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GEBIET DER ERFINDUNG
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Diese
Erfindung betrifft allgemein das Druckgießen von Bleiartikeln, wie z.
B. Batterieklemmen.
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Das
japanische Patent Nr. JP-02 155 557 offenbart ein System, das speziell
entworfen wurde, um Gussteile zu produzieren, und in dem die Bildung
von Gasblasen usw. durch Einmischung von Luft vermieden wird durch
Bereitstellung einer Vakuumpumpe, welche die Luft in einen Hohlraum
leitet, eines Druckaufbaumittels, welches das geschmolzene Metall
im Hohlraum unter Druck setzt, und eines Druckausübungsmittels,
das einen Druck auf das geschmolzene Metall in einem Schmelzofen
ausübt.
Das japanische Dokument lehrte, wie in einer Druckgießvorrichtung
Vakuum anzulegen und ein Druckaufbaumittel bereitzustellen ist,
um während
eines an sich bekannten Erstarrungsvorgangs Luft und andere Gase aus
geschmolzenem Metall zu entfernen, das sich in einem Hohlraum befindet.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Eine
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung umfasst ein System zum Formen von Bleiartikeln,
worin das System in einem geschlossenen Zustand gehalten wird, um
zu verhindern, dass Luft in das geschmolzene Blei im System eindringt.
Das System schließt
eine Form mit einem Formenhohlraum ein, wobei die Form bei ausreichend
niedriger Temperatur gehalten werden kann, damit eine Charge von
geschmolzenem Blei, die sich im Formenhohlraum befindet, erstarrt,
um so ein erstarrtes Gussteil im Formenhohlraum zu bilden. Ein Gehäuse mit
einem Angusskanal für
das Fließen
von geschmolzenem Blei dadurch verbindet den Formenhohlraum mit einer
Quelle für
geschmolzenes Blei, das unter Druck gesetzt werden kann, wobei der
Angusskanal auf einer ausreichend hohen Temperatur gehalten werden kann,
damit das geschmolzene Blei kontinuierlich in geschmolzenem Zustand
gehalten wird, so dass der Formenhohlraum erneut mit einer frischen
Charge von ge schmolzenem Blei aus dem Angusskanal gefüllt werden
kann, wenn ein erstarrtes Gussteil aus dem Formenhohlraum entnommen
wird. Das System schließt
ein Absperrventil mit einer offenen Position ein, damit geschmolzenes
Blei in den Formenhohlraum fließen
kann, und einer geschlossenen Position, um zu verhindern, dass geschmolzenes
Blei aus dem Angusskanal fließt,
wenn das geschmolzene Blei im Hohlraum erstarrt, und, falls nötig, einem
Verstärkungsmodus
zur vorübergehenden
Erhöhung des
Drucks des Bleis im Formenhohlraum, um so Schwinden und die Größe von Fehlstellen
oder Lufteinschlüssen
im Gussteil zu minimieren. Wenn das System mit einem Immersions-Gehäuse gekoppelt ist,
kann eine frische Charge Blei in das geschlossene System eingeführt werden,
ohne dass Luft in den Vorrat von geschmolzenem Blei eingeführt wird.
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In
einem Verstärkungsmodus-Zustand
kann der Zustand des geschmolzenen Bleis überwacht werden, so dass, wenn
das geschmolzene Blei in ein Umwandlungsstadium von flüssig zu
fest eintritt, das Volumen der Form, das für die Erstarrung des Bleis darin
verfügbar
ist, schnell reduziert wird, so dass das geschmolzene Blei in das
restliche Volumen fließt,
während
Druck auf das geschmolzene Blei aufrechterhalten wird. Während das
geschmolzene Blei unter reduziertem Volumen und Druck erstarrt,
wird eine Batterieklemme produziert, die im Wesentlichen frei sowohl
von Rissen als auch von Sprüngen
ist. In einem anderen Verstärkungsmodus-Zustand
wird die Batterieklemme in der Form erstarren gelassen, aber bevor
sie aus der Form entfernt wird, wird ein Kolben mit ausreichender
Kraft in die Batterieklemme getrieben, um einen Abschnitt der Batterieklemme
zumindest teilweise kaltzuformen, um so eine Batterieklemme herzustellen,
die frei von Rissen und Sprüngen ist.
In einem weiteren Verstärkungsmodus-Zustand der
Erfindung wird die Form versiegelt, während sich das Blei in geschmolzenem
Zustand befindet, und der Druck auf das geschmolzene Blei wird erhöht und aufrechterhalten,
bis das geschmolzene Blei erstarrt.
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KURZE BESCHREIBUNG DER
ZEICHNUNGEN
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1 ist
eine schematische Teilansicht eines Systems zum Druckgießen einer
Batterieklemme zum Verhindern der Bildung von Rissen oder Sprüngen in
der Batterieklemme während
des Erstarrungsvorgangs;
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2 ist
ein Diagramm, das einen Abschnitt der Form und den Kolben darstellt,
der in den Angusskanal der Form getrieben wird;
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3 zeigt
einen Abschnitt des Systems in 1 mit dem
Kolben in ausgefahrener Position, die ein reduziertes Volumen für die Erstarrung
eines Bleis oder einer Bleilegierung erzeugt;
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4 zeigt
ein alternatives System, worin ein Kolben während des Gießvorgangs
unter Druck gehalten wird;
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5 ist
eine Querschnittsansicht, die einen Abschnitt einer Form und einen
Kolben darstellt, der so positioniert ist, dass sich seine Endoberfläche während des
Druckgussverfahrens an der Endoberfläche des Formenhohlraums befindet;
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6 ist
eine Querschnittsansicht von 5, die zeigt,
wie der Kolben in die Batterieklemme eingefahren wird, um das Metall
in eine Form zu bringen, die frei von Rissen und Sprüngen ist;
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7 ist
eine Querschnittsansicht, die einen Abschnitt einer Form und einen
Kolben darstellt, der so positioniert ist, dass seine Endoberfläche während des
Druckgussverfahrens von der Endoberfläche des Formenhohlraums getrennt
ist;
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8 ist
eine Querschnittsansicht von 7, die das
Ende des Kolbens darstellt, wie es bis zur Endoberfläche des
Formenhohlraums ausgefahren ist, um das Metall in eine Form zu bringen,
die frei von Rissen und Sprüngen
ist;
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9 ist
eine Querschnittsansicht, die einen Abschnitt einer Form und einen
Kolben darstellt, der so positioniert ist, dass seine Endoberfläche während des
Druckgussverfahrens von der Endoberfläche des Formenhohlraums getrennt
ist;
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10 ist
eine Querschnittsansicht von 9, die das
Ende des Kolbens darstellt, wie es in eine Position ausgefahren
ist, der von der Endoberfläche
des Formenhohlraums getrennt ist, um das Metall in eine Form zu
bringen, die frei von Rissen und Sprüngen ist;
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11 ist
eine Ansicht einer Batterieklemme von 10, wobei
die Pressguss-Verlängerung
abgeschnitten ist;
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12 ist
eine Querschnitts-Teilansicht des Kolbens in 10, worin
die abgeschnittene Pressguss-Verlängerung aus dem Formenhohlraum
getrieben wird;
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13 ist
eine Vorderansicht einer Zweimetall-Batterieklemme;
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14 ist
eine Querschnittsansicht entlang den Linien 14-14 in 13;
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15 ist
eine Querschnittsansicht einer Form und einer Haltevorrichtung zum
Druckgießen der
Batterieklemme in 13;
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16 ist
eine Querschnittsansicht einer Form und einer Haltevorrichtung von 15 mit
einem Paar Haltestiften in eingefahrener Position und den Antriebsstiften
in ausgefahrener Position;
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17 ist
eine Querschnittsansicht eines unter Druck gegossenen Batterieteils
mit einem Verlängerungs-Pressguss
am Ende der Batterie, wobei die Länge der Verlängerung
vom Ende eines ringförmigen
Antriebsstempels begrenzt wird;
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18 zeigt
das Batterieteil von 17, wobei der ringförmige Antriebsstempel
zum Kaltformen des Batterieteils ohne Risse und Sprünge in die
Verlängerung
eingefahren ist; und
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19 zeigt
eine Form mit einem Kernstift und einem verschiebbaren Ring zum
Druckgießen
eines Batterieteils und Volumenkontraktion des Batterieteils zur
Bereitstellung eines Batterieteils, das frei von Rissen und Sprüngen ist.
