EP1642660B1 - Vorrichtung und Verfahren zum Herstellen von Formteilen - Google Patents

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EP1642660B1
EP1642660B1 EP04023277A EP04023277A EP1642660B1 EP 1642660 B1 EP1642660 B1 EP 1642660B1 EP 04023277 A EP04023277 A EP 04023277A EP 04023277 A EP04023277 A EP 04023277A EP 1642660 B1 EP1642660 B1 EP 1642660B1
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EP
European Patent Office
Prior art keywords
drive unit
plunger rod
plunger
melt
injection plunger
Prior art date
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Expired - Lifetime
Application number
EP04023277A
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English (en)
French (fr)
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EP1642660A1 (de
Inventor
Walter Wagner
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Aluwag AG
Original Assignee
Aluwag AG
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Publication date
Application filed by Aluwag AG filed Critical Aluwag AG
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Priority to AT04023277T priority patent/ATE390973T1/de
Priority to EP04023277A priority patent/EP1642660B1/de
Priority to US11/237,787 priority patent/US7290590B2/en
Publication of EP1642660A1 publication Critical patent/EP1642660A1/de
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D17/00—Pressure die casting or injection die casting, i.e. casting in which the metal is forced into a mould under high pressure
    • B22D17/20—Accessories: Details
    • B22D17/2015—Means for forcing the molten metal into the die
    • B22D17/203—Injection pistons
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D27/00—Treating the metal in the mould while it is molten or ductile ; Pressure or vacuum casting
    • B22D27/08—Shaking, vibrating, or turning of moulds

Definitions

  • the invention relates to an apparatus and a method for producing molded parts with the features of the preamble of the independent claims.
  • the device or the method is suitable for die casting in a cold chamber process, in particular for aluminum die-casting.
  • Die casting is a widely used, rational manufacturing process for producing molded parts.
  • a melt is added from the material to be deformed in a casting chamber and moved by means of a casting piston in the casting chamber in the direction of a casting mold. First, the movement of the melt takes place relatively slowly in the casting chamber. At the end, the melt is pressed into the mold in a so-called shot with pressure.
  • a problem with such methods is that there are gases in the melt which, if possible, should be removed from the interior of the melt during the movement of the melt. Because the surface of the melt in the casting chamber is in contact with cold walls, there is formation of skin on the surface of the melt. Therefore, gases contained in the melt can hardly escape. This can lead to quality problems.
  • JP 60 250 866 it is known to provide a piston rod with a printhead with a resonator. With the resonator, a high-frequency vibration is generated, which is transmitted via the head to the melt. The purpose of this is to ensure that the melt also gets into thin gaps in the casting mold.
  • WO 2004/09273 a device for forming a crystallizable material in the liquid or pasty state is shown.
  • the material is excited to vibrate at least in some areas before and / or during forming and / or solidification.
  • the JP 07155925 shows a device for die casting. Between the piston rod and a drive piston rod, an elastic element is arranged. This can intercept the resulting pressure shock when filling the mold with melt.
  • WO96 / 38246 a die casting machine is shown, the casting piston is connected via a ball joint with the piston rod. As a result, the piston rod can be deflected out of the plane of the casting piston in order to compensate for any tracking inaccuracies.
  • the device according to the invention should be able to be manufactured and operated in a simple manner. In particular, the device should have high life and high reliability despite vibrating parts.
  • the apparatus for producing a molded part is constructed substantially in a conventional manner. It has a casting chamber, to which a melt can be supplied. A casting piston for moving the melt into a casting mold is slidably mounted in the casting chamber.
  • the device has a drive unit for actuating the casting piston. Typically, this is a hydraulic drive.
  • the device is provided with at least one vibration generator, with which the casting piston is longitudinally oscillatable.
  • longitudinal vibrations are understood to mean vibrations in the longitudinal direction of the casting piston, ie vibrations in its direction of movement.
  • the casting piston or a piston rod carrying the casting piston is movably connected to the drive unit.
