänderung erzeugt. Die resultierenden zusammengesetzten Richtungsänderungen vereinen drei Strömungsrichtungen, von denen nicht mehr als zwei der drei Strömungsrichtungen in einer gemeinsamen Ebene beschrieben werden können. Da das Material, das in die Richtung des Höhenlagenwechsels zwischen 74 und 76 strömt, den Winkel am Anfang des zweiten Rinnenteilstücks 76 verändert, erfolgt die Positionierung des hoher Scherung unterworfenen Materials, das sich entlang der Seiten des Rinnenteilsstücks 74 bewegt hätte, im Wesentlichen entlang des Bodens des verzweigenden Rinnenteilstücks 76, wenn es in zwei Richtungen weiterströmt, oder an der Oberseite und am Boden des sich verzweigenden Rinnenteilstücks 76, wenn es in eine Richtung weiterströmt. Material, das an der Oberseite oder am Boden des Rinnenteilstücks 74 entlang strömt, wird im Wesentlichen entlang der Seiten des Rinnenteilstücks 76 positioniert, unabhängig davon, ob es sich in eine Richtung oder zwei Richtungen verzweigt. Das Ergebnis ist, dass das Material, das das Rinnenteilstück 76 von der Kreuzung aus weiter durchströmt, in Umfangsrichtung bezüglich seiner ursprünglichen Position im ersten Rinnenteilstück 74 repositioniert wird.
Eine Strömungsrichtung zwischen den Strömungsmittelachsen der Rinnenteilstücke 74 und 76, wodurch die Schmelze veranlasst wird, sich in etwa 90° bezüglich der Strömungsrichtungen von sowohl 74 als auch 76 zu bewegen, die ebenfalls in einem Winkel von 90° zueinander liegen, führt zu einer Repositionierung von etwa 90° in Umfangsrichtung des laminar strömenden Materials in dem zweiten Rinnenteilstück 76 bezüglich seiner früheren Position in dem ersten Rinnenteilstück 74. In manchen Fällen kann es jedoch erwünscht sein, die Schmelze um einen anderen Betrag in Umfangsrichtung zu repositionieren. Dazu würden solche Fälle gehören, bei denen eine Rinne einer Gussform mehr als zwei Verzweigungen einschließt oder wo ein herkömmlicher Einguss Verwendung findet, über den eine Primärrinne einer Gussform gespeist wird. Dies ließe sich auf unterschiedliche Weise bewerkstelligen. Mit Bezug nun auf 4 könnte die Kreuzung der Kanäle am Ende des ersten Rinnenteilstücks 80 in einer ersten Gussformhälfte 82 unter einem anderen Winkel angelegt sein als senkrecht zu der Ebene der Trennungslinie der Gussform, wodurch die Schmelze, die durch diese Abzweigung strömt, veranlasst wird, unter einem von ungefähr 90° abweichenden Winkel zu den Strömungsrichtungen des ersten Rinnenteilstücks zu strömen. Zu diesem Zweck zeigt 4 eine Stirnwand 84 mit einem spitzen Winkel an Stelle einer im Wesentlichen senkrechten Wand, die den Kanal abschließt. Zumindest ein Anteil des zweiten Rinnenteilstücks 86 ist in einer zweiten Gussformhälfte 88 positioniert, wo sich seine Strömungsmittelachse auf einer anderen Höhenlage befindet als – und wo es auf seinem Umfang gekreuzt wird durch – das erste Rinnenteilstück 80 und zumindest einen Anteil der Stirnwand 84.
Alternativ und nun mit Bezug auf 5 ist ein erstes Rinnenteilstück 90 in einer ersten Gussformhälfte 92 dargestellt und zumindest ein Anteil eines zweiten Rinnenteilstücks 92 ist so dargestellt, dass er in einer zweiten Gussformhälfte 96 auf einer anderen Höhenlage liegt als – und auf seinem Umfang gekreuzt wird von – das/dem erste/n Rinnenteilstück. 5 zeigt eine Ausführungsform, bei der zumindest ein Anteil eines zweiten Rinnenteilstücks das erste Rinnenteilstück teilweise überlappt. Durch diese teilweise Überlappung wird das strömende Material dazu gebracht, in eine von 90° abweichende Richtung zu strömen, wenn es zwischen den unterschiedlichen Höhenlagen des ersten und des zweiten Rinnenteilstücks strömt.
Nun mit Bezug auf 6 wird ein erstes Rinnenteilstück 100 als in der ersten Gussformhälfte befindlich dargestellt wie zumindest ein Anteil des zweiten Rinnenteilstücks 104. Um die erforderliche zusätzliche Strömungsrichtung an der abgewinkelten Kreuzung zwischen dem ersten und dem zweiten Rinnenteilstück zu schaffen, bringt ein Strömungsumleiter 106 in Verbindung mit der ersten Rinnenteilstück-Erweiterung 102 des Rinnenteilstücks 100 das in Rinnenteilstück 100 strömende Material dazu, auf einer anderen Höhenlage positioniert zu werden, bevor es das zweite Rinnenteilstück 104 auf seinem Umfang kreuzt. Durch dieses Mittel wird die Schaffung derselben zusätzlichen in 3 beschriebenen Strömungsrichtung an der Kreuzung des ersten mit dem zweiten Rinnenteilstück bereitgestellt, die einen Winkel zueinander bilden.
Die 6 zeigt, dass wie bei 3 eine Repositionierung um ca. 90° in Umfangsrichtung des laminar strömenden Materials erfolgt, da der Strömungsumleiter 106 die Positionierung der Schmelze in der ersten Rinnenteilstück-Erweiterung 102, die vollständig über der Höhe bzw. dem Durchmesser des zweiten Rinnenteilstücks 104 liegt, bewirkt. Dadurch bewegt sich die Schmelze um ca. 90° bezüglich der Strömungsrichtung sowohl der ersten Rinnenteilstück-Erweiterung 102 als auch des zweiten Rinnenteilstücks 104, während sich die beiden resultierenden Richtungsänderungen nicht auf einer gleichen Ebene beschreiben lassen. Als Ergebnis wird das laminar strömende Material in dem zweiten Rinnenteilstück in einer Umfangsrichtung um ca. 90° zu seiner Ausgangsposition in der ersten Rinnenteilstück-Erweiterung repositioniert. So lange wie die erste Rinnenteilstück-Erweiterung und das erste Rinnenteilstück entlang einer gleichen Trennungslinie definiert sind und in die gleiche Axialrichtung strömen, bleiben für beide die Laminate-Positionen in der Umfangsrichtung dieselbe, wenn sie die Höhenlage ändern.
Die erste Rinnenteilstück-Erweiterung dient dem alleinigen Zweck, die Mittelachse des ersten Rinnenteilstücks auf eine zu dem kreuzenden zweiten Rinnenteilstück unterschiedliche Ebene zu heben. Daher gilt sie als Anteil des ersten Rinnenteilstücks.