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20 zeigt
eine schematische Teilansicht meines geschlossenen Systems zum Druckgießen von
Bleiartikeln, während
das Blei in geschmolzenem Zustand gehalten wird;
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21 zeigt
ein Gehäuse
und eine Form mit einem Absperrventil, das ein einziehbares Glied
in geschlossenem Zustand hat, mit einem Hohlraum im Formengehäuse, der
mit geschmolzenem Blei zu füllen
ist;
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22 zeigt
ein Gehäuse
und eine Form von 21, wobei das einziehbare Glied
in offenem Zustand ist, um zu ermöglichen, dass ein Hohlraum
im Formengehäuse
mit geschmolzenem Blei gefüllt wird;
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23 zeigt
ein Gehäuse
und eine Form von 21, wobei das einziehbare Glied
in geschlossenem Zustand ist und sich ein erstarrter Teil im Formenhohlraum
befindet;
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24 zeigt
eine alternative Ausführungsform
von 21, worin die Form vom Gehäuse getrennt ist, während das
geschmolzene Blei erstarrt;
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25 zeigt
die Ausführungsform
von 24, worin die Form in das Gehäuse eingreift, so dass geschmolzenes
Blei in die Form geleitet werden kann;
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26 zeigt
die Ausführungsform
von 24, worin der Formenhohlraum in Flüssigkeitsaustausch
und physischem Kontakt mit dem Gehäuse steht und das einziehbare
Glied eingezogen ist, um zu ermöglichen,
dass geschmolzenes Blei in den Formenhohlraum fließt;
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27 zeigt
die Ausführungsform
von 24, worin das geschmolzene Blei in der Form erstarrt
ist;
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28 zeigt
die Ausführungsform
von 24, worin die Form vom Gehäuse getrennt wurde, um Wärmeübertragung
vom Gehäuse
zur Form zu minimieren;
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29 zeigt
eine Querschnitts-Teilansicht des Mechanismus zur Bereitstellung
einer Quelle für Blei,
das unter Druck gesetzt werden kann, in einer Vor-Druck-Position;
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30 zeigt
eine Querschnitts-Teilansicht des Mechanismus zur Bereitstellung
einer Quelle für Blei,
das unter Druck gesetzt werden kann, in der Druck-Position;
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31 zeigt
eine Querschnitts-Teilansicht des Mechanismus zur Bereitstellung
einer Quelle für Blei,
das unter Druck gesetzt werden kann, in einer Unterdruck-Position;
und
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32 zeigt
eine Querschnitts-Teilansicht des Mechanismus zur Bereitstellung
einer Quelle für Blei,
das unter Druck gesetzt werden kann, in einer Position zum Saugen
einer frischen Charge von geschmolzenem Blei in das geschlossene
System.
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BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN
AUSFÜHRUNGSFORM
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Mit
Bezug auf 1 bezeichnet das Bezugszeichen 10 allgemein
ein System zum Druckgießen einer
Batterieklemme oder eines Batterieteils, um die Bildung von Rissen
und Sprüngen
in der/m unter Druck gegossenen Batterieklemme oder Batterieteil zu verhindern.
Das System 10 schließt
eine Quelle für
unter Druck gesetztes geschmolzenes Blei 12 (die eine Quelle
für unter
Druck gesetzte Bleilegierung sein könnte) ein, um geschmolzenes
Blei unter Druck in eine Form 11 zu leiten. In der Form 11 befindet
sich ein Batterieklemmen-Hohlraum 20 mit einem Angusskanal 24,
der sich davon erstreckt, um geschmolzenes unter Druck gesetztes
Blei von der Quelle für
unter Druck gesetztes Blei 12 in den Batterieklemmen-Hohlraum 20 zu
leiten.
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Das
System 10 schließt
eine Vakuum-Quelle 15 ein, die mit einer kalten Stelle
verbunden ist, d. h. einer Stelle, die schnell, vor dem restlichen
geschmolzenen Metall im Batterieklemmen-Hohlraum 20, abkühlt. Dadurch
kann die Vakuum-Quelle 15 die Luft durch die Leitung 21 aus
dem Batterieklemmen-Hohlraum 20 absaugen, bevor geschmolzenes Blei
in den Batterieklemmen-Hohlraum 20 geleitet wird.
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Das
System 10 schließt
auch einen Drucksensor 16 mit einem in die Form 11 eingebauten Messkopf 17 ein,
wobei der Messkopf 17 in einer solchen Position montiert
ist, dass er einen Teil der Formoberfläche bildet, die den Batterieklemmen-Hohlraum 20 umgibt.
Der Drucksensor-Messkopf 17 wird vorzugsweise an eine heiße Stelle
in der Form platziert, d. h. eine Stelle, die langsamer abkühlt. Indem
der Messkopf 17 in einen Abschnitt der Form platziert wird,
der in flüssigem
Zustand bleibt, kann der Druck des geschmolzenen Bleis in flüssigem Zustand überwacht
werden, wenn das geschmolzene Blei in den Batterieklemmen-Hohlraum 20 geleitet
wird.
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In
der Leitung 25 befindet sich in verschiebbarem Verhältnis ein
zylindrischer Kolben 23 zum Eindringen in die Angusskanal-Leitung 25 der
Form 11. Ein Kolbenantrieb 13, der den Kolben 23 trägt, wird
mit der Form 11 verbunden, um den Kolben 23 aus
dem Weg zu halten, wenn geschmolzenes Blei in den Batterieklemmen-Hohlraum 20 gedrückt wird. Der
Kolben 23 stellt ein mechanisches Mittel zur Reduzierung
des Volumens dar, das zur Erstarrung des Bleis darin verfügbar ist.
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Um
den Betrieb des Systems 10 zu steuern, ist eine Steuereinheit 14 in
das System 10 eingeschlossen. Die Steuereinheit 14 stellt
eine Verbindung zur Vakuum-Quelle 15 über die elektrische Leitung 14a und
zum Drucksensor 16 über
die elektrische Leitung 14b her. In ähnlicher Weise stellt die Steuereinheit 14 eine
Verbindung zum geschmolzenen Bleivorrat 12 über die
elektrische Leitung 14d und zum Kolbenantrieb 13 über die
elektrische Leitung 14c her.
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Die
Steuereinheit 14, die ein Computer mit entsprechender Software
sein kann, empfängt
Signale vom Drucksensor 16, der den Druck des geschmolzenen
Bleis im Batterieklemmen-Hohlraum 20 überträgt. Das heißt, während das geschmolzene Blei
aus der Quelle für
unter Druck gesetztes Blei 12 den Batterieklemmen-Hohlraum 20 füllt, wird
der Druck auf den Messkopf 17 kontinuierlich an den Drucksensor 16 und
weiter zur Steuereinheit 14 übertragen. Wenn der Druck im
Batterieklemmen-Hohlraum 20 ein vordefiniertes Niveau erreicht,
sendet die Steuereinheit 14 durch die elektrische Leitung 14c ein
Signal an den Kolbenantrieb 13, der den Kolben 23 schnell
in die Leitung 25 treibt, um die Leitung 25 gleichzeitig
abzuschneiden und zu verschließen,
um ein anhaltendes Strömen
von Blei aus dem Angusskanal 24 zu verhindern. Während der
Kolben 23 in den Durchgang getrieben wird, reduziert er
das Volumen für
das Blei, das sich im Umwandlungsstadium von flüssig zu fest befindet. Durch
Verringerung des Bleivolumens während
des Umwandlungsstadiums von flüssig
zu fest können
Schwinden und Kontraktion, während
das geschmolzene Blei erstarrt, kompensiert werden. Folglich ist
das fertige Gussprodukt frei von den Rissen und Sprüngen, die
eine nachteilige Wirkung auf die Leistung der Batterieklemme hätten.
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Das
System in 1 wird mit Blick auf Volumenschwindung
während
des Umwandlungsstadiums von flüssig
zu fest beschrieben; es kann jedoch auch mit dem Verfahren der Volumenschwindung verwendet
werden, wenn sich das Blei im geschmolzenen Zustand befindet. Wenn
der Druck des geschmolzenen Bleis erhöht werden soll, wird die mit der
Form verbundene Vakuum-Quelle verschlossen, während sich das Blei in geschmolzenem
Zustand befindet. Dadurch entsteht eine geschlossene Form mit flüssigem geschmolzenem
Metall, das im Wesentlichen über
die gesamte Form hinweg denselben Druck hat. Als Nächstes wird,
während
der Druck des geschmolzenen Bleis von der Quelle für unter
Druck gesetztes Blei 22 aufrechterhalten wird, ein Kolben 23 nach
innen getrieben, um die Zufuhr von weiterem geschmolzenen Blei zu
unterbrechen und gleichzeitig den Flüssigkeitsdruck über die
gesamte Form hinweg wesentlich zu erhöhen. Indem der Druck des geschmolzenen
Bleis ausreichend erhöht
wird, kann das geschmolzene Blei zu einem Teil erstarren, das frei
von Rissen und Sprüngen
ist. Dieses Verfahren kann nicht mit allen Arten von Formen angewandt werden,
da es eventuell nicht möglich
ist, eine Form zu bauen, welche den erforderlichen hohen Drücken über die
gesamte Form hinweg widersteht. Der Druck des geschmolzenen Bleis,
der notwendig ist, um ein Batterieteil herzustellen, das frei von
Rissen und Sprüngen
ist, wird bis zu einem gewissen Grade von der Form des Batterieteils
abhängen
und kann leicht durch Versuch und Irrtum festgestellt werden.