  • the piston rod is movably connected in the longitudinal direction with the drive unit.
  • a resilient connection between the piston rod and the drive unit may be provided. Due to a longitudinally movable, resilient connection, the piston rod can be set in the longitudinal direction independent of the drive unit in vibration. When at Shot acceleration forces occur, these are not transferred directly from the piston rod to the drive unit, but collected by springs.
  • the piston rod is pivotally connected to the drive unit.
  • the vibration direction of the casting piston is not absolutely identical to the direction of movement of the drive unit, jamming of the piston rod relative to the drive unit can be prevented in this way. As a result, the wear can be reduced.
  • the piston rod is floating in the manner of a ball joint and connected by spring force to the drive unit. This allows an independent of the movement of the drive unit vibration of the casting piston, without causing the risk of jamming or transmission of pressure surges.
  • the piston rod preferably has a fastening head at its end facing away from the melt.
  • the mounting head is at least partially rounded and is resiliently mounted in a bearing cup of a connecting piece of the drive unit.
  • the mounting head can be held longitudinally by a spring assembly in the fitting. But it would also be possible in the longitudinal direction movable, resilient bearings. Thus, it is conceivable to provide other mechanically controlled or pneumatic or hydraulic devices.
  • the applied force should be dimensioned so that remain movable during the application of the melt with a force of the casting piston and the piston rod in the longitudinal direction, so that, for example, springs are not completely pushed. In the shooting phase there is higher pressure.
  • the fastening head the piston rod can readily abut against the inner surface of the bearing cup.
  • the mounting head is further provided with means for reducing the sliding friction between the mounting head and the inner surface of the bearing cup.
  • this may be a slip ring made of a high-slip material, such as typically Teflon®.
  • Teflon® a high-slip material
  • the surface of the bearing cup is also preferred to form the surface of the bearing cup of a material which has a greater hardness compared to the mounting head.
  • the surface of the bearing receiver may be hard chromed or ionitrided.
  • the mounting head of the piston rod is typically made of steel.
  • the vibrator is mounted directly on the piston rod itself.
  • vibrations can be transmitted directly to the melt.
  • the complex influence of the hydraulic system of the drive unit is therefore not necessary.
  • Such a direct arrangement of the vibration generator on the piston rod is of course particularly preferred in particular in connection with the above-described decoupled connection between casting piston or piston rod and drive unit.
  • the piston rod of the device according to the invention can in particular run approximately horizontally in the operating position.
  • the vibration generator or its housing is preferred in operating position vertically downwards directly attached to the piston rod.
  • the vibrator has a certain weight. By the vertically downwardly directed arrangement torques are avoided on the piston rod due to gravitational force on the vibrator.
  • the vibrator is designed to generate vibrations in the low-frequency range, typically between 5Hz and 100Hz, preferably between 30Hz and 50Hz.
  • the bearing cup in which the mounting head of the piston rod is mounted, provided with at least one vent opening.
  • the vent prevents the formation of air cushions between the surface of the mounting head and the inner surface of the bearing cup, which could hinder the free movement of the piston rod relative to the power unit.
  • the inventive method for producing a molded part consists essentially of the steps of introducing a melt into a casting chamber and pressing the melt into a casting mold.
  • a casting piston is used.
  • the melt is moved out of the casting chamber in the direction of the casting mold.
  • the firing phase the melt is forced under pressure into the casting mold.
  • the casting piston is subjected to vibrations in the longitudinal direction in the movement phase.
  • the casting piston is thereby set independently of the drive unit in vibration, so that no vibrations are transmitted to the drive unit.
  • the said method is performed with one of the devices described above.
  • FIG. 1 shows an inventive device 1 for producing a molded part with the features of the invention.
  • the device 1 has two mold parts 4a, 4b, which together define a cavity 26. Through a supply channel 27 molten metal can be pressed into the cavity 26. As a result, molded parts can be produced.
