DE69929136T2

DE69929136T2 - Druckgiessen von Batterieklemmen

Info

Publication number: DE69929136T2
Application number: DE69929136T
Authority: DE
Inventors: Robert W. Ratte
Original assignee: Water Gremlin Co
Current assignee: Water Gremlin Co
Priority date: 1998-10-13
Filing date: 1999-10-08
Publication date: 2006-08-24
Anticipated expiration: 2019-10-09
Also published as: ATE314171T1; DE69929136D1; EP0993891A1; ES2323881T3; CO5060552A1; EP0993891B1; DK1640088T3; BR9905097A; EP1640088A1; ATE425830T1; CA2285742A1; CA2285742C; EP1640088B1; DE69940622D1; ES2255747T3; PT993891E

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Diese Erfindung betrifft allgemein das Druckgießen von Bleiartikeln, wie z. B. Batterieklemmen.
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.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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.
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.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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;
2 ist ein Diagramm, das einen Abschnitt der Form und den Kolben darstellt, der in den Angusskanal der Form getrieben wird;
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;
4 zeigt ein alternatives System, worin ein Kolben während des Gießvorgangs unter Druck gehalten wird;
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;
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;
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;
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;
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;
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;
11 ist eine Ansicht einer Batterieklemme von 10, wobei die Pressguss-Verlängerung abgeschnitten ist;
12 ist eine Querschnitts-Teilansicht des Kolbens in 10, worin die abgeschnittene Pressguss-Verlängerung aus dem Formenhohlraum getrieben wird;
13 ist eine Vorderansicht einer Zweimetall-Batterieklemme;
14 ist eine Querschnittsansicht entlang den Linien 14-14 in 13;
15 ist eine Querschnittsansicht einer Form und einer Haltevorrichtung zum Druckgießen der Batterieklemme in 13;
16 ist eine Querschnittsansicht einer Form und einer Haltevorrichtung von 15 mit einem Paar Haltestiften in eingefahrener Position und den Antriebsstiften in ausgefahrener Position;
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;
18 zeigt das Batterieteil von 17, wobei der ringförmige Antriebsstempel zum Kaltformen des Batterieteils ohne Risse und Sprünge in die Verlängerung eingefahren ist; und
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.
20 zeigt eine schematische Teilansicht meines geschlossenen Systems zum Druckgießen von Bleiartikeln, während das Blei in geschmolzenem Zustand gehalten wird;
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;
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;
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;
24 zeigt eine alternative Ausführungsform von 21, worin die Form vom Gehäuse getrennt ist, während das geschmolzene Blei erstarrt;
25 zeigt die Ausführungsform von 24, worin die Form in das Gehäuse eingreift, so dass geschmolzenes Blei in die Form geleitet werden kann;
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;
27 zeigt die Ausführungsform von 24, worin das geschmolzene Blei in der Form erstarrt ist;
28 zeigt die Ausführungsform von 24, worin die Form vom Gehäuse getrennt wurde, um Wärmeübertragung vom Gehäuse zur Form zu minimieren;
29 zeigt eine Querschnitts-Teilansicht des Mechanismus zur Bereitstellung einer Quelle für Blei, das unter Druck gesetzt werden kann, in einer Vor-Druck-Position;
30 zeigt eine Querschnitts-Teilansicht des Mechanismus zur Bereitstellung einer Quelle für Blei, das unter Druck gesetzt werden kann, in der Druck-Position;
31 zeigt eine Querschnitts-Teilansicht des Mechanismus zur Bereitstellung einer Quelle für Blei, das unter Druck gesetzt werden kann, in einer Unterdruck-Position; und
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.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
Obwohl das System im Hinblick auf eine Verwendung mit Blei beschrieben wurde, ist geplant, dass das System auch mit anderen Metallen benutzt werden kann.
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.