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Mit
Bezug auf 2 ist die Form 11 geöffnet worden,
um einen Abschnitt der Form 11 und des Kolbens 23 zu
zeigen, die perspektivisch dargestellt sind, im Verhältnis zu
einem Abschnitt des Batterieklemmen-Hohlraums 20. Aus einer
Seite der Form 11 erstreckt sich der Kolben 23,
der einen Kopf 31 zum Eingriff in einen Hydraulikzylinder
o. Ä. hat.
Der Batterieklemmen-Hohlraum 20 wird durch einen Satz radialer
Rippen 34 bestimmt, die in den Batterieklemmen-Hohlraum 20 hineinragen.
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Mit
dem System 10 kann eine Blei-Batterieklemme unter Druck
so gegossen werden, dass die Bildung von Rissen und Sprüngen in
der Batterieklemme verhindert wird. Hierzu wird der Zustand des geschmolzenen
Bleis kontinuierlich überwacht,
so dass, wenn das geschmolzene Blei in das Umwandlungsstadium von
flüssig
zu fest eintritt, das Volumen der Form, das für die Erstarrung des Bleis
darin verfügbar
ist, schnell verringert werden kann, um das Blei, während es
noch fließfähig ist,
in das kleinere Volumen zu drücken.
Durch schnelle Reduzierung des Volumens und Aufrechterhaltung des
Drucks auf das geschmolzene Blei während des kritischen Umwandlungsstadiums
von flüssig
zu fest wird das geschmolzene Blei dazu gebracht, zu einer festen Klemme
oder einem festen Batterieteil zu erstarren, das im Wesentlichen
frei von Rissen und Sprüngen ist.
Es soll darauf hingewiesen werden, dass das Blei im Umwandlungsstadium
von flüssig
zu fest in einem Zustand ist, in dem es fließen kann und manchmal als ein "Brei" bezeichnet wird.
Normalerweise zieht sich, während
das geschmolzene Blei sich im Umwandlungsstadium von flüssig zu
fest befindet, das Bleivolumen zusammen, was zu einem Endprodukt führt, das
Risse oder Sprünge
haben wird, wenn es vollständig
erstarrt ist. Der Schritt der Volumenkontraktion zu dem Zeitpunkt,
wenn das Blei sich im Umwandlungsstadium von flüssig zu fest befindet, erzeugt
bei der Kühlung
ein Batterieteil, das im Wesentlichen frei von Rissen und Sprüngen ist.
Dieses Verfahren ist besonders dann nützlich, wenn der Batteriehohlraum
eine ungewöhnliche
Form hat, da der durch Volumenkontraktion erzeugte Druck über das gesamte
Teil hinweg übertragen
werden kann, um ausreichend Druck zu erzeugen, um die Bildung von Rissen
und Sprüngen
im Batterieteil zu verhindern.
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Mit
Bezug auf 1 zur Erläuterung der Arbeitsweise des
Systems 10 wird die Form 11 zusammengebaut, wobei
sich der Batterieklemmen-Hohlraum 20 in der Form befindet.
Ein Ende einer Unterdruckleitung 21 wird an eine Vakuum-Quelle 15 angeschlossen,
und das andere Ende der Unterdruckleitung 21 wird an eine
Stelle in der Form 11 angeschlossen, die als "kalte Stelle" bezeichnet wird.
Das heißt,
das Blei in diesem Abschnitt der Form wird als "kalte Stelle" bezeichnet, da das geschmolzene Blei in
diesem Bereich schneller erstarrt als das geschmolzene Blei, das
durch die Angusskanal-Leitung 25 in die Form geleitet wird.
Folglich verschließt, während das
Blei an der "kalten
Stelle" zu erstarren beginnt,
das erstarrte Blei sofort das Ende der Leitung 21 und verhindert
so, dass geschmolzenes Blei in die Vakuum-Quelle 15 gesaugt
wird. Die Position (einer) kalter/n Stelle(n) wird je nach Form
und Größe des Gusses
unterschiedlich sein. Im Allgemeinen können für jede bestimmte Form eines
Batterie-Gusses die kalten Stellen durch Ermittlung der Bereiche der
Form ermittelt werden, die weniger massiv sind als andere. Falls
nötig,
kann die kalte Stelle auch durch Versuch und Irrtum bestimmt werden.
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Zusätzlich zu
der Position einer Unterdruckleitung in der Form 11 wird
eine Drucksonde 17 auf die Oberfläche des Batterieformen-Hohlraums 20 platziert,
um zu ermitteln, wann sich das geschmolzene Blei im Umwandlungsstadium
von flüssig
zu fest befindet. Zwar könnte
auch die Temperatur gemessen werden, um festzustellen, wann das
Blei in das Umwandlungsstadium von flüssig zu fest eintritt, aber die
Zeitverzögerung
zwischen der tatsächlichen
Temperatur des Bleis und der gemessenen Temperatur kann so lang
sein, dass die tatsächliche
Temperatur des geschmolzenen Bleis so weit gesunken ist, dass sich
das Blei nicht mehr im Umwandlungsstadium von flüssig zu fest befindet, obwohl
der Thermofühler dies
anzeigt. Wenn jedoch mit einer Drucksonde der Druck gemessen wird,
werden Druckwerte gewonnen, die schneller anzeigen können, wann
das geschmolzene Blei in das Umwandlungsstadium von flüssig zu
fest eintritt. Durch die Fähigkeit,
den Schmelzzustand des Bleis schneller zu bestimmen, besteht noch
ausreichend Zeit, den Kolbenantrieb 13 zu aktivieren, um
den Kolben 13 in das geschmolzene Blei zu treiben und dieses
in ein verringertes Volumen zu drücken, bevor das Blei vollständig durch
das Umwandlungsstadium von flüssig
zu fest geht.
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Wenn
das System 10 sich im in 1 dargestellten
Zustand befindet, kann die Steuereinheit 14 die Zufuhr
von geschmolzenem Blei aktivieren, um geschmolzenes Blei unter Drücken von
40.000 psi oder höher
zu fördern,
um geschmolzenes Blei an das Rohr 22 zu leiten, welches
das geschmolzene Blei unter Druck zum Angusskanal 24 leitet.
Das geschmolzene Blei fließt
in die Richtungen, die von den Pfeilen in den Angusskanälen 24 und 25 angezeigt werden.
Es ist anzumerken, dass sich in dieser Situation der Kolben 23 hinter
dem Angusskanal 24 befindet, so dass geschmolzenes Blei
vom Angusskanal 24 in den Angusskanal 25 und in
den Batterieklemmen-Hohlraum 20 fließt. Während das geschmolzene Blei
in den Batterieklemmen-Hohlraum 20 fließt, entfernt die Vakuum-Quelle
Luft aus dem Batterieklemmen-Hohlraum 20, wobei die Luft
durch die Vakuum-Quelle 15 strömt, wie durch den Pfeil in der
Leitung 21 angezeigt. Wie bereits erwähnt, endet die Unterdruckleitung 21 an
einer kalten Stelle, die durch das Bezugszeichen 29 angezeigt
wird, während
das geschmolzene Blei in den Batterieklemmen-Hohlraum an einer Stelle
eintritt, die als heiße Stelle 28 bezeichnet
wird, d. h. in einem Bereich, wo das Blei zuletzt erstarrt.
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Sobald
das geschmolzene Blei in den Batterieklemmen-Hohlraum 20 eindringt, füllt es den
Batterieklemmen-Hohlraum, und das Blei an der kalten Stelle 29 beginnt
zu erstarren, wodurch verhindert wird, dass mehr geschmolzenes Blei
aus der Form und in die Leitung 21 gesaugt wird. Es soll
darauf hingewiesen werden, dass die Größe der Öffnung an der kalten Stelle
klein genug gehalten wird, damit das geschmolzene Blei erstarrt
und das offene Ende der Leitung 21 schnell füllt, aber
die Leitung 21 groß genug
ist, damit die Luft rasch aus dem Batterieklemmen-Hohlraum 20 gesaugt
werden kann.