Mit Bezug nun auf 7 ist eine Ausführungsform offenbart, bei der eine Repositionierung der Schmelze in einer Umfangsrichtung von weniger als 90° erfolgt. Bei dieser Ausführungsform steht ein erstes Rinnenteilstück 110 mit einer ersten Rinnenteilstück-Erweiterung 112 in Verbindung, die wiederum mit einem zweiten Rinnenteilstück 114 in Verbindung steht, das sich in einer unterschiedlichen Höhenlage als die erste Rinnen-Erweiterung 112 befindet. Bei dieser Ausführungsform bewirkt jedoch ein Umleiter 116, der im Material der Gussformhälfte zwischen dem ersten Rinnenteilstück 110 und dem zweiten Rinnenteilstück 114 definiert ist, keine Erhöhung des Materials in der ersten Rinnenteilstück-Erweiterung 112 in eine Position, die vollkommen über der Höhe bzw. dem Querschnitt des zweiten Rinnenteilstücks 114 liegt. Diese Konstruktion führt zu laminar strömendem Material, das unter einem Winkel von weniger als 90° strömt, wenn es von der ersten Rinnenteilstück-Erweiterung 112 in das zweite Rinnenteilstück strömt. Dadurch wird erreicht, dass das laminar strömende Material in Umfangsrichtung in dem zweiten Rinnenteilstück unter einem Winkel von weniger als 90° bezogen auf seine Ausgangsposition in dem Erweiterungskanal des ersten Rinnenteilstücks repositioniert wird. Dadurch steuert die Höhe des Umleiters den Winkel der Strömungsrichtung von Material zwischen den beiden Höhenlagen.
Mit Bezug nun auf 8 ist eine Ausführungsform der Erfindung dargestellt, bei der ein erstes Rinnenteilstück 120 in einer unteren Hälfte 122 der Gussform definiert ist und eine erste Rinnenteilstück-Erweiterung 124 in einer oberen Hälfte 125 der Gussform definiert ist. Zumindest ein Anteil des zweiten Rinnenteilstücks 126 ist in einer unteren Gussformhälfte 122 dort definiert, wo sie an ihrem Umfang von der ersten Rinnenteilstück-Erweiterung und in einer sich von der ersten Rinnen-Erweiterung unterscheidenden Höhenlage gekreuzt wird. 6 und 3 sind sich sehr ähnlich, mit der Ausnahme, dass die Querschnittsfläche der Rinne in 6 trapezförmig ist mit scharfkantigen Übergängen, während in 8 das Untere der Rinne ausgerundet ist. Dies wirkt sich jedoch kaum auf die Funktion der Erfindung aus. Der gezeigte Umleiter 128 bewirkt, dass das laminar strömende Material in der ersten Rinnenteilstück-Erweiterung 124 in einer Höhe positioniert wird, die vollkommen über der Querschnittshöhe des zweiten Rinnenteilstücks 126 liegt. Das von 124 nach 126 strömende Material wird sich daher um ca. 90° zur Strömungsrichtung sowohl der ersten Rinnenteilstück-Erweiterung als auch des zweiten Rinnenteilstücks bewegen, was zu einer Repositionierung in Umfangsrichtung in dem zweiten Rinnenteilstück des Stroms laminar strömenden Materials von ca. 90° bezüglich seiner vorherigen Position in der ersten Rinnenteilstück-Erweiterung führt. Durch die Reduktion der Höhe des Umleiters 128 wird der Strömungswinkel von Material zwischen den beiden Höhenlagen der kreuzenden Rinnen reduziert, was die relative Position in Umfangsrichtung des strömenden Materials in dem zweiten Rinnenteilstück bezüglich seiner Ausgangsposition in dem ersten Rinnenteilstück reduziert.
Mit Bezug nun auf 9 ist dort eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt. Bei dieser Ausführungsform ist ein erstes Rinnenteilstück 130 teilweise in einer unteren Gussformhälfte 132 und teilweise in einer oberen Gussformhälfte 134 definiert. Eine erste Rinnenteilstück-Erweiterung 135 ist lediglich in der oberen Gussformhälfte 134 definiert. Zumindest ein Anteil eines zweiten Rinnenteilstücks 136 ist lediglich in der unteren Gussformhälfte 132 dort definiert, wo es auf seinem Umfang von der ersten Rinnenteilstück-Erweiterung und auf einer unterschiedlichen Höhenlage zu der ersten Rinnenteilstück-Erweiterung gekreuzt wird. Ein Umleiter 138 ist positioniert, um zu bewirken, dass das laminar strömende Material in der ersten Rinnenteilstück-Erweiterung 135 positioniert wird. Da ein Anteil des ersten Rinnenteilstücks 130 sich bereits in der oberen Gussformhälfte befindet, muss der Umlenker 138 in 9 nicht so groß sein wie der Umlenker 128 in 8, um das laminar strömende Material in einer Höhenlage zu positionieren, das über der vollen Höhe des Querschnitts des zweiten Rinnenteilstücks liegt. Trotz der reduzierten Höhe des Umleiters in 9 wird dennoch eine Rotation um ca. 90° erzielt, da die Strömungsrichtung von der ersten Rinnenteilstück-Erweiterung 135 zur abgewinkelten zweiten Rinnenteilstück-Erweiterung 136 ca. 90° zur Strömungsrichtung sowohl der ersten Rinnenteilstück-Erweiterung 124 als auch des zweiten Rinnenteilstücks 136 beträgt.
Durch fortschreitendes Reduzieren der Höhe der Umleiter in 6–9 wird der Strömungsrichtungswinkel zwischen den beiden Höhenlagen der sich kreuzenden Rinnen vermindert. Dieser reduzierte Winkel reduziert die relative Repositionierung in Umfangsrichtung des laminar strömenden Materials in dem zweiten Rinnenteilstück bezüglich seiner vorherigen Position in dem ersten Rinnenteilstück. Das gleiche Prinzip kann auf die Ausgestaltung der 3–5 übertragen werden, wo die Reduzierung der Differenz der Höhenlagen zwischen den sich kreuzenden Rinnen die Strömungsrichtung des Materials zwischen den beiden Höhenlagen ändert, wodurch die relative Rotation des strömenden Materials gesteuert wird. Außerdem wird durch die Umkehrung der Position der sich überlappenden Rinnenteilstücke entlang der Trennungslinie an ihrer Kreuzung die Richtung der Repositionierung in Umfangsrichtung des laminar fließenden Materials in sämtlichen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung, wie in den 3–9 beschrieben, bewirkt.
Obwohl in den Beschreibungen der vorgenannten 3–9 genau die Orte der Rinnen als entlang der Trennungslinie der Gussform befindlich bezeichnet wurden, könnten eben diese Verfahren auch bei einer Gussform mit Rinnen, in denen keine Verfestigung erfolgt, Anwendung finden, wobei sich die Rinnen nicht auf einer Gussform-Trennungslinie befinden würden.
Während in den vorangegangenen Ausführungsformen die zweiten Rinnenteilstücke alle so dargestellt sind, dass sie annähernd senkrecht zum ersten Rinnenteilstück angeordnet sind, ist dies nicht immer zwingend erforderlich. 10 stellt eine Gussform dar, bei der ein erstes Rinnenteilstück 142 mit einem Paar sich verzweigender Rinnen 144 und 146 in Verbindung steht, die unter einem von 90° abweichenden Winkel zu dem ersten Rinnenteilstück 142 angeordnet sind. Wenn die Höhenlagendifferenz zwischen dem ersten und dem zweiten Rinnenteilstück der in 3–9 gezeigten Konstruktion an der Kreuzung der abgewinkelt sich verzweigenden Rinnen hinzukommt, tritt eine Rotation in dem laminar strömenden Material auf. Wenn jedoch der Winkel zwischen dem sich kreuzenden ersten und zweiten Rinnenteilstück von 90° an ihrem Kreuzungspunkt und Höhenlagenwechsel geändert wird, kann die Repositionierung des laminar strömenden Materials in einer Umfangsrichtung in die sich verzweigenden Rinnenteilstücke gesteuert werden.