  • the mold parts 4a, 4b are movable in a known manner, so that the cavity 26 can be opened.
  • the mechanism for moving the moldings is in FIG. 1 Not shown.
  • a casting chamber 2 which is defined by a cylindrical tube 28 opens.
  • the tube 28 has an opening 29. Molten metal S can be inserted from a crucible 20 through the opening 29 in the casting chamber 2.
  • a displaceably mounted in the cylindrical tube 28 piston rod 3a can be moved in the direction L.
  • the piston rod 3a carries a casting piston 3b.
  • This drive unit is typically a hydraulic cylinder.
  • a vibration generator 6 is arranged on the piston rod 3a.
  • the vibrator oscillates in direction A at a frequency of typically 50Hz.
  • the casting 7 a, 4 b facing away from the end 7 of the piston rod 3 a is provided with a mounting head 8.
  • the mounting head 8 is fixed in the manner of a ball joint in a bearing cup 9 of a fitting 10.
  • the connector 10 is connected to the drive unit 5 or connectable. A more detailed description of the attachment can be found in FIG. 2 ,
  • the connector 10 is provided with an opening which forms a bearing cup 9 for receiving the mounting head 8 of the piston rod 3a.
  • the fastening head 8 of the piston rod 3 a has a rounded surface 14. Due to the rounded shape of the mounting head 8 this is pivotally mounted in the connector 10. In the area in which the rounded surface 14 contacts the inner surface 16 of the bearing cup 9, the mounting head 8 is also provided with a sliding ring 13 made of Teflon®. A closure piece 30 is provided with screws 17 (see FIG. 3 ) attached to the connector 10. In the longitudinal direction L of the mounting head 8 is held frictionally in the bearing cup 9 by a spring 11, 12 formed spring packet. In the longitudinal direction, the springs 12 are held by the closure piece 30 in the bearing cup 9. The mounting head 8 and the bearing cup 9 are dimensioned such that a narrow gap 18 between the inner surface 16 and the surface 14 is formed.
  • the gap width is chosen taking into account the force generated by the drive unit 5 and the spring force and the oscillation amplitude of the piston rod 3a so that the mounting head 8 does not hit the inner surface of the bearing cup 9.
  • the springs 11, 12 are dimensioned such that upon actuation of the connection piece 10 with the drive unit 5 in the longitudinal direction L, they displace the piston rod 3a and the casting piston 3b acting on the melt without any contact between the surface 14 of the fastening head 8 and the inner surface 16 of the connector 10 is formed.
  • the piston rod 3a and in particular the attachment head 8 is made of special steel.
  • the connection piece 10 is made of special steel.
  • the inner surface 16 is treated so that it has a greater hardness than the surface 14 of the mounting head 8. According to one embodiment, the surface is hard chromed. It could also be ionitriert. As springs, for example, linear springs will be used.
  • the connector 10 is provided with a screw thread 23. About the screw 23, the connector 10 can be easily with the in FIG. 1 connect drive unit 5 shown. In particular, it is also easy to use different piston rods 3a with corresponding connecting pieces, depending on the application.
  • the piston rod 3a is provided with a vibration generator 6.
  • a vibration generator 6 As the vibrator 6, a conventional vibrator is typically used. In a portion of the piston rod 3a, this is provided with a bead 24.
  • the bead 24 has a groove 25.
  • the vibration generator 6 is arranged in the longitudinal direction L in a form-fitting manner in the groove 25.
  • the piston rod 3 a can vibrate in the longitudinal direction L. Due to the floating bearing with the springs 11, 12, the vibration in the direction L can be done without the drive unit 5 is affected by the vibrations. In particular, due to the ball-joint-like mounting of the mounting head 8 in the connector 10 even with slight disparallelity between the vibration direction L of the piston rod 3a and the direction of movement of the drive unit 5 no jamming between the mounting head 8 and the fitting 10 arise. The risk of jamming is additionally reduced by the sliding ring 13. Due to the floating bearing and due to the non-positive connection by means of springs 11, 12 and the risk of pressure surges occurring during the shot of the piston rod 3a is reduced to the connector 10.