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Wenn
die Unterdruckleitung 21 verschlossen wird, beginnt der
Druck im Batterieklemmen-Hohlraum 20 unter dem Druck der
Zufuhr geschmolzenen Bleis zuzunehmen. Wenn der Druck ein vordefiniertes
Niveau erreicht, das durch die Form und Größe der Batterieklemme bestimmt
werden kann, die gegossen wird, misst die Steuereinheit 14 den
Druck und sendet ein Signal an den Kolbenantrieb 13. Der Kolbenantrieb 13 schließt einen
schnellen Hydraulikzylinder o. Ä.
ein, der den Kolben 23 schnell nach vorne treibt, wodurch
gleichzeitig die Zufuhr von zusätzlichem
geschmolzenen Blei aus dem Angusskanal 24 abgeschnitten
und das Volumen verringert wird, in dem das Blei erstarrt.
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Falls
erwünscht,
kann die Volumenreduzierung auf der Grundlage von Versuch und Irrtum
ermittelt werden. Das heißt,
durch Begutachtung des Endprodukts im Hinblick auf Risse und Sprünge kann
ermittelt werden, ob mehr Volumenreduzierung erforderlich ist, da
unzureichende Volumenreduzierung des Bleis oder der Bleilegierung
Risse und Sprünge in
der fertigen Batterieklemme hinterlässt.
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3 zeigt
einen Abschnitt des Systems 10 mit der Form 11.
In der Situation, die in 3 dargestellt ist, wurde der
Kolben 23 in die Leitung 25 getrieben und hat
so den Fluss von zusätzlichem
geschmolzenen Blei durch den Angusskanal 24 abgeschnitten.
Gleichzeitig hat das Ende des Kolbens 23 das geschmolzene
Blei in der Leitung 25 in die Form gedrückt, indem das geschmolzene
Blei vor dem Ende 23a des Kolbens 23 hergeschoben
wurde. So wurde das Volumen für
geschmolzenes Blei zur Erstarrung darin verringert, indem das Kolbenende 23a in
die Nähe
des Batterieklemmen-Hohlraums 20 gedrückt wurde. Im bevorzugten Verfahren
wird das Kolbenende 23a an den äußeren Rand des Batterieklemmen-Hohlraums 20 getrieben
und verhindert so eine Vorwölbung
am Batterie-Gussteil. Das heißt, das
Ende 23a, wenn in dem Kolben, der in 3 dargestellt
ist, bestimmt das Ende eines Abschnitts der Batterieklemme, die
darin gegossen wird.
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4 zeigt
eine alternative Ausführungsform
meines Systems, die einen Kolben 41 verwendet, der unter
einem vorbestimmten Druck gehalten wird. Die Bestandteile von System 50,
die identisch mit den Bestandteilen von System 10 sind,
sind mit gleichen Nummern dargestellt. Das System 50 schließt ein Gehäuse 40 ein,
das sicher an der Form 11 befestigt wird. Das Gehäuse 40 schließt einen
Zylinder 42 ein, in dem sich ein verschiebbarer Kolben 41 befindet.
Eine Kammer 43 befindet sich über dem oberen Ende des Kolbens 41.
Eine Hochdruckquelle ist durch eine Leitung 46 mit der
Kammer 43 verbunden. Die Steuerung für die Hochdruckquelle 45 erfolgt
von der Steuereinheit 14 und über die Leitung 14e.
Der Kolben 41 ist in leicht erhöhtem Zustand dargestellt, und
während
seines Betriebs bewegt sich das untere Ende 41a des Kolbens 41 aus
einer Position, die bündig
mit der Oberfläche
des Batterieklemmen-Gussteils 20 ist, in eine Position
oberhalb des Batterieklemmen-Gussteils 20 (dargestellt
in 4) und schließlich
zurück
in eine Position, in der das Ende 41a mit der Oberfläche des
Blei-Batterieklemmen-Gussteils 20 bündig ist.
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In
der in 4 dargestellten Ausführungsform wird der Kolben 41 in
einer heißen
Stelle in der Form positioniert. Das Blei wird dann unter Druck durch
den Angusskanal 24 in die Form 28 eingespritzt.
In diesem Stadium des Formvorgangs wird der Spritzdruck des Bleis
bis zu einem Niveau aufgebaut, auf dem der Druck des Bleis in der
Form ausreicht, um den Kolben 41 nach oben zu drücken, wie in 4 dargestellt.
Wenn die Form beginnt abzukühlen
und die Zufuhr von Blei in den Batterieklemmen-Hohlraum unterbrochen wird, beginnt
der Druck im Batterieklemmen-Hohlraum 20 abzunehmen. Wenn
der Druck in der Form abnimmt, erreicht er einen Punkt, an dem die
Druckkräfte
auf das obere Ende des Kolbens 4l größer werden als die Druckkräfte auf
das untere Ende 41a des Kolbens 41. In diesem
Zustand wird der Kolben 41 von der Druckluft in der Kammer 43 nach
unten getrieben, wodurch das Volumen, das zur Erstarrung des Bleis
darin verfügbar
ist, reduziert wird. Solange sich der Kolben 41 in einer
heißen
Stelle in der Form befindet, wird das Blei in ein kleineres Volumen
gedrückt,
wenn es erstarrt. Folglich führt
die Volumenreduzierung dazu, dass das Batterie-Gussteil, das dadurch
geformt wird, im Wesentlichen frei von Rissen geformt wird. Falls
gewünscht,
kann sichergestellt werden, dass das Blei nicht in dem Bereich erstarrt,
wo der Kolben die Schmelze berührt,
indem eine Temperatur des Kolbens höher gehalten wird als diejenige
des geschmolzenen Bleis in der Form.
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5 ist
eine Querschnittsansicht, die einen Abschnitt einer Form 50 im
Querschnitt darstellt. Darin wird ein Batterieklemmen-Hohlraum 51 gezeigt, der
eine obere zylindrische elektrische Kontaktfläche 51a und eine untere
nicht elektrische Kontaktfläche 51b hat.
Die elektrische Kontaktfläche
wird definiert als die Oberfläche
der Batterieklemme, die mechanisch an ein Batteriekabel geklemmt
wird, um elektrische Energie von der Batterieklemme an das Batteriekabel
zu übertragen.
Die nicht elektrische Kontaktfläche 51b ist
die Oberfläche
der Batterieklemme, die entweder mit dem Batteriegehäuse verbunden
wird, frei von Kontakt mit anderen Teilen bleibt oder an ein anderes
Batterieteil angeschmolzen wird. Im Allgemeinen sollte die elektrische
Kontaktfläche
einen glatten und kontinuierlichen Schliff zur mechanischen Befestigung
eines Batteriekabelschuhs daran haben, während Glätte und Kontinuität der nicht
elektrischen Kontaktfläche
weniger wichtig ist, weil es keine mechanischen Verbindungen dazu
gibt. Die Form 50 schließt eine Entlüftungsöffnung 56 zum
Entfernen von Luft aus dem Batterieformen-Hohlraum ein. Je nach
den Gießbedingungen
könnte
eine Vakuum-Quelle damit verbunden werden, um Luft schneller abzusaugen.
Ein zylindrischer Kolben 54 wird in einem zylindrischen
Durchgang positioniert, wobei der Kolben 54 eine Endquelle 51b hat,
die während des
Druckgießverfahrens
mit der Oberfläche
der nicht elektrischen Kontaktfläche
des Formenhohlraums bündig
ist. Ein Kolbenantrieb 53 wird nahe der Form 50 positioniert
und schließt
darin Mittel (nicht dargestellt) ein, um den Kolben 54 zum
Batterieklemmen-Hohlraum 51 zu treiben oder den Kolben 54 vom
Batterieklemmen-Hohlraum fortzuziehen.
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6 ist
eine Querschnittsansicht der Form in 5, die eine
erstarrte Batterieklemme 60 darstellt, welche sich im Batterie-Hohlraum 51 befindet. Der
Kolben 54 ist in die erstarrte Batterieklemme 60 mit
ausreichend Kraft getrieben worden, um das erstarrte Blei zumindest
teilweise zu einer Batterieklemme kaltzuformen, die frei von Rissen
und Sprüngen
ist. Das heißt,
das Ende des Kolbens 54a wird gezeigt, wie es in die Batterieklemme
eindringt, um das Volumen des Batterieklemmen-Hohlraums zu verringern
und gleichzeitig zumindest einen Teil der sich darin befindlichen
Batterieklemme 60 mechanisch umzuformen. In der dargestellten
Ausführungsform
ist der mechanische Druck ausreichend, um erstarrtes Blei durch
die Öffnung 56 und
aus der Form 50 zu drücken,
wie an dem erstarrten Blei 60a zu erkennen ist, das sich
aus der Entlüftungsöffnung 56 erstreckt.