Mit Bezug nun auf 11 wird hier eine Nesthälfte 150 gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt. Teilweise definiert in dieser Nesthälfte ist ein erstes Rinnenteilstück 152. Das erste Rinnenteilstück steht in Verbindung mit einem zweiten Rinnenteilstück 154, das ebenfalls teilweise in der Nesthälfte 150 definiert ist.
12 zeigt eine Kernhälfte 156, die angepasst ist, um auf der Nesthälfte angebracht zu werden. In der Kernhälfte ist ein weiterer Anteil 158 des ersten Rinnenteilstücks und ein weiterer Anteil 160 des zweiten Rinnenteilstücks definiert. Ebenfalls definiert in der Kernhälfte ist ein Vorsprung 162, der in ein eingekerbtes Teilstück 164 des ersten Rinnenteilstücks 152 passt, das in der Nesthälfte 150 definiert ist. Auf diese Weise wird ein leicht gekrümmter erster Rinnenteilstück-Kanal durch die Kernhälfte und die Nesthälfte definiert. Der Strom des laminar strömenden Materials wird dergestalt sein, dass das laminar strömende Material in einem Bogen entlang des ersten Rinnenteilstücks strömen wird und sich dem zweiten Rinnenteilstück von unten und in einer Richtung nähern wird, die annähernd normal sowohl zu der Längsachse des zweiten Rinnenteilstücks als auch zur Längsachse des Anfangs des ersten Rinnenteilstücks ist. Diese Konstruktion stellt eine eindeutigere Steuerung der Strömungsrichtung von Material aus dem ersten Rinnenteilstück in das zweite Rinnenteilstück bereit, während es nach wie vor die zusammengesetzten Richtungsänderungen zwischen dem ersten Rinnenteilstück und dem zweiten Rinnenteilstück gewährleistet, die erforderlich sind, um die relative Repositionierung von laminar strömendem Material in eine Umfangsrichtung herbeizuführen.
Bezug nehmend nun auf 13 ist dort eine weitere bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt. Bei dieser Ausführungsform ist gezeigt, wie ein erstes Rinnenteilstück 170 mit dem zweiten Rinnenteilstück 172 in Verbindung steht. Die Längsachse des zweiten Rinnenteilstücks ist annähernd normal zu der Längsachse des ersten Rinnenteilstücks ausgerichtet. Ein Strömungsumleiter in Form eines Stiftes 174 liegt an der Kreuzung der Rinnen. Wie in 14 dargestellt, erstreckt sich der Stift nicht über die gesamte Höhe des zweiten Rinnenteilstücks. Vielmehr ist der Durchmesser des Stiftes kleiner als der Durchmesser sowohl des ersten Rinnenteilstücks als auch des zweiten Rinnenteilstücks. Die Stifthöhe und der Stiftdurchmesser werden in geeigneter Weise gesteuert, um die Strömung des laminar strömenden Materials um den Stift herum dermaßen anzupassen, dass eine Höhenlagenänderung in einem Anteil des laminar strömenden Materials an der Abzweigung der Rinnenteilstücke erzeugt wird und dadurch die zusammengesetzten Richtungsänderungen des Schmelzestroms, der von einem ersten zu einem zweiten Rinnenteilstück strömt, erzeugt, die die relative Repositionierung in Umfangsrichtung des laminar strömenden Materials erzeugt. Während ein Stift 174 als Strömungsumleiter dargestellt ist, versteht es sich, dass Strömungsumleiter mit anderen Formen als der eines Stiftes ebenfalls eingesetzt werden könnten. Beispielsweise könnten auch Strömungsumleiter in Gestalt einer Pfeilspitze oder eines Hexagons eingesetzt werden. Auch können Strömungsumleiter mit variablen Querschnitten eingesetzt werden.
Mit anderen Worten wird ein Mittel zum Umleiten des Stroms von laminar strömendem Material durch die Verwendung eines Anschlussverteilers oder Stiftes bereitgestellt, der dort an der Kreuzung eines Rinnenpaares platziert werden kann, wo das Repositionieren der Schmelze erwünscht ist. Damit wird ein zusätzliches Mittel für eine Repositionierung möglich gemacht, die in einer typischen Rinnenkonfiguration erfolgen kann, bei der sämtliche Rinnen auf derselben Ebene liegen. Wie aus 14 ersichtlich wird, enthält eine Gussformhälfte 176 des Gussformkörpers sowohl das erste Rinnenteilstück 170 als auch das zweite Rinnenteilstück 172. Der Stift 174 kann entfernbar an der Gussformhälfte 176 an der Kreuzung des ersten Rinnenteilstücks mit dem zweiten Rinnenteilstück angebracht werden. Somit kann, wenn eine andere Thermoplastenart durch die Rinnen strömt, ein Stift mit einer anderen Höhe, einem anderen Durchmesser oder einem anderen Querschnitt verwendet werden.
Die vorliegende Erfindung ist selbst dann vorteilhaft, wenn vier oder sogar weniger Nester vorhanden sind, die sich die in 1 dargestellte Rinnenauslegung zunutze machen. In jedem Fall wird die an jedes Nest gelieferte Schmelze ausbalanciert, selbst wenn Wärmeveränderungen innerhalb der Schmelze auftreten, die in jedes Nest eintritt. Wichtig ist die Erkenntnis, dass Wärmeveränderungen in der Schmelze innerhalb eines jeden Nestes und nicht zwischen den zahlreichen Nestern vorkommen. Wenn es erwünscht ist, dass das in ein Nest einströmende Material von Seite zu Seite dasselbe ist, könnte die Schmelze dann repositioniert werden, wenn sie sich unmittelbar vor der Annäherung an ein bestimmtes Nest in der Rinne teilt.
Die Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung der Beschreibungen der 3–14 beschreiben, dass die Rinne entlang einer Trennungslinie verläuft. Diese Verfahren sehen eine Rinne vor, in der es während der normalen Gusszyklen zur Verfestigung kommt. Durch Definieren der Rinnen entlang einer Rinnentrennungslinie kann die Rinne mit herkömmlichen Mitteln während eines jeden Gusszyklus zwischen Trennungslinien durch Öffnen der Trennungslinie entfernt werden.
Tiefgreifend sind Auswirkungen des Ungleichgewichts auf den Strom beim Herstellen von Hochpräzisionsprodukten. Demzufolge müssen viele Firmen, die Hochpräzisions-Kunststofferzeugnisse benötigen, die Anzahl der Nester in einer Gussform begrenzen, um das Erzeugnis in jedem Nest mit den erforderlichen hohen Toleranzen zu erzeugen. Mit dem erfindungsgemäß bereitgestellten ausbalancierten System kann jedoch eine Gussform mit einer größeren Anzahl von Nestern bereitgestellt werden und höhere Erträge können somit erzielt werden. Daher können mit den Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung die Gestehungskosten beim Spritzgussvorgang beträchtlich gesenkt werden.