Claims

Ein System zum Formen von Metallteilen unter Druck, das folgendes umfasst: eine Form (11, 50, 219, 219a) mit einem Formenhohlraum (20, 51, 30a, 230), eine Quelle für unter Druck gesetztes geschmolzenes Metall (12, 212), einen Angußkanal (24, 214), der die Quelle für unter Druck gesetztes geschmolzenes Metall (12, 212) mit dem Formenhohlraum (20, 51, 30a, 230) verbindet, und ein Absperrventil (23, 54, 239), das zwischen dem Angußkanal (14, 214) und dem Formenhohlraum (20, 51, 30a, 230) bereitgestellt wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Angußkanal (24, 214) und das Absperrventil (23, 54, 239) ausgebildet sind, um bei einer ausreichend hohen Temperatur gehalten zu werden, um das geschmolzene Metall im Angußkanal (14, 214) in einem geschmolzenem Zustand zu halten, wobei das Absperrventil (23, 54, 239) einen verschiebbaren Kolben (23, 54, 237) umfasst, der mit einem Kolbenantrieb (13, 53) zum Treiben des Kolbens (23, 54, 237) in die Form (11, 50, 219, 219a) ausgestattet ist, wobei der Kolben (23, 54, 237) ausgebildet ist, um sowohl den Angußkanal (24, 214) zu kreuzen und so die Zufuhr von geschmolzenem Metall in den Formenhohlraum (20, 51, 30a, 230) abzusperren als auch den internen Druck von Metall darin zu erhöhen, was in einem erstarrten Metallteil resultiert, das im Wesentlichen frei von Sprüngen und Rissen ist.
Das System zum Formen von Metallteilen gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es weiter ein Gehäuse (215) umfasst, das den Angußkanal (214) umfasst und das bei einer ausreichend hohen Temperatur gehalten wird, um geschmolzenes Metall in einem geschmolzenen Zustand zu halten, und dadurch, dass die Form (219, 219a) in Bezug zum Gehäuse (215) beweglich ist, um die Form (219, 219a) vorübergehend in Kontakt mit dem Gehäuse (215) zu halten und so die Leitung von Wärme von dem Gehäuse (215) zu der Form (219, 219a) zu minimieren, so dass die Charge geschmolzenen Metalls im Hohlraum (30a, 230) schnell erstarren kann.
Das System zum Formen von Metallteilen gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Form (219, 219a) weiter einen zylindrischen Durchgang (214a) umfasst, der mit dem Formenhohlraum (30a, 230) verbunden ist und ausgebildet ist, um mit einem zylindrischen Durchgang (214b) verbunden zu werden, der am Gehäuse (215) bereitgestellt wird.
Das System zum Formen von Metallteilen gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben (23, 54, 237) zur Form (11, 50, 219, 219a) getrieben wird, um den inneren Druck des geschmolzenen Metalls, das darin erstarrt, zu erhöhen, so dass das Metall, wenn es erstarrt, ein Metallteil bildet, das frei von Sprüngen und Rissen ist.
Das System zum Formen von Metallteilen gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben (23, 54, 237) zur Form (11, 50, 219, 219a) hin bewegt wird/werden kann, nachdem das geschmolzene Metall erstarrt ist, um so das Volumen des erstarrten Metallteils zu reduzieren und das Metallteil in einen Zustand kaltzuformen, der frei von Rissen und Sprüngen ist.
Das System zum Formen von Metallteilen gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Quelle für unter Druck gesetztes geschmolzenes Metall (12, 212) eine Wanne (260) mit geschmolzenem Metall umfasst, die ein Immersions-Gehäuse (261) einschließt, das zumindest teilweise in das geschmolzene Metall eingetaucht ist, um die Entnahme einer frischen Charge von geschmolzenem Metall darin zu ermöglichen, und einen zweiten Kolben (262) im Immersions-Gehäuse (261) umfasst, um das Metall unter Druck zu setzen.
Das System zum Formen von Metallteilen gemäß Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Immersions-Gehäuse (261) einen Einlass (263) einschließt, der positioniert ist, um geschmolzenes Metall aus einem unteren Abschnitt der Wanne (260) mit geschmolzenem Metall zu entnehmen.
Das System zum Formen von Metallteilen gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Form weiter eine Entlüftungskammer (56, 231) umfasst, um das Entweichen von Luft aus dem Formenhohlraum (20, 51, 30a, 230) zu ermöglichen.
Das System zum Formen von Metallteilen gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es weiter einen Drucksensor (17) umfasst, der in der Form (11) montiert ist, um den Druck des geschmolzenen Metalls im Formenhohlraum (20) zu überwachen, wobei der Drucksensor (17) über eine Steuereinheit (14) mit der Quelle für unter Druck gesetztes geschmolzenes Metall (12) und mit einem Kolbenantrieb (13), der den Kolben (23) antreibt, verbunden ist.
Das System zum Formen von Metallteilen gemäß den Ansprüchen 8 und 9, dadurch gekennzeichnet, dass es weiter eine Vakuum-Quelle (15) umfasst, die durch einen Kanal (21) mit der Entlüftungskammer (56, 231) des Formenhohlraums (20, 51, 30a, 230) verbunden ist und die von der Steuereinheit (14) gesteuert wird.
Das System zum Formen von Metallteilen unter Druck gemäß einem beliebigen der obigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Metall Blei ist.