So kann unter Druck ein Batterieteil gegossen und erstarren gelassen
werden, und während sich
der Batterieteil noch in der Form, aber schon in erstarrtem Zustand
befindet, kann ein Kolben in das erstarrte Teil getrieben werden,
um das Blei mechanisch umzuformen, wodurch Risse oder Sprünge in der
Batterieklemme entfernt werden, die als Ergebnis des Druckgussverfahrens
auftreten. 6 zeigt, dass der Kolben in
die Batterieklemme 60 getrieben werden kann, um eine Vertiefung
in der Batterieklemme zu hinterlassen. Wenn der Kolben in den Abschnitt
der Batterieklemme getrieben wird, welcher die nicht elektrische
Kontaktfläche
enthält,
kann ein Merkmal wie eine Vertiefung daran toleriert werden, ohne
den Betrieb der Batterieklemme zu beeinträchtigen. Dieser Vorgang der
Volumenkontraktion ist geeignet, wenn der Batterieteil eine solche
Form hat, dass die Volumenkontraktion zur Verformung des Bleis in
entfernten Abschnitten des Batterieteils führen kann. Das heißt, manche
Batterieteile können
so ausgebildet sein, dass eine Volumenreduzierung in einem Bereich
nur teilweise zu einer Kaltformgebung führt oder der Batterieteil Nacharbeit
erfordert, wodurch ein Batterieteil mit einem Riss oder Sprung entsteht.
In denjenigen Batterieteilen, wo während der Kaltformgebung jedoch
Metall wirksam durch den Batteriehohlraum bewegt werden kann, kann
die Volumenkontraktion nach Erstarrung des Batterieteils stattfinden.
Der Vorteil dieses Verfahrens ist, dass der Druck innerhalb der
Form lokal, aber nicht über die
gesamte Form hinweg erhöht
wird, da der erstarrte Batterieteil Druckkräfte nicht in demselben Maße weiterleitet
wie eine Flüssigkeit.
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7 ist
eine Querschnittsansicht, die einen Abschnitt einer Form 50 und
einen Kolben 54 darstellt, der so positioniert ist, dass
seine Endoberfläche 54a die
nicht elektrische Kontaktfläche 51b nicht berührt. Darin
ist eine unter Druck gegossene erstarrte Batterieklemme 65 mit
einer erstarrten Verlängerung 65a dargestellt,
die sich von der Batterieklemme 65 nach außen zur
Endoberfläche 54a des
Kolbens 54 erstreckt. In dieser Situation ist die Verlängerung 65a als
fester Bestandteil der Batterieklemme erstarrt. Die Batterieklemme 65,
die durch ein Druckgussverfahren geformt wurde, kann Risse und Sprünge einschließen. Um
diese zu entfernen, wird der Kolben 54 mit einer Kraft
zum Batterie-Anschlussstift 65 hin getrieben, die ausreicht,
um das Material in der Verlängerung 65a in
die Batterieklemme zu drücken
und so die Batterieklemme mechanisch in einen Zustand umzuformen,
worin die Risse und Sprünge
entfernt werden.
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8 stellt
die Bewegung des Kolbens in eine Position dar, die mit der Oberfläche der
Batterieklemme bündig
ist. Durch Bewegen des Kolbenendes 54a in eine Position,
die mit der Batterieklemme 65 bündig ist, erhält die Batterieklemme
eine kontinuierliche Oberfläche.
Folglich kann das in 8 dargestellte Verfahren entweder
bei der nicht elektrischen Kontaktfläche oder bei der elektrischen
Kontaktfläche
angewandt werden, da die fertige Oberfläche mit der benachbarten Oberfläche bündig bleibt.
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9 ist
eine Querschnittsansicht, die einen Abschnitt einer Form 55 mit
einer erstarrten Batterieklemme 66 darin darstellt. Ein
Kolben 54 ist so positioniert, dass seine Endoberfläche 54a die
Endoberfläche 51b des
Formenhohlraums nicht berührt.
In der dargestellten Situation erstreckt sich eine erstarrte zylindrische
Verlängerung
mit der Länge
L1 aus der Batterieklemme 66.
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10 ist
eine Querschnittsansicht der Form in 9, die das
Ende des Kolbens in einer Position zeigt, die ebenfalls von der
Endoberfläche
des Formenhohlraums getrennt ist. Das heißt, der Kolben ist in den Durchgang 55 getrieben
worden, bis die Verlängerung 66b auf
die Länge
L2 verkürzt
wurde. Der Zweck der mechanischen Reduzierung des Volumens der erstarrten
Batterieklemme 66 besteht darin, mindestens einen Teil
des Metalls in der Batterieklemme kaltzuformen, um so eventuelle
Risse oder Sprünge
in der unter Druck gegossenen Batterieklemme zu entfernen. Das in
den 9 und 10 dargestellte Verfahren erfordert
weniger Präzision
in der Kolbenbewegung, um das Metall in eine Form zu bringen, die
frei von Rissen und Sprüngen
ist. Zum Beispiel könnte
die Größe der Kraft,
die auf den Kolben 53 ausgeübt wird, der entscheidende
Faktor für den
Kolbenweg sein, anstatt dass die Länge des Kolbenwegs den Umformungsdruck
auf die Batterieklemme bestimmt.
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11 ist
eine Ansicht einer Batterieklemme von 10, wobei
die Pressguss-Verlängerung 66b schematisch
als abgeschnitten dargestellt ist. In der Praxis kann das Herausnehmen
der Batterieklemme 66 aus der Form dazu führen, dass
die Verlängerung 66b abgeschnitten
wird und im zylindrischen Durchgang 55 bleibt. Das heißt, die
Verlängerung 66b hat einen
Durchmesser, der klein genug ist, damit die Verlängerung durch die Kraft des
Herausnehmens der Batterieklemme abgebrochen werden kann.
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Um
das Herausnehmen der Verlängerung 66b aus
der Form zu verdeutlichen, wird Bezug auf 12 genommen,
die eine Querschnitts-Teilansicht des Kolbens in 10 ist.
Der Kolben 53 wird gezeigt, wie er die Pressguss-Verlängerung 66b aus dem
Durchgang 55 drückt.
So kann mit dem Verfahren, das in den 9–12 dargestellt
ist, eine Verlängerung
an der gegossenen Batterieklemme gelassen und dann beim Herausnehmen
der Batterieklemme abgebrochen werden. Die Verwendung des Kolbens 54 ermöglicht es,
den Durchgang 55 für den
nächsten
Gießvorgang
zu säubern.
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13 ist
eine Vorderansicht einer Zweimetall-Batterieklemme 70,
die ein mittleres Glied 73 mit einem ersten Klemmenende 71,
das eine Öffnung 71a hat,
und einem zweiten Klemmenende 72 mit einer Öffnung 72a darin
hat. Das Äußere der
Klemme 70 ist Blei.
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14 ist
eine Querschnittsansicht entlang den Linien 14-14 in 13, die
das aus Blei bestehenden Verlängerungsklemme 73 und
den inneren Kern 73 darstellt, welcher aus einem anderen
Metall, wie z. B. Kupfer, besteht. Der Kern 75 ist von
einer Bleiummantelung umgeben, die unter Druck darauf gegossen wurde.
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Um
das Druckgießen
des Batterieteils in 13 zu verdeutlichen, wird auf 15 hingewiesen,
die eine Querschnittsansicht einer Form 80 und einer Haltevorrichtung
zum Druckgießen
der Batterieklemme in 13 ist. Die Haltevorrichtung
umfasst ein Paar einziehbarer Glieder 82 und 83,
die einander gegenüber
angeordnet sind, wobei der Kern 75 dazwischen in einer
Position gehalten wird, die Platz 86 um den Kern 75 herum
lässt,
um es zu ermöglichen,
dass geschmolzenes Metall hineinfließt. Die einziehbaren Glieder 82 und 83 werden durch
nicht dargestellte Mittel in Druckkontakt mit dem Kern 75 gehalten.
Eine Quelle für
unter Druck gesetztes Blei 81 befindet sich durch den Angusskanal 82 in
Flüssigkeitsaustausch
mit dem Formenhohlraum 86. In der dargestellten Situation
ist die Form 80 bereit, geschmolzenes Blei aufzunehmen.
In dieser Situation befindet sich ein erster Kolben 84 in
einer zurückgezogenen
Position, um einen Formraum 84a vor dem Ende des Kolbens 84 bereitzustellen,
und in ähnlicher
Weise befindet sich der Kolben 85 in einer zurückgezogenen
Position, um einen Formraum 85a vor dem Ende des Kolbens 85 bereitzustellen.
Während
die Klemme 70 gegossen wird, wird das geschmolzene Blei
in den Hohlraum 86 und in den Raum 85a und 85b gedrückt. Sobald
das Blei in der Form erstarrt ist, um den Kern darin zu halten,
werden die einziehbaren Glieder 82 und 83 zurückgezogen
und hinterlassen das unter Druck gegossene Blei, um den Kern darin
zu stützen.