Bezug nehmend nun auf 15 ist hier eine weitere Form einer Laminarstrom-Rotationsvorrichtung 179 dargestellt. Diese Konstruktion schließt ein Rinnenteilerglied mit spiralförmiger Gestalt ein und schließt eine erste Seite 180, eine zweite Seite 182, einen ersten Seitenrand 184 und einen zweiten Seitenrand 186 ein. Das Rinnenteilerglied ist in einer Rinne 190 positioniert, wie in 16 gezeigt. Das Rinnenteilerglied hat eine Anströmkante 192 und bildet ein Paar spiralförmiger Flächen 194 und 196 aus, über die das laminar strömende Material strömt. Das Rinnenteilerglied hat auch eine Abströmkante 198. Das Rinnenteilerelement von 15 steigt um 90° in einer Spirale zwischen der Anströmkante 192 und der Abströmkante 198 auf. Dies führt zu einer Rotation des daran entlang strömenden laminar strömenden Materials in Umfangsrichtung. Das Rinnenteilerelement der 15 und 16 ist besonders brauchbar bei einem Rinnensystem, bei dem es nicht zur Verfestigung kommt, in dem sich das laminar strömende Material in der Rinne zwischen den Zyklen nicht verfestigt und zwischen den Gusszyklen nicht ausgeworfen wird. Normalerweise würde das Rinnenteilerelement 179 in einer Rinne positioniert, nachdem sich nicht-symmetrische Bedingungen in dem laminar strömenden Material entwickelt haben und vor der Stelle, wo die Repositionierung in einer Umfangsrichtung gewünscht wird.
Das Rinnenteilerelement 179 ist in dem Schmelze-Strömungskanal derart positioniert, dass es den Strom in zwei Hälften teilt. Die Abströmkante 198, oder das Austrittsende des Rinnenteilerelements, ist spiralförmig verdreht unter einem Winkel in Bezug auf die Anströmkante. Die Schmelze, die sich dem Rinnenteilerelement nähert, wird in zwei „D"-förmige Strömungspfade aufgeteilt. Das spiralförmige Rinnenteilerelement bewirkt, dass die Schmelze in einer Umfangsrichtung bewegt wird. Die aufgeteilten „D"-förmigen Ströme werden an der Abströmkante 198 des Rinnenteilerelements wiedervereinigt. Die relativen Positionen der Laminate zueinander bleiben dieselben. Lediglich ihre Position entlang des Strömungskanals wird sich geändert haben. In der offen gelegten Ausführungsform sind die beiden Hälften der Schmelze um ca. 90° repositioniert. Bei dem Rinnensystem ohne Verfestigung kann das Rinnenteilerelement das laminar strömende Material um weniger als 90° repositionieren, wie zum Beispiel um 70° oder mehr als 90°, wie zum Beispiel 110° oder sogar 150°, wenn dies gewünscht ist.
Das Rinnenteilerelement 179 kann an einer Kreuzung zwischen zwei Rinnen eingesetzt werden. Normalerweise wäre es jedoch stromabwärts von einer Verzweigung positioniert, wo die unerwünschten Veränderungen der Schmelze erzeugt werden.
Bezug nehmend nun auf 17 ist dort eine Reihe von Strömungskanälen dargestellt. Bei dieser Ausführungsform teilt sich ein erstes Rinnenteilstück 200 in zweite Rinnenteilstücke 202 und 204. Die Strömungspfadgeometrie ist jedoch dergestalt, dass der im Wesentlichen runde Durchmesser des ersten Rinnenteilstücks zu nicht runden Ansatzteilen der zweiten Rinnenteilstücke führt. Der spiralförmige Umfang des nicht runden Strömungspfads am Beginn der zweiten Rinne führt zu einer Repositionierung in einer Umfangsrichtung des laminar strömenden Materials, das von dem ersten Rinnenteilstück zu jedem der zweiten Rinnenteilstücke strömt. Das laminar strömende Material wird um etwa 90° repositioniert. Es ist naheliegend, dass bei dieser Ausführungsform die Rinnen 200, 202 und 204 definiert sind durch gegenpaarige Rinnenhälften bei einem Paar von Gussformnesthälften 210 und 212. 17 ist auch zu entnehmen, dass eine sich vertikal erstreckende Wand 214 das Ende des ersten Rinnenteilstücks 200 definiert und den Strom laminar strömenden Materials in das Paar zweiter Rinnenteilstücke 202 und 204 aufteilt. Die nicht runde Form des Anfangs des zweiten Rinnenteilstücks 202 und 204 bewirkt eine Repositionierung des laminar strömenden Materials in einer radialen Umfangsrichtung, wobei es die Kontinuität zwischen den Laminaten des laminar strömenden Materials in einer radialen Richtung bewahrt. Während die Einlässe zu den zweiten Rinnenteilstücken 202 und 204 nicht rund sind, können die zweiten Rinnenteilstücke – sobald die Repositionierung erfolgt ist – einen runden Querschnitt annehmen, der dann bewahrt werden kann. Bezug nehmend nun auf 18 ist dort eine Draufsicht auf die in 17 gezeigte Ausgestaltung dargestellt. Bezug nehmend nun auf 19 ist dort eine Ansicht der spiralförmigen Ausgestaltung in Umfangsrichtung von 17 als Strömungskanal dargestellt. Das Einlassende des ersten Rinnenteilstücks 200 ist beim Speisen der zweiten Rinnenteilstücke 202 und 204 gezeigt.
Es sollte naheliegend sein, dass der spiralförmige Umfang des nicht runden Rinnenteilstücks die Repositionierung des laminar strömenden Materials in einer Umfangsrichtung bewirkt und dort, wo Raum vorhanden ist, stromabwärts von der Abzweigung mit dem ersten Rinnenteilstück positioniert sein könnte. Es versteht sich ebenfalls, dass die nicht runde Querschnittsfläche jedwede Form annehmen könnte, wo die spiralförmige Gestalt die Wirkung einer Spirale auf die sie durchströmende Schmelze ausüben wird.
Es sollte naheliegend sein, dass Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung nicht nur in Situationen nützlich sein könnten, wo es um Gussformen mit mehreren Nestern geht, sondern auch in Situationen, bei denen es um ein mehrfach verzweigtes Rinnensystem geht, das ein einzelnes zentrales Gussformnest speist.
Bezug nehmend nun auf 20 ist dort eine weitere Art einer herkömmlichen Gussform dargestellt. Bei dieser Gussform 230 handelt es sich um eine Gussform mit einem Nest und mehreren Rinnen. Diese Gussform umfasst ein erstes Rinnenteilstück 232, ein zweites Rinnenteilstück 234 und ein Paar tertiärer Rinnen 236 und 238, die zu mehreren Anschnitten eines Gussformnestes 240 führen. 20 stellt ebenfalls den Pfad eines einer hohen Scherung unterworfenen laminar strömenden Materials 246 und eines einer geringen Scherung unterworfenen laminar strömenden Materials 248 dar, die in das Gussformnest 240 strömen. Sind keine Mittel zum Repositionieren des laminar strömenden Materials vorhanden, wenn es durch die zahlreichen Rinnen strömt – wie die hierin offenbarten Mittel – wird der runde Gegenstand, der gegossen wird, unterschiedliche Eigenschaften in Abhängigkeit davon aufweisen, welche Hälfte des Erzeugnisses ganz allgemein geprüft wird.
Das Ausmaß des Strömungsungleichgewichts ist abhängig davon, welche Art von thermoplastischem Material gegossen wird und dem Verfahren. Bei technischen Kunststoffen, wie zum Beispiel PMMA, 33%ig glasgefülltes PA6.6, PBT und ABS wirkte sich ein Strömungsungleichgewicht am stärksten aus. Polyolefine sprachen am wenigsten auf Strömungsungleichgewichte bei den erprobten Materialien an.