  • ventilation channels 15 are also provided, which open in the space between the inner surface 16 of the connecting piece 10 and the surface 14 of the mounting head 8 and in a receptacle for the spring 12. Thanks to the ventilation openings 15, the formation of air cushions can be prevented during movement of the fastening head 8 with respect to the bearing cup 9.
  • the piston rod 3a is also provided in a conventional manner with a cooling channel 22.
  • a coolant in the piston rod 3a circulate.
  • a coolant line 21 is provided for supplying the coolant.
  • the coolant line 21 extends in the installation position of the device 1 in the solder down.
  • the vibrator 6 also extends in the solder down. As a result, torques generated due to the gravitational force are prevented, which from the vibration generator. 6 and / or could act on the piston rod 3a from the coolant line 21.
  • FIG. 3 is a plan view of the arrangement FIG. 2 shown.
  • the support of the mounting head 8 in the bearing cup 9 is carried out by four rotationally symmetrical springs 11, which are arranged in spring receptacles of the connector 10 and by four rotationally symmetrically arranged springs 12, which are arranged in the closure piece 30.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Injection Moulding Of Plastics Or The Like (AREA)
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Description

  • Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Herstellen von Formteilen mit den Merkmalen des Oberbegriffs der unabhängigen Patentansprüche. Insbesondere eignet sich die Vorrichtung bzw. das Verfahren zum Druckgiessen in einem Kaltkammerverfahren, insbesondere zum Aluminiumdruckguss. Druckguss ist ein weit verbreitetes, rationelles Herstellverfahren zum Erzeugen von Formteilen. Dabei wird eine Schmelze aus dem zu verformenden Material in eine Giesskammer gegeben und mittels eines Giesskolbens in der Giesskammer in Richtung einer Gussform bewegt. Zuerst erfolgt die Bewegung der Schmelze in der Giesskammer verhältnismässig langsam. Am Schluss wird die Schmelze in einem so genannten Schuss mit Druck in die Gussform gedrückt.
  • Ein Problem bei solchen Verfahren besteht darin, dass in der Schmelze Gase enthalten sind, welche wenn möglich während der Bewegung der Schmelze aus dem Innern der Schmelze entfernt werden sollten. Weil die Oberfläche der Schmelze in der Giesskammer mit kalten Wänden in Kontakt steht, ergibt sich eine Bildung von Haut auf der Oberfläche der Schmelze. In der Schmelze enthaltene Gase können daher nur schlecht austreten. Daraus können sich Qualitätsprobleme ergeben.
  • Im Zusammenhang mit Giessverfahren ist es seit langem bekannt, Vibrationen zur Verbesserung der Werkstückqualität einzusetzen. Aus JP 60 250 866 ist es beispielsweise bekannt, eine Kolbenstange mit einem Druckkopf mit einem Resonator zu versehen. Mit dem Resonator wird eine hoch frequente Schwingung erzeugt, die über den Kopf auf die Schmelze übertragen wird. Damit soll bezweckt werden, dass die Schmelze auch in dünne Spalten der Gussform gelangt.
  • In WO 2004/09273 ist eine Vorrichtung zur Umformung eines kristallisierbaren Materials im flüssigen oder pastösen Zustand gezeigt. Gemäss dieser Offenbarung wird das Material vor und/oder während des Umformens und/oder des Erstarrens zumindest in Teilbereichen zu Schwingungen angeregt. Unter anderem wird darin vorgeschlagen, eine Schwingungserzeugungseinheit mit der hydraulischen Druckleitung zu verbinden, welche zur Bewegung des Giesskolbens dient.
  • Die JP 07155925 zeigt eine Vorrichtung zum Druckgiessen. Zwischen der Kolbenstange und einer Antriebskolbenstange ist ein elastisches Element angeordnet. Dieses kann den beim Füllen der Gussform mit Schmelze entstehenden Druckstoss abgefangen.