Das Zurückziehen
der einziehbaren Glieder 82 und 83 hinterlässt einen
Hohlraum im erstarrten Material in der Form 80. Um die
Hohlräume
zu füllen, die
durch das Zurückziehen
der einziehbaren Glieder 82 und 83 erzeugt wurden,
werden die Kolben 84 und 85 nach innen in eine
Position bewegt, die mit der Außenseite des
restlichen Teils der Form bündig
ist.
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16 ist
eine Querschnittsansicht einer Form und einer Haltevorrichtung in 15 mit
einem Paar einziehbarer Glieder 82 und 83 in der
eingezogenen Position und den Treibkolben 84 und 85 in
der ausgefahrenen Position. In dieser Situation wurde das Metall,
das im Bereich 85a und 84a in 14 vorhanden
ist, in die Hohlräume
gedrückt,
die durch das Einziehen der einziehbaren Glieder 82 und 83 erzeugt
wurden. Folglich kann die Klemme 70 in einem Druckgussverfahren
geformt werden, wobei die abschließende Formung der Batterieklemme
durch eine Umformung des unter Druck gegossenen Bleis erzielt wird,
um so ein Endprodukt zu gewinnen.
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17 ist
eine Querschnittsansicht einer alternativen Ausführungsform eines unter Druck
gegossenen Teils 91, an dem sich eine zylindrische Verlängerung 91a befindet.
Die Länge
der zylindrischen Verlängerung 91a wird
begrenzt durch das Ende eines ringförmigen Antriebsstempels 95.
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18 zeigt
den Batterieteil von 17, wobei der ringförmige Antriebsstempel 95 in
die erstarrte Verlängerung 91a eingefahren
ist, um den Batterieteil 91 frei von Rissen und Sprüngen kaltzuformen. So
kann mit dem vorliegenden Verfahren eine Vielzahl von Batterieteilen
unter Druck geformt werden, und durch einen Prozess der Volumenreduzierung, entweder
vor der Erstarrung oder im erstarrten Zustand, kann eine Batterieklemme
erzeugt werden, die frei von Rissen und Sprüngen ist.
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19 zeigt
eine Form 100 mit einem Kernstift 101 und einem
verschiebbaren Ring 108 zum Druckgießen eines Batterieteils, welche
durch den Hohlraum 110 bestimmt wird, der den ringförmigen Hohlraum
einschließt,
der den Kernstift 101 umgibt. Beim Arbeiten mit der Form
in 19 dringt geschmolzenes Blei unter Druck in die
Angusskanäle 103 ein,
um den Batterieteil-Hohlraum 110 zu
füllen. Ein
verschiebbarer Ring 108 befindet sich innerhalb des festen
Rings 109, wobei das Ende des Rings 108 und der
innere Abschnitt des Rings 109 einen Abschnitt des Batterieteils
bestimmen. Durch Druckgießen
des Batterieteils mit den Ringen in der dargestellten Position wird
eine ringförmige
Verlängerung des
Batterieteils im Batterie-Hohlraum-Abschnitt erzeugt, die durch 110a bestimmt
wird. Um für
die Volumenkontraktion des Batterieteils zu sorgen, um einen Batterieteil
bereitzustellen, der frei von Rissen und Sprüngen ist, ist ein Kolben 106 eingeschlossen, der
in der Kammer 107 verschiebbar ist. Eine erste Öffnung 104 empfängt eine
erste Flüssigkeit,
und eine zweite Öffnung 105 empfängt eine
zweite Flüssigkeit.
Wenn der Druck in der Öffnung 105 schnell erhöht wird,
drückt
er der Kolben 106 nach oben, was den Ring 108 nach
oben in den den Batteriehohlraum-Bereich 110a treibt, wodurch
die darin befindliche ringförmige
Bleiverlängerung
durch Reduzierung des Volumens, das für die Bleiverlängerung
verfügbar
ist, zusammengedrückt
wird. In der in 19 dargestellten Form kann der
Ring 108 zur Volumenreduzierung nach oben gedrückt werden,
während
sich das Blei im Umwandlungszustand zwischen flüssig und fest befindet oder
wenn das Blei abgekühlt
ist. Wenn das Blei in den Festzustand abgekühlt ist, bevor der verschiebbare
Ring 108 nach oben getrieben wird, wird das Blei zu einem
Batterieteil kaltgeformt. Der Kolben 106 kann durch Erhöhung des
Drucks in der Öffnung 104 und
Verringerung des Drucks in der Öffnung 105 wieder
gesenkt werden, wodurch der Kolben 106 aus dem Antriebsring 108 gezogen
wird.
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20 zeigt
eine schematische Teildarstellung meines geschlossenen Systems 210 zum Druckgießen von
Bleiartikeln, während
das geschmolzene Blei in den Angusskanälen in geschmolzenem Zustand
gehalten wird. Das geschlossene System 210 zum Formen von
Bleiartikeln unter Druck schließt
eine Quelle für
geschmolzenes Blei 212 ein, das unter Druck gesetzt werden
kann, ein Steuermodul 211, einen Angusskanal 214,
um geschmolzenes Blei zu einem Gehäuse 215 zu leiten,
das ein Absperrventil einschließt,
welches den Fluss von geschmolzenem Blei in eine Form 219 steuert.
Das Steuermodul 211, das ein Computer mit entsprechender
Software sein kann, ist mit der Quelle für geschmolzenes Blei 212 durch
eine Leitung 213 verbunden. In ähnlicher Weise ist das Steuermodul 211 durch
eine Leitung 217 mit einem Arbeitszylinder 218 verbunden.
Eine dritte Leitung 216 verbindet das Steuermodul 211 mit
einem Arbeitszylinder, der sich im Gehäuse 215 befindet.
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In
der in 21 dargestellten Ausführungsform
schließt
die Form 219a eine Entlüftungskammer 231 ein,
damit Luft aus dem Formenhohlraum darin entweichen kann. Entlüftungskammern
sind im Fachgebiet bekannt und umfassen im Allgemeinen eine enghalsige
Leitung, die es ermöglicht,
dass Luft aus dem Formenhohlraum entweicht, wenn das geschmolzene
Blei in den Formenhohlraum eingespritzt wird. Die Leitung hat einen
engen Hals, damit Luft entweichen kann, aber wenn Blei in die enghalsige Entlüftungsleitung
eintritt, kühlt
es schnell ab und erstarrt, wodurch der Durchgang verschlossen und
das Austreten von geschmolzenem Blei verhindert wird.
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Die
Form 219 ist auf einem Paar Schienen 221 dargestellt,
damit die Form 219 mit dem Anschluss 222 durch
einen Arbeitszylinder 218 in eine vorübergehende Verbindung mit einem
Anschluss 223 am Gehäuse 215 geschoben
werden kann. Die Ausführungsform
wie in 21 beschrieben, mit dem Gehäuse 215 in
Querschnittsansicht, ist in den 24–28 detaillierter
dargestellt. In einer weiteren Ausführungsform, die in den 1–23 dargestellt
ist, bleibt der Formenanschluss 222 während des Formvorgangs in Kontakt
mit dem Anschluss 223.
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Im
geschlossenen Systembetrieb der vorliegenden Erfindung wird das
Blei in geschmolzenem Zustand gehalten, indem das Gehäuse 215,
das normalerweise aus Eisen besteht, bei einer Temperatur oberhalb
des Schmelzpunkts für
Blei gehalten wird. So wird sichergestellt, dass das geschmolzene
Blei darin in einem geschmolzenen Zustand bleibt. Zum Gießen eines
Produkts muss die Form 219 jedoch bei ausreichend niedriger
Temperatur gehalten werden können,
so dass geschmolzenes Blei, das in die Form 219 eingespritzt
wird, darin erstarren kann. Um sicherzustellen, dass die Temperatur
der Form niedrig genug ist, kann eines von zwei Systemen verwendet
werden, um die Wärmeübertragung
zwischen der Form 219 und dem Gehäuse 215 zu minimieren.
Ein System kann für
Formen geeignet sein, die überschüssige Wärme schnell
ableiten können,
und das andere System kann besser für Formen geeignet sein, die
nicht so schnell Wärme
ableiten können.
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In
der Ausführungsform,
die in den 21 und 24–28 dargestellt
ist, wird die Form vorübergehend
Kontakt mit dem Gehäuse 215 gehalten,
indem die Form 219 während
eines Abschnitts des Gießzyklus
vom Gehäuse 215 fortgeschoben wird,
wodurch das Ausmaß der
Wärmeübertragung vom
Gehäuse 215 an
die Form 219 durch Begrenzung der Kontaktdauer zwischen
Gehäuse 215 und Form 219 begrenzt
wird. In der in den 2–4 dargestellten
Ausführungsform
wird Wärmeisolierung
verwendet, um die Form thermisch gegenüber dem Gehäuse 215 zu isolieren,
um so das Ausmaß der
Wärmeübertragung
vom Gehäuse 215 an
die Form 219 zu begrenzen.