Bezug nehmend nun auch auf 21 ist dort eine Gussform 250 mit zwei Nestern mit einem einfachen Rinnenssystem dargestellt. Bei dieser Ausführungsform treten Strömungsungleichgewichte in der Gussform auf Grund der nicht-symmetrischen Teile auf, die in den beiden Gussformnestern 252 und 254 gegossen werden. Auf Grund der nicht-symmetrischen Gussformnester würden die beiden Gussformnester 252 und 254 unterschiedlich mit dem laminar strömenden Material befüllt, wenn es von einem ersten Rinnenteilstück 256 in ein zweites Rinnenteilstück 258 strömt. Somit ist auf Grund fehlender Mittel zum Repositionieren des laminar strömenden Materials eine erste hoher Scherung unterliegende Materialschicht 260 in dem ersten Gussformnest 252 nach außen gerichtet und bildet die linke Seite des Fertigteils. Eine zweite hoher Scherung unterliegende Materialschicht 262 ist in einem zweiten Gussformnest 254 nach außen gerichtet, bildet aber die gegenüberliegende rechte Seite des gleichen Fertigteils. Ein erstes geringer Scherung unterworfenes Material 264 ist in dem ersten Nest 252 nach innen positioniert und bildet so die rechte Seite des Fertigteils. Ein zweites geringer Scherung unterworfenes Material 266 ist in dem zweiten Gussformnest 254 nach innen positioniert, bildet aber die gegenüberliegende linke Seite des gleichen Fertigteils. Daraus ergibt sich, dass die beiden Seiten der in den beiden Nestern gebildeten Teile unterschiedlich ausgebildet sein werden. Dieselbe Bedingung könnte in einer Gussform mit vier Nestern bestehen, wo eine zweite Gruppe von Nestern und Rinnen aus demselben ersten Rinnenteilstück gespeist würde.
Schließlich Bezug nehmend nun auf 22 können zwei spiralförmige Strömungsrinnen-Teilerelemente 280 und 282, wie die beispielsweise in den 15 und 16 dargestellten, in einem zweiten Rinnenteilstück 284 in einer Rinnenanordnung, bei der es nicht zur Verfestigung kommt, stromabwärts von deren erstem Rinnenteilstück 286 positioniert werden. Auf diese Weise wird das laminar strömende Material, das in entgegengesetzte Richtungen in dem zweiten Rinnenteilstück 284 strömt, durch zwei spiralförmige Umleiter gedreht, wenn es entweder direkt in ein Gussformnest oder mehrere Gussformnester oder in entsprechende tertiäre Rinnen strömt. Man kann mehr als das in 22 dargestellte Paar spiralförmiger Umleiter 280 und 282 einsetzen.
Ausführungsformen der Erfindung wurden im Hinblick auf mehrere bevorzugte Ausführungsbeispiele beschrieben. Lektüre und Verständnis der vorstehenden Beschreibung werden in naheliegender Weise andere zu Modifikationen oder Änderungen führen. Die Erfindung soll dahingehend verstanden werden, dass sie sämtliche Änderungen und Modifikationen einschließt, soweit diese unter die Lehre der angefügten Ansprüche fallen.

Claims

Verfahren zum Steuern nicht-symmetrischer Bedingungen von konzentrischen Laminaten, die in einer Richtung quer zum Strömungspfad einer Stroms eines laminar strömenden Materials in einer Gussform auftreten, umfassend: Einströmen eines Stroms von laminar strömendem Material in eine Rinne eines Gussformkörpers (230), um mindestens ein Gussformnest (240) zu füllen, wobei die Rinne mindestens eine Verzweigung aufweist, die in zwei Richtungen abzweigt, wobei das Material nicht-symmetrische Bedingungen (246, 248) in einer Richtung quer zu seinem Pfad flussabwärts einer Verzweigung in der Rinne hat; gekennzeichnet durch Repositionieren der nicht-symmetrischen Bedingungen (246, 248) des fließenden Materials zu einer gewünschten Position in einer Umfangsrichtung um das Zentrum des Pfads der Rinne herum, wobei vom Zentrum bis zum Umfang der Rinne die Kontinuität zwischen Laminaten gewährleistet ist.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das Repositionieren einschließt, in der Rinne einen Rinnenabschnitt (202, 204) einzufügen, der einen spiralförmigen Umfang mit einer nicht runden Querschnittsfläche aufweist, die fortschreitend entlang des Rinnenabschnitts repositioniert ist.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem: das Repositionieren an der Kreuzung eines ersten Rinnenteilstücks (200) der Rinne und eines zweiten Rinnenteilstücks der Rinne geschieht, wobei das zweite Rinnenteilstück sich in einer ersten Richtung und in einer zweiten Richtung von der Kreuzung erstreckt; und das Repositionieren beinhaltet, einer ersten Rinnenabschnitt (202) zwischen dem ersten Rinnenteilstück (200) und dem zweiten Rinnenteilstück einzufügen, der einen spiralförmigen Umfang mit einer nicht runden Querschnittsfläche aufweist, die fortschreitend entlang des ersten Rinnenabschnitts in die erste Richtung des zweiten Rinnenteilstücks repositioniert ist, und einen zweiten Rinnenabschnitt (204), der einen spiralförmigen Umfang mit einer nicht runden Querschnittsfläche aufweist, die fortschreitend entlang des zweiten Rinnenabschnitts in die zweite Richtung des zweiten Rinnenteilstücks repositioniert ist.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das Repositionieren einschließt, ein Rinnenteilerglied (179) mit einer spiralförmigen Form in der Rinne vorzusehen, das den Querschnitt der Rinne im Wesentlichen entlang einer radialen Richtung in zwei Teile aufteilt, um die nicht-symmetrischen Bedingungen des laminar strömenden Materials entlang des Umfangs zu repositionieren.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der Repositionierungsschritt ein Repositionieren der nicht-symmetrischen Bedingungen des strömenden Materials in einer Umfangsrichtung und einem Winkel von weniger als 180° umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das Repositionieren an der Kreuzung eines ersten Rinnenteilstücks (110, 130, 170) der Rinne und eines zweiten Rinnenteilstücks (114, 136, 172) der Rinne geschieht, wobei das zweite Rinnenteilstück sich in einer ersten Richtung und in einer zweiten Richtung von der Kreuzung erstreckt, und das Repositionieren beinhaltet, einen Körper (116, 138, 174) an der Kreuzung des ersten Rinnenteilstücks und des zweiten Rinnenteilstücks einzufügen, der einen Querschnitt aufweist, der kleiner ist als der Querschnitt sowohl des ersten Rinnenteilstücks (110, 130, 170) als auch des zweiten Rinnenteilstücks (114, 136, 172) und dessen Höhe kürzer ist als die Höhe sowohl des ersten Rinnenteilstücks als auch des zweiten Rinnenteilstücks.
Verfahren nach Anspruch 6, bei dem die Querschnittsgröße, die Höhe und die Position des Körpers (116, 138, 174) ausgewählt sind, den auftretenden Repositionierungsbetrag der nicht-symmetrischen Bedingungen zu beeinflussen.
Verfahren nach Anspruch 1, welches einschließt, vorzusehen: einen Gussformkörper (10), in dem die verzweigende Rinne ein erstes Rinnenteilstück (12) einschließt; ein zweites Rinnenteilstück (14), das unter einem Winkel von dem ersten Rinnenteilstück gekreuzt wird, wobei das zweite Rinnenteilstück sich in einer ersten Richtung und einer zweiten Richtung von der Kreuzung mit dem ersten Rinnenteilstück erstreckt; ein drittes Rinnenteilstück (16), das von einem Ende des in der ersten Richtung gelegenen zweiten Rinnenteilstücks (14) gekreuzt wird, und ein viertes Rinnenteilstück (22), das von einem in der zweiten Richtung gelegenen Ende des zweiten Rinnenteilstücks (14) gekreuzt wird, wobei das dritte Rinnenteilstück (16) und das vierte Rinnenteilstück (22) sich jeweils in zwei Richtungen von ihren jeweiligen Kreuzungen mit den Enden der zweiten Rinne erstrecken; und das Repositionieren der nicht-symmetrischen Bedingungen des strömenden Materials zu einer Position in einer Umfangsrichtung um das Zentrum des Pfades des zweiten Rinnenteilstücks (14) herum erfolgt, die im Wesentlichen seitensymmetrisch bezüglich des dritten Rinnenteilstücks (16) und des vierten Rinnenteilstücks (22) ist, sodass jedes Ungleichgewicht des Stroms durch das dritte Rinnenteilstück und das vierte Rinnenteilstück wesentlich verbessert ist.