  • In WO96/38246 ist eine Druckgussmaschine gezeigt, deren Giesskolben über ein Kugelgelenk mit der Kolbenstange verbunden ist. Dadurch kann die Kolbenstange aus der Ebene des Giesskolbens ausgelenkt werden um allfällige Spurungenauigkeiten auszugleichen.
  • Diese bekannten Vorrichtungen weisen aber alle bestimmte Nachteile auf. Insbesondere ist es schwierig, über die hydraulische Druckleitung ausreichend rasch und kontrolliert Schwingungen auf den Giesskolben zu übertragen. Die Anpassung des hydraulischen Systems ist ausserdem aufwendig und teuer.
  • Beim Schuss der Schmelze in die Gussform treten auf den Giesskolben erhebliche Beschleunigungskräfte auf. Es besteht daher die Gefahr der Zerstörung von Schwingaggregaten, welche wie in JP 60 250 866 A gezeigt am Giesskolben angreifen.
  • Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Nachteile des Standes der Technik zu vermeiden, insbesondere also eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Herstellen eines Formteils zu schaffen, welches auf einfache Weise eine Verbesserung der Qualität der Formteile erlaubt, insbesondere die Bildung von Haut auf der Oberfläche der Schmelze verhindert oder reduziert. Die erfindungsgemässe Vorrichtung soll auf einfache Weise hergestellt und betrieben werden können. Insbesondere soll die Vorrichtung trotz vibrierenden Teilen hohe Standzeiten und hohe Zuverlässigkeit aufweisen.
  • Erfindungsgemäss werden diese Aufgaben mit einer Vorrichtung und einem Verfahren mit den Merkmalen des kennzeichnenden Teils der unabhängigen Patentansprüche gelöst.
  • Die Vorrichtung zum Herstellen eines Formteils ist im Wesentlichen in herkömmlicher Weise aufgebaut. Sie weist eine Giesskammer auf, welcher eine Schmelze zuführbar ist. Ein Giesskolben zum Bewegen der Schmelze in eine Gussform ist verschiebbar in der Giesskammer gelagert. Die Vorrichtung weist ein Antriebsaggregat zum Betätigen des Giesskolbens auf. Typischerweise handelt es sich hier um einen hydraulischen Antrieb. Die Vorrichtung ist mit wenigstens einem Schwingungserzeuger versehen, mit dem der Giesskolben in Längsschwingungen versetzbar ist. Unter Längsschwingungen werden in diesem Zusammenhang Schwingungen in Längsrichtung des Giesskolbens, das heisst Schwingungen in dessen Bewegungsrichtung verstanden. Erfindungsgemäss ist der Giesskolben bzw. eine den Giesskolben tragende Kolbenstange beweglich mit dem Antriebsaggregat verbunden. Durch eine bewegliche Verbindung zwischen Giesskolben bzw. Kolbenstange und Antriebsaggregat ergibt sich eine Entkopplung zwischen Giesskolben und Antriebsaggregat. Der Giesskolben und die Kolbenstange können sich daher in gewissen Grenzen bezogen auf das Antriebsaggregat bewegen. Durch diese Entkopplung lässt sich der Giesskolben in Schwingungen versetzen, ohne dass diese auf das Antriebsaggregat übertragen werden.
  • Gemäss einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist die Kolbenstange in Längsrichtung beweglich mit dem Antriebsaggregat verbunden. Insbesondere kann eine federnde Verbindung zwischen der Kolbenstange und dem Antriebsaggregat vorgesehen sein. Auf Grund einer in Längsrichtung beweglichen, federnden Verbindung lässt sich die Kolbenstange in Längsrichtung unabhängig vom Antriebsaggregat in Schwingungen versetzen. Wenn beim Schuss Beschleunigungskräfte auftreten, werden diese nicht direkt von der Kolbenstange auf das Antriebsaggregat übergeben, sondern durch Federn aufgefangen.