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Das
Gehäuse 215 und
die Form 219a einer alternativen Ausführungsform sind in Querschnittsansicht
in den 2–4 dargestellt.
Die Form 219a schließt
einen Formenhohlraum 230 mit einer damit verbundenen Entlüftungsleitung 231 ein.
Entlüftungsleitungen
sind im Fachgebiet bekannt und sind im Allgemeinen enge Leitungen,
die mit dem Formenhohlraum verbunden sind, damit Luft aus der Form
entweichen kann, wenn das geschmolzene Blei in die Form eingespritzt
wird. Da die Leitung eng ist, wird das darin eingedrungene geschmolzene
Blei schnell abgekühlt,
wodurch die Leitung vom geschmolzenen Blei blockiert wird. Wenn
das gegossene Teil frei von kleinen Lufteinschlüssen sein soll, kann eine Entlüftungsleitung
verwendet werden; wenn jedoch kleine Lufteinschlüsse im gegossenen Teil akzeptabel
sind, muss keine Entlüftungsleitung verwendet
werden. Die Form 219a ist mit dem Anschluss 233 in
Eingriff mit dem Anschluss 234 dargestellt; die Form 219a ist
gegenüber
dem Gehäuse 215 durch
Isolierpolster 232 thermisch isoliert.
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Das
Gehäuse 215 schließt einen
Arbeitszylinder 235 ein, der einen verschiebbaren Kolben 236 einschließt, welcher
durch ein Signal vom Steuermodul 211 in beide Richtungen
angetrieben werden kann. Mit dem verschiebbaren Kolben 236 verbunden
ist ein zylindrisches einziehbares und ausfahrbares Glied 237,
das mit dem Angusskanal 214 zusammenwirkt, um ein Absperrventil 239 zu
bilden, das das Einspritzen von geschmolzenem Blei in den Formenhohlraum 230 steuert.
In 22 wird gezeigt, dass der Angusskanal 214 ein
zylindrische Kammer 214c, eine kleinere zylindrische Leitung 214b,
die sich in rechtem Winkel zur Kammer 214c befindet, und
eine weitere zylindrische Leitung 214a einschließt, die
sich in der Form 219a befindet, welche mit dem Formenhohlraum 230 verbunden
ist. Das Gehäuse 215 einschließlich des
Absperrventils 239 wird durch eine externe Wärmequelle
(nicht dargestellt) bei einer Temperatur gehalten, die hoch genug ist,
damit Blei, das sich darin befindet, in geschmolzenem Zustand bleibt.
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Das
Absperrventil 239 hat eine geschlossene Position, dargestellt
in 21, um zu verhindern, dass geschmolzenes Blei
aus dem Angusskanal 214 fließt, und eine offene Position,
dargestellt in 22, um zu ermöglichen,
dass geschmolzenes Blei in den Formenhohlraum 230a fließt. In der
geschlossenen Position, wie in 21 dargestellt,
verschließt
der verschiebbare Kolben oder das zylindrische Glied 237 die
Angusskanal-Leitung 214b, um zu verhindern, dass weiteres
geschmolzenes Blei in den Formenhohlraum 230a eindringt.
Die Abdichtung wird erzielt durch eine enge Passtoleranz zwischen
dem Außendurchmesser
des Glieds 237 und dem Innendurchmesser der Angusskanal-Leitung 214b.
In der offenen Position, die in 22 dargestellt
ist, wird das geschmolzene Blei durch die Angusskanal-Leitung 214c, 214b und 214a und
in den Hohlraum 30a fließen gelassen, wie durch die
Pfeile angezeigt. In diesem Zustand wird das geschmolzene Blei unter Druck
in den Hohlraum 30a eingespritzt, der durch einen verschiebbaren
Kolben in einem Immersions-Gehäuse 261 erzeugt
wird. Um für
reibungslosen Betrieb zu sorgen, schließen die Form und das Gehäuse zusammenpassende
Glieder ein, um einen kontinuierlichen Durchgang in der Leitung
zwischen dem Formenhohlraum und dem Gehäuse bereitzustellen, und eine
Führung,
wie z. B. eine abgeschrägte
ringförmige
Kante, entweder am Ende des zylindrischen Glieds 237 oder
an der Leitung 214b, um sicherzustellen, dass eventuelle
Fluchtungsfehler des zylindrischen Glieds mit der Leitung automatisch
korrigiert werden.
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Die 24–28 zeigen
die Ausführungsform,
worin die Form 219 in vorübergehenden Eingriff mit dem
Gehäuse 215 geschoben
ist. Mit Bezug auf 24 ist die Form 219 dargestellt,
wie sie auf Schienen 221 aufgesetzt ist, wobei die Form 219 mit einer
Verlängerung
verbunden ist, und mit einem einziehbaren Glied 218a, das
vom Zweiwegzylinder 218 angetrieben wird, der in 21 dargestellt
ist. Die Form 219 wird ohne Entlüftungsleitung gezeigt. 24 zeigt
die Form in einer Position, welche die Wärmeübertragung zwischen dem Gehäuse 215 und der
Form 219 minimiert. In diesem Zustand sind der Anschluss 233 und
der Anschluss 234 voneinander gelöst, und die Form 219 ist
vom Gehäuse 215 gelöst, um so
die Wärmeübertragung
vom Gehäuse 215 zur
Form 219 zu begrenzen. In diesem Zustand ist das Zylinderglied 237 dargestellt,
wie es den Angusskanal 214 verschließt, um zu verhindern, dass geschmolzenes
Blei in den Formenhohlraum 230 eindringt.
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25 zeigt,
dass die Form 219 durch die Verlängerung von Glied 218a in
Eingriff mit dem Gehäuse 215 gebracht
wurde, wodurch die Form 219 dazu gebracht wird, auf den
Schienen 21 zu gleiten. In diesem Zustand ist der Formenhohlraum 230 bereit,
geschmolzenes Blei durch den Angusskanal 214a zu empfangen;
das zylindrische Glied 237 hält jedoch geschmolzenes Blei
im Angusskanal 214 durch die enge Passtoleranz zwischen
dem zylindrischen Glied 237 und der zylindrischen Angusskanal-Leitung 214b.
Der Schritt des Schließens
des Angusskanals schließt
die Bewegung des Kolbens 237 in eine Position ein, die
weit genug ist, so dass der Kolben nicht in die Form eingreift,
aber in einem Blockierungszustand im Angusskanal gehalten wird,
um so zu verhindern, dass geschmolzenes Blei aus dem Angusskanal
austritt.
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26 zeigt
das Absperrventil 239 in offener Position, wobei das geschmolzene
Blei in den Formenhohlraum 230 fließt. Es ist anzumerken, dass das
Ende 237e des zylindrischen Glieds 237 in eingezogenem
Zustand positioniert ist, um den Fluss von geschmolzenem Blei in
die Leitung 214b nicht zu blockieren.
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27 zeigt
das Absperrventil 239 in geschlossenem Zustand, wobei sich
das Ende 237e in die Angusskanal-Leitung 214b erstreckt,
um die Leitung 214b zu verschließen und zu verhindern, dass zusätzliches
geschmolzenes Blei in den Hohlraum 230 fließt. Das
geschmolzene Blei 251 befindet sich im Hohlraum 230 in
einem Erstarrungszustand, und das Blei 251 schließt eine
Verengung 251a ein, die sich in die Angusskanal-Leitung 214a erstreckt.
Eine Eigenschaft der vorliegenden Erfindung ist, dass man dem Formen
des Bleistücks
im Hohlraum 230 den Verstärkungsvorgang hinzufügen kann.
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Während des
Verstärkungsprozesses
wird der Zustand des geschmolzenen Bleis überwacht, so dass, wenn das
geschmolzene Blei in einen Umwandlungszustand von flüssig zu
fest eintritt, das Volumen der Form, das für die Erstarrung des Bleis
darin verfügbar
ist, schnell reduziert wird, so dass das geschmolzene Blei in das
restliche Volumen fließt, während erhöhte Drücke auf
das geschmolzene Blei aufrechterhalten werden. Wenn das geschmolzene Blei
bei verringertem Volumen und unter erhöhtem Druck erstarrt, wird ein
Bleistück
erzeugt, das im Wesentlichen frei sowohl von Rissen als auch von Sprüngen ist.