Verfahren nach Anspruch 1, welches einschließt, die verzweigte Rinne mit einem ersten Rinnenteilstück (74) und einem zweiten Rinnenteilstück (76) zu versehen, wobei das erste Rinnenteilstück das zweite Rinnenteilstück unter einem Winkel kreuzt und die nicht-symmetrischen Bedingungen des laminar strömenden Materials im Wesentlichen an der Kreuzung des zweiten Rinnenteilstücks mit dem ersten Rinnenteilstück zu repositionieren.
Verfahren nach Anspruch 9, bei dem das erste Rinnenteilstück (74) das zweite Rinnenteilstück (76) unter einem Winkel von 90° kreuzt.
Verfahren nach Anspruch 1, welches einschließt, die verzweigte Rinne mit einem ersten Rinnenteilstück (80, 90) und einem zweiten Rinnenteilstück (86, 94) zu versehen, wobei das erste Rinnenteilstück das zweite Rinnenteilstück kreuzt und das zweite Rinnenteilstück sich unter einem ersten Winkel in einer ersten Richtung von der Kreuzung mit dem ersten Rinnenteilstück und unter einem zweiten Winkel in einer zweiten Richtung von der Kreuzung mit dem ersten Rinnenteilstück erstreckt, welche anders sind als 90°, und die nicht-symmetrischen Bedingungen des laminar strömenden Materials im Wesentlichen an der Kreuzung des zweiten Rinnenteilstücks mit dem ersten Rinnenteilstück zu repositionieren.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das Repositionieren der nicht-symmetrischen Bedingungen des strömenden Materials einschließt, ein erstes Rinnenteilstück (74) und ein zweites Rinnenteilstück (76) der Rinne vorzusehen, wobei das erste Rinnenteilstück das zweite Rinnenteilstück unter einem Winkel kreuzt und die Kreuzung in einem Umfangsbereich des zweiten Rinnenteilstücks (76) auftritt, bei der die Mittelachse des zweiten Rinnenteilstücks (76) und die Mittelachse des kreuzenden ersten Rinnenteilstücks (74) sich in unterschiedlichen Höhenlagen relativ zueinander befinden, wobei in dem Bereich das laminar strömende Material in eine Richtung zwischen den beiden Höhenlagen fließt, die nicht dieselbe Richtung ist, wie der Fluss in sowohl dem ersten Rinnenteilstück (74) als auch dem zweiten Rinnenteilstück (76).
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem: das Verfahren einschließt, den Gussformkörper mit einem Paar von Gussformplatten (70, 72) und einer Trennungslinie zwischen den Gussformplatten zu versehen, wobei die Rinne ein erstes Rinnenteilstück, welches entlang der Trennungslinie angeordnet ist, und ein zweites Rinnenteilstück, welches entlang der Trennungslinie angeordnet ist, einschließt; das Repositionieren dadurch geschieht, dafür zu sorgen, dass das erste Rinnenteilstück (74) das zweite Rinnenteilstück (76) unter einem Winkel kreuzt, und die Kreuzung unter einem Winkel am Umfang des zweiten Rinnenteilstücks (76) auftritt, bei dem die Mittelachse des zweiten Rinnenteilstücks (76) und die Mittelachse des kreuzenden ersten Rinnenteilstücks (74) sich in unterschiedlichen Höhenlagen zueinander befinden, wobei in dem Bereich das laminar strömende Material in eine Richtung zwischen den beiden Höhenlagen fließt, die nicht in derselben Richtung liegt wie der Fluss in sowohl dem ersten Rinnenteilstück (74) als auch dem zweiten Rinnenteilstück (76); und das Verfahren einschließt, das Verfestigen des laminar strömenden Materials in der Rinne während jedes Gusszyklus zu gestatten, und danach während jedes Gusszyklus das verfestigte Material von der Rinne entlang der Trennungslinie zwischen den beiden Gussformplatten auszuwerfen.
Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, welches einschließt, den Änderungsbetrag in der Höhelage, der zwischen der Mittelachse des ersten Rinnenteilstücks (74) und der Mittelachse des zweiten Rinnenteilstücks (76) auftritt, auszuwählen, um den auftretenden Repositionierungsbetrag der nicht-symmetrischen Bedingungen zu beeinflussen.
Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, welches einschließt, den Winkel an der Kreuzung des ersten Rinnenteilstücks (74) und des zweiten Rinnenteilstücks (76) festzulegen, um den auftretenden Repositionierungsbetrag der nicht-symmetrischen Bedingungen zu beeinflussen.
Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, bei dem das Repositionieren der nicht-symmetrischen Bedingungen einschließt, den Winkel der Strömungsrichtung des laminar strömenden Materials zwischen den unterschiedlichen Höhenlagen der Mittelachse des ersten Rinnenteilstücks (74) und des zweiten Rinnenteilstücks (76) zu wählen.
Verfahren nach Anspruch 13, bei dem das Repositionieren der nicht-symmetrischen Bedingungen einschließt, das Abschließen des ersten Rinnenteilstücks an einer Endfläche (84) hervorzurufen, welche einen Winkel bezüglich der Ebene der Trennungslinie aufweist, und welches weiter einschließt, den Abschlusswinkel der Endfläche zu wählen, um den auftretenden Repositionierungsbetrag der nicht-symmetrischen Bedingungen zu beeinflussen.
Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, bei dem das Repositionieren der nicht-symmetrischen Bedingungen einschließt, eine Erweiterung (112) des ersten Rinnenteilstücks (110) vorzusehen, welche einen Querschnitt hat, der sich in einer unterschiedlichen Höhe als der Querschnitt des zweiten Rinnenteilstücks (114) befindet, einen Strömungsumleiter (116) im Strömungspfad des laminar strömenden Materials zwischen dem ersten Rinnenteilstück und dem zweiten Rinnenteilstück vorzusehen, und die Höhe des Strömungsumleiters (116) zu wählen, um den Winkel der Strömungsrichtung zwischen den Höhenlagen der Mittelachse des zweiten Rinnenteilstücks und der Mittelachse des ersten Rinnenteilstücks, welches die Erweiterung aufweist, zu beeinflussen.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 12 oder 13, bei dem das Repositionieren einschließt, sowohl den Betrag als auch die Richtung des Repositionierens der nicht-symmetrischen Bedingungen zur gewünschten Position zu steuern.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 12 oder 13, bei dem der Betrag des Repositionierens der nicht-symmetrischen Bedingungen entlang des Umfangs zur gewünschten Position ungefähr 90° beträgt.
Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, welches einschließt, einen Gussformkörper vorzusehen, in dem das zweite Rinnenteilstück (14) sich in einer ersten Richtung und einer zweiten Richtung von der Kreuzung mit dem ersten Rinnenteilstück (12) erstreckt; wobei ein drittes Rinnenteilstück, welches von einem Ende des zweiten Rinnenteilstücks gekreuzt wird, welches in der ersten Richtung gelegen ist, und ein viertes Rinnenteilstück (22), welches von einem Ende des zweiten Rinnenteilstücks (14) gekreuzt wird, welches in der zweiten Richtung gelegen ist, vorgesehen sind, wobei das dritte Rinnenteilstück (16) und das vierte Rinnenteilstück (22) sich jeweils in zwei Richtungen von ihren jeweiligen Kreuzungen mit den Enden des zweiten Rinnenteilstücks erstrecken; und das Repositionieren der nicht-symmetrischen Bedingungen des laminar strömenden Materials, in einer Umfangsrichtung um das Zentrum des Pfads des zweiten Rinnenteilstücks (14) herum in eine Position erfolgt, die im Wesentlichen seitensymmetrisch bezüglich des dritten Rinnenteilstücks (16) und des vierten Rinnenteilstücks (22) ist, sodass jedes Ungleichgewicht des Strömens durch das dritte Rinnenteilstück und das vierte Rinnenteilstück wesentlich verbessert ist.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 12 oder 13, welches einschließt, einen Gussformkörper vorzusehen, bei dem die verzweigte Rinne eine Vielzahl von Verzweigungen einschließt, welche in zwei Richtungen abzweigen, und das Repositionieren der nicht-symmetrischen Bedingungen des laminar strömenden Materials an einer Vielzahl aufeinanderfolgender Orte entlang der Rinne erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 12 oder 13, bei dem das Repositionieren der nicht-symmetrischen Bedingungen des laminar strömenden Materials zu einer Position erfolgt, welche das Material veranlasst, das wenigstens eine Gussformnest (240) in einer ausgewählten Weise zu füllen.
Eine Gussform, die aufweist: einen Gussformkörper (230), wobei der Gussformkörper mindestens ein Gussformnest (240) und mindestens eine Rinne umfasst, die sich in zwei Richtungen verzweigt, wobei die mindestens eine Rinne eine Mittelachse und einen Umfang aufweist, wobei die mindestens eine Rinne mindestens ein erstes Rinnenteilstück (232) und ein zweites Rinnenteilstück (234) aufweist; und das erste Rinnenteilstück das zweite Rinnenteilstück kreuzt; wobei der Gussformkörper (230) angepasst ist, einen Strom eines laminar strömenden Materials, das in der mindestens einen Rinne fließt, zu veranlassen, das mindestens eine Gussformnest (240) zu füllen, wobei die mindestens eine Rinne nicht-symmetrische Bedingungen (246, 248) in einer Richtung quer zu ihrem Strömungspfad stromabwärts der Kreuzung des ersten Rinnenteilstücks (232) mit dem zweiten Rinnenteilstück (234) hat; und dadurch gekennzeichnet, dass ein Laminatrepositionierer vorgesehen ist, der in mindestens einem Teilstück der Rinne angeordnet ist, in dem die nicht-symmetrischen Bedingungen quer zum Strom des laminar strömenden Materials auftreten, wobei der Laminatrepositionierer eingerichtet ist, die nicht-symmetrischen Bedingungen des fließenden Materials in einer Umfangsrichtung um das Zentrum des Pfads der Rinne hin zu einer gewünschten Umfangsposition zu repositionieren, wobei vom Zentrum bis zum Umfang der Rinne die Kontinuität zwischen Laminaten gewährleistet ist.
Gussform nach Anspruch 24, bei welcher der Laminatrepositionierer in der Rinne einen Rinnenabschnitt (202, 204) umfasst, der einen spiralförmigen Umfang mit einer nicht kreisförmigen Querschnittsfläche besitzt, die fortlaufend entlang des Rinnenabschnitts repositioniert ist.
Gussform nach Anspruch 24, bei der: der zweite Rinnenabschnitt sich in einer ersten Richtung und in einer zweiten Richtung von der Kreuzung des ersten Rinnenteilstücks (200) mit dem zweiten Rinnenteilstück erstreckt; wobei der Laminatrepositionierer zwischen dem ersten Rinnenteilstück (200) und dem zweiten Rinnenteilstück einen ersten Rinnenabschnitt (202), der einen spiralförmigen Umfang mit einer nicht kreisförmigen Querschnittsfläche aufweist, die fortschreitend entlang des ersten Rinnenabschnitts hin zur ersten Richtung des zweiten Rinnenteilstücks repositioniert ist, und einen zweiten Rinnenabschnitt (204), der einen spiralförmigen Umfang mit einer nicht kreisförmigen Querschnittsfläche aufweist, die fortschreitend entlang des zweiten Rinnenabschnitts hin zur zweiten Richtung des zweiten Rinnenteilstücks repositioniert ist, umfasst.
Gussform nach Anspruch 24, bei der der Laminatrepositionierer ein Rinnenteilungsglied (179) mit einer Spiralform in der Rinne einschließt, das den Querschnitt der Rinne im Wesentlichen entlang einer Radialrichtung in zwei Teile teilt, um die nicht-symmetrischen Bedingungen des laminierten strömenden Materials entlang des Umfangs zu repositionieren.
Gussform nach einem der Ansprüche 24 bis 27, bei welcher der Laminatrepositionierer eingerichtet ist, die nicht-symmetrischen Bedingungen des fließenden Materials in einer Umfangsrichtung um einen Winkel von weniger als 180° zu repositionieren.
Gussform nach Anspruch 24, bei der der Laminatrepositionierer an der Kreuzung des ersten Rinnenteilstücks mit dem zweiten Rinnenteilstück der Rinne angeordnet ist, wobei das zweite Rinnenteilstück sich in einer ersten Richtung und in einer zweiten Richtung von der Kreuzung erstreckt, und der Laminatrepositionierer einen Körper (116, 138, 174) an der Kreuzung des ersten Rinnenteilstücks mit dem zweiten Rinnenteilstück aufweist, der einen Querschnitt hat, der kleiner ist als der Querschnitt sowohl des ersten Rinnenteilstücks (110, 130, 170) als auch des zweiten Rinnenteilstücks (114, 136, 172) und der eine geringere Höhe aufweist als die Höhe sowohl des ersten Rinnenteilstücks als auch des zweiten Rinnenteilstücks.
Gussform nach Anspruch 29, bei der die Querschnittsgröße, die Höhe und die Position des Körpers (116, 138, 174) gewählt sind, um den auftretenden Repositionierungsbetrag der nicht-symmetrischen Bedingungen festzulegen.
Gussform nach Anspruch 24, bei der der Laminatrepositionierer die nicht-symmetrischen Bedingungen des laminar strömenden Materials im Wesentlichen an der Kreuzung des ersten Rinnenteilstücks mit dem zweiten Rinnenteilstück repositioniert.
Gussform nach Anspruch 31, bei der der Laminatrepositionierer das erste Rinnenteilstück (74) einschließt, welches das zweite Rinnenteilstück (76) unter einem Winkel von ungefähr 90° kreuzt.
Gussform nach Anspruch 31, bei der das zweite Rinnenteilstück (86, 94) sich unter einem ersten Winkel in einer ersten Richtung von der Kreuzung mit dem ersten Rinnenteilstück (80, 90) und unter einem zweiten Winkel in einer zweiten Richtung von der Kreuzung mit dem ersten Rinnenteilstück erstreckt, wobei die Winkel einen von 90° abweichenden Wert haben.