In einer weiteren Variante des Verfahrens wird das Bleistück in der
Form erstarren gelassen, aber bevor es aus der Form entfernt wird,
wird ein Kolben mit ausreichender Kraft in das Bleistück getrieben,
so dass ein Teil des Bleistücks
zumindest teilweise kaltgeformt wird, um so ein Bleistück zu produzieren,
das frei von Rissen und Sprüngen
ist. Es ist somit ersichtlich, dass bei dem vorliegenden Verfahren
eines geschlossenen Systems das zylindrische Glied 237e nicht
nur ausgebildet ist, um den Fluss von geschmolzenem Blei zu unterbrechen,
sondern auch in das erstarrende Blei im Formenhohlraum 230 getrieben
werden kann, um den Druck zu erhöhen oder
zu verstärken,
um ein Bleistück
zu erzeugen, das im Wesentlichen frei sowohl von Rissen als auch von
Sprüngen
ist. So kann das Absperrventil sowohl den Fluss von geschmolzenem
Blei in den Formenhohlraum steuern als auch den Druck des Bleis
in der Form erhöhen.
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Während die Übertragung
von geschmolzenem Blei vom Angusskanal 214 zur Form 219 beschrieben
wurde, schließt
das geschlossene System auch eine Quelle für unter Druck gesetztes Blei 212 ein.
Diese Quelle ist in den 29–31 dargestellt.
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29 zeigt
eine Quelle für
geschmolzenes Blei 212, das unter Druck gesetzt werden
kann, einschließlich
einer Wanne 260 mit geschmolzenem Blei 29, die
darin ein Immersions-Gehäuse 261 mit
einem verschiebbaren Kolben 262 hat, um den Druck des geschmolzenen
Bleis im Immersions-Gehäuse 261 und
Angusskanal 214 zu erhöhen.
Das Immersions-Gehäuse 261 hat
einen Einlass 263, der im unteren Abschnitt der Wanne 260 mit
geschmolzenem Blei gehalten werden kann, um zu verhindern, dass Luft
in das Immersions-Gehäuse
gesaugt wird, wenn eine frische Charge von geschmolzenem Blei in
das Gehäuse
geleitet wird. Das heißt,
der Einlass 263 befindet sich unter dem oberen Teil 229a der
Wanne mit geschmolzenem Blei. Das Immersions-Gehäuse 261 ist im Fachgebiet
bekannt und wird benutzt, um Blei aus einer Wanne mit geschmolzenem
Blei zu verdrängen.
Im vorliegenden System ist das Immersions-Gehäuse mit dem Formenhohlraum
durch ein geschlossenes System verbunden, das es ermöglicht,
eine Charge Blei aus dem System zu entfernen oder in das geschlossene
System zu leiten, ohne den Zustand des geschmolzenen Bleis im System
zu stören.
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29 zeigt
den Kolben 262 zu Beginn des Zyklus, wobei sich geschmolzenes
Blei 229 in der Kammer 265 befindet. Da Blei im
Wesentlichen imkompressibel ist, drückt die Abwärtsbewegung des Kolbens 262 geschmolzenes
Blei durch die Angusskanal-Leitung 214e und den Angusskanal 214.
Der Angusskanal 214 umfasst eine Leitung in einem Gehäuse, die
bei einer Temperatur gehalten wird, die geeignet ist, das Blei in
geschmolzenem Zustand zu halten, und einen luftdichten Durchlass
zwischen dem Immersions-Gehäuse 261 und
der Form 219 bereitstellt.
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30 zeigt
den Kolben 262 in der Kompressions-Position, worin das
Blei 29 in den Angusskanälen 214 in den Hohlraum
der Form 219 gedrückt wurde.
Nachdem das Blei in die in 30 dargestellte
Position komprimiert wurde, wird das Absperrventil 235 durch
Verlängerung
des zylindrischen Glieds 239 in die Leitung 214b geschlossen.
Somit kann keine Luft in die Angusskanäle gelangen. Durch Aufrechterhalten
des korrekten Drucks auf das Blei im Immersions-Gehäuse kann
der Druck des Bleis in den Angusskanälen auf einem konstanten Niveau gehalten
werden.
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31 stellt
dar, was im nächsten
Schritt passiert, wenn der Kolben 262 durch ein Signal
vom Steuermodul angehoben wird. Während der Kolben angehoben
wird, bildet sich ein Vakuum im System. Das heißt, die Angusskanäle haben
nun Unterdruck, während
der Kolben 262 angehoben wird, um das Volumen des Systems
zu vergrößern, ohne
Luft oder geschmolzenes Blei in das System einzulassen.
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32 zeigt
den Kolben etwas weiter angehoben, um die Einlässe 265a freizulegen,
wodurch geschmolzenes Blei 29 durch das Vakuum im System
in die Kammer 265 gesaugt werden kann. In diesem Zustand
hat das System eine frische Charge geschmolzenes Blei empfangen
und ist bereit, eine Charge geschmolzenes Blei in den Formenhohlraum zu
drücken.
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Mit
dem vorliegenden System habe ich somit ein Verfahren zum Druckgießen eines
Bleiartikels bereitgestellt, das folgende Schritte umfasst: 1) ausreichende
Erhöhung
des Drucks einer Quelle für
geschmolzenes Blei, um das geschmolzene Blei in flüssigem Zustand
in einen Formenhohlraum zu drücken,
2) Halten des Formenhohlraums bei ausreichend niedriger Temperatur,
so dass, wenn geschmolzenes Blei dort hineingespritzt wird, dieses
erstarrt, und 3) Schließen
eines Angusskanals zum Formenhohlraum 219 bei gleichzeitigem
Halten des geschmolzenen Bleis 229 in einem geschlossenen System,
um den Einschluss von Luft in das geschmolzene Blei zu verhindern,
so dass durch Zurückziehen
des Kolbens 262 eine frische Charge geschmolzenes Blei
in das geschlossene System eingeführt werden kann.
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Das
dargestellte geschlossene System zum Formen von Bleiartikeln ohne
Einlass von Luft schließt
ein Steuermodul 211 ein, das die Sequenz von Systemvorgängen automatisch
steuern kann. Das System schließt
weiter eine Quelle für
geschmolzenes Blei 212, das unter Druck gesetzt werden kann,
und einen Angusskanal 214 ein, der mit einer Form 219 verbunden
ist, die einen Formenhohlraum 230 hat. Die Form kann bei
ausreichend niedriger Temperatur gehalten werden, so dass eine Charge geschmolzenes
Blei, die sich im Formenhohlraum befindet, schnell erstarren kann,
um so ein festes Gussstück
zu bilden. Um für
eine kontinuierliche Herstellung von Gussteilen zu sorgen, schließt das Gehäuse 215 einen
Angusskanal 214 ein, für
die Strömung
von geschmolzenem Blei dadurch und um das Blei in geschmolzenem
Zustand zu halten, entweder durch Erwärmung des Angusskanals mit
einem externen Heizgerät
oder durch Aufrechterhaltung einer Isolation um den Angusskanal
oder das Gehäuse
herum. In beiden Fällen
kann der Angusskanal bei ausreichend hoher Temperatur gehalten werden,
um Blei darin kontinuierlich in geschmolzenem Zustand zu halten,
so dass der Formenhohlraum erneut mit einer frischen Charge geschmolzenem
Blei aus dem Angusskanal gefüllt
werden kann, wenn ein erstarrtes Gussteil entfernt wird. Um den
Fluss von geschmolzenem Blei in die Form zu starten oder anzuhalten, hat
das Absperrventil 239 eine offene Position, die es ermöglicht,
dass geschmolzenes Blei in den Formenhohlraum 230 strömt, und
eine geschlossene Position, die verhindert, dass geschmolzenes Blei
aus dem Angusskanal 214 strömt. Während des Formvorgangs, während das
Blei im Formenhohlraum erstarrt, kann der Druck erhöht werden,
indem das zylindrische Glied 237 des Absperrventils 239 entlang dem
Angusskanal und zum Formenhohlraum hin getrieben wird, um den Druck
in einer so genannten Verstärkungsposition
weiter zu erhöhen.
Sobald das gegossene Teil aus der Form entfernt wird, wird der Vorgang
wiederholt.
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Es
wird erkannt werden, dass mit dem vorliegenden System nicht nur
Blei in geschmolzenem Zustand gehalten werden kann, sondern dass
auch nicht das gesamte System zur Verarbeitung des geschmolzenen
Bleis so gebaut sein muss, dass es dem Verstärkungsdruck standhält, da die
hohen Verstärkungsdrücke nur
auf die Form einwirken.
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Obwohl
das System im Hinblick auf eine Verwendung mit Blei beschrieben
wurde, ist geplant, dass das System auch mit anderen Metallen benutzt werden
kann.
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Dort,
wo technische Merkmale, die in einem Anspruch erwähnt werden,
von Bezugszeichen gefolgt sind, wurden diese Bezugszeichen nur zu
dem Zweck eingeschlossen, die Verständlichkeit der Ansprüche zu erhöhen, und
dementsprechend haben solche Bezugszeichen keine einschränkende Wirkung
auf den Schutzumfang jedes Elements, das exemplarisch durch solche
Bezugszeichen gekennzeichnet ist.