Gussform nach Anspruch 24, bei der der Laminatrepositionierer das erste Teilstück (74) einschließt, welches das zweite Rinnenteilstück (76) unter einem Winkel kreuzt, und bei der die Kreuzung in einem Bereich des Umfangs des zweiten Rinnenteilstücks auftritt, an dem die Mittelachse des zweiten Rinnenteilstücks (76) und die Mittelachse des kreuzenden ersten Rinnenteilstücks (74) sich in unterschiedlichen Höhenlagen in Bezug zueinander befinden, wobei in dem Bereich des Umfangs des zweiten Rinnenteilstücks (76) das laminar strömende Material in eine Richtung zwischen den beiden Höhenlagen fließt, welche nicht dieselbe Richtung ist wie der Fluss in sowohl dem ersten Rinnenteilstück (74) als auch dem zweiten Rinnenteilstück (76).
Gussform nach Anspruch 24, bei dem das Laminat das erste Rinnenteilstück (74) einschließt, welches das zweite Rinnenteilstück (76) unter einem Winkel kreuzt, wobei die Kreuzung in einem Bereich des Umfangs des zweiten Rinnenteilstücks angeordnet ist, an dem die Mittelachse des zweiten Rinnenteilstücks (76) und die Mittelachse des ersten Rinnenteilstücks (74) der Rinne sich in unterschiedlichen Höhenlagen in Bezug zueinander befinden, wobei in dem Bereich das laminar strömende Material in einer Richtung zwischen den beiden Höhenlagen strömt, die nicht dieselbe Richtung ist wie der Strom in sowohl dem ersten Rinnenteilstück (74) als auch dem zweiten Rinnenteilstück (76).
Gussform nach Anspruch 24, bei der: der Gussformkörper ein Paar von Gussformplatten (70, 72) und eine Trennungslinie zwischen den Gussformplatten aufweist, und ausgelegt ist, das laminar strömende Material während jedes Gusszyklus zu verfestigen und die verfestigte Rinne während jedes Gusszyklus aus dem Gussformkörper auszuwerfen; wobei der Laminatrepositionierer das erste Rinnenteilstück (74) einschließt, welches das zweite Rinnenteilstück (76) unter einem Winkel mit der Kreuzung kreuzt, die in einem Bereich des Umfangs des zweiten Rinnenteilstücks (76) angeordnet ist, an dem die Mittelachse des zweiten Rinnenteilstücks (76) und die Mittelachse des kreuzenden ersten Rinnenteilstücks (74) der Rinne sich in unterschiedlichen Höhenlagen relativ zueinander befinden, wobei in dem Bereich das laminar strömende Material in einer Richtung zwischen den beiden Höhenlagen strömt, die nicht dieselbe Richtung ist, wie der Strom in sowohl dem ersten Rinnenteilstück (74) als auch dem zweiten Rinnenteilstück (76).
Gussform nach Anspruch 35 oder 36, bei der der Betrag der Höhenlagendifferenz zwischen der Mittelachse des ersten Rinnenteilstücks (74) und der Mittelachse des zweiten Rinnenteilstücks (76) den auftretenden Repositionierungsbetrag der nicht-symmetrischen Bedingungen beeinflusst.
Gussform nach Anspruch 35 oder 36, bei welcher der Winkel an der Kreuzung des ersten Rinnenteilstücks (74) und des zweiten Rinnenteilstücks (76) den auftretenden Repositionierungsbetrag der nicht-symmetrischen Bedingungen beeinflusst.
Gussform nach Anspruch 35 oder 36, bei welcher der Winkel der Strömungsrichtung des laminar strömenden Materials zwischen der Höhenlagendifferenz zwischen den Mittelachsen des ersten Rinnenteilstücks (74) und des zweiten Rinnenteilstücks (76) gewählt ist, den auftretenden Repositionierungsbetrag der nicht-symmetrischen Bedingungen zu beeinflussen.
Gussform nach Anspruch 36, bei der das erste Rinnenteilstück an einer Endfläche (84) abschließt, die einen Winkel bezogen auf die Ebene der Trennungslinie aufweist, und der Abschlusswinkel der Endoberfläche gewählt ist, den auftretenden Repositionierungsbetrag der nicht-symmetrischen Bedingungen zu beeinflussen.
Gussform nach Anspruch 35 oder 36, bei der die Rinne eine Erweiterung (112) des ersten Rinnenteilstücks (110) einschließt, welche einen Querschnitt besitzt, der sich in einer unterschiedlichen Höhe als der Querschnitt des ersten Rinnenteilstücks (114) befindet, und weiterhin einen Strömungsumleiter (116) im Strömungsweg des laminar strömenden Materials zwischen dem ersten Rinnenteilstück und dem zweiten Rinnenteilstück einschließt, und die Höhe des Strömungsumleiters (116) gewählt ist, um den Winkel der Strömungsrichtung zwischen der Mittelachse des zweiten Rinnenteilstücks und der Mittelachse des ersten Rinnenteilstücks, welches die Erweiterung aufweist, zu beeinflussen.
Gussform nach Anspruch 24 oder 35 oder 36, bei der der Laminatrepositionierer eine Struktur umfasst, die sowohl den Betrag und die Richtung des Repositionierens der nicht-symmetrischen Bedingungen des strömenden Materials entlang des Umfangs zur gewünschten Position festlegt.
Gussform nach Anspruch 24 oder 35 oder 36, bei der der Laminatrepositionierer ein Repositionieren der nicht-symmetrischen Bedingungen entlang des Umfangs um ungefähr 90° zur gewünschten Position hervorruft.
Gussform nach Anspruch 24 oder 35 oder 36, wobei: das zweite Rinnenteilstück (14) sich in einer ersten Richtung und in einer zweiten Richtung von der Kreuzung mit dem ersten Rinnenteilstück (12) erstreckt; ein drittes Rinnenteilstück (16), das von einem Ende des in der einen Richtung gelegenen zweiten Rinnenteilstücks (14) gekreuzt wird, und ein viertes Rinnenteilstück (22), das von einem Ende des in der zweiten Richtung gelegenen zweiten Rinnenteilstücks (14) gekreuzt wird, wobei das dritte Rinnenteilstück (16) und das vierte Rinnenteilstück (22) sich jeweils in zwei Richtungen von ihren jeweiligen Kreuzungen mit den Enden der zweiten Rinne erstrecken; und der Laminatrepositionierer das Repositionieren der nicht-symmetrischen Bedingungen des strömenden Materials zu einer Position in einer Umfangsrichtung um das Zentrum des Pfades des zweiten Rinnenteilstücks (14) hervorruft, die im Wesentlichen seitensymmetrisch bezüglich des dritten Rinnenteilstücks (16) und des vierten Rinnenteilstücks (22) ist, sodass jedes Ungleichgewicht des Strömens durch das dritte Rinnenteilstück und das vierte Rinnenteilstück wesentlich verbessert ist.
Gussform nach Anspruch 24 oder 35 oder 36, bei der die wenigstens eine Rinne, die sich wenigstens einmal in zwei Richtungen verzweigt, eine Mehrzahl von Verzweigungen in zwei Richtungen einschließt, und weiterhin eine Mehrzahl von Laminatrepositionierern (280, 282) der nicht-symmetrischen Bedingungen des laminar strömenden Materials einschließt, die an einer Mehrzahl von aufeinander folgenden Orten entlang der Rinne angeordnet sind.
Gussform nach Anspruch 24 oder 35 oder 36, bei welcher der Laminatrepositionierer die nicht-symmetrischen Bedingungen des laminar strömenden Materials hin zu einer Position repositioniert, die das Material veranlasst, das wenigstens eine Gussformnest (240) in einer ausgewählten Weise zu füllen.