  • Besonders bevorzugt ist die Kolbenstange gelenkig mit dem Antriebsaggregat verbunden. Insbesondere wenn die Schwingungsrichtung des Giesskolbens nicht absolut identisch mit der Bewegungsrichtung des Antriebsaggregates ist, kann auf diese Weise ein Verklemmen der Kolbenstange gegenüber dem Antriebsaggregat verhindert werden. Dadurch kann die Abnützung verringert werden.
  • Bevorzugt ist also die Kolbenstange in der Art eines Kugelgelenks schwimmend und unter Federkraft mit dem Antriebsaggregat verbunden. Dies ermöglicht eine von der Bewegung des Antriebsaggregats unabhängige Schwingung des Giesskolbens, ohne dass dabei das Risiko von Verklemmungen oder von Übertragung von Druckstössen besteht.
  • Bevorzugt weist die Kolbenstange an seinem der Schmelze abgewandten Ende einen Befestigungskopf auf. Der Befestigungskopf ist wenigstens teilweise abgerundet und ist federnd in einer Lagerpfanne eines Anschlussstücks des Antriebsaggregates gelagert. Typischerweise kann der Befestigungskopf in Längsrichtung durch ein Federpaket im Anschlussstück gehalten werden. Es wären aber auch andere in Längsrichtung bewegliche, federnde Lagerungen möglich. So ist es denkbar, andere mechanisch gesteuerte oder auch pneumatische oder hydraulische Vorrichtungen vorzusehen. Die aufgebrachte Kraft soll so dimensioniert werden, dass während der Beaufschlagung der Schmelze mit einer Kraft der Giesskolben und die Kolbenstange in der Längsrichtung beweglich bleiben, dass also z.B. Federn nicht vollständig durchgedrückt werden. In der Schussphase herrscht höherer Druck. Der Befestigungskopf der Kolbenstange kann ohne weiteres an der Innenfläche der Lagerpfanne anliegen.
  • Bevorzugt ist der Befestigungskopf ausserdem mit Mitteln zum Reduzieren der Gleitreibung zwischen dem Befestigungskopf und der Innenfläche der Lagerpfanne versehen. Typischerweise kann dies ein Gleitring aus einem Material mit hohen Gleiteigenschaften, wie typischerweise Teflon® sein. Es ist aber auch denkbar, den Befestigungskopf mit einer Beschichtung, beispielsweise einer Teflonbeschichtung zu versehen. Das Risiko des Verklemmens zwischen Antriebsaggregat und Giesskolben bei Disparallelität ihrer Bewegungen wird daher weiter verringert.
  • Es ist ausserdem bevorzugt, die Oberfläche der Lagerpfanne aus einem Material auszubilden, das im Vergleich zum Befestigungskopf eine grössere Härte aufweist. Typischerweise kann die Oberfläche der Lageraufnahme hart verchromt oder ionitriert sein. Der Befestigungskopf der Kolbenstange besteht typischerweise aus Stahl.
  • Gemäss einem weiteren Aspekt der Erfindung ist der Schwingungserzeuger direkt an der Kolbenstange selbst angebracht. Dadurch lassen sich Schwingungen direkt auf die Schmelze übertragen. Die komplexe Beeinflussung der Hydraulik des Antriebsaggregats ist daher nicht nötig. Besonders bevorzugt ist eine solche direkte Anordnung des Schwingungserzeugers an der Kolbenstange selbstverständlich insbesondere im Zusammenhang mit der vorstehend beschriebenen entkoppelten Verbindung zwischen Giesskolben bzw. Kolbenstange und Antriebsaggregat.
  • Die Kolbenstange der erfindungsgemässen Vorrichtung kann in Betriebslage insbesondere etwa horizontal verlaufen. In diesem Fall ist der Schwingungserzeuger bzw. dessen Gehäuse bevorzugt in Betriebslage lotrecht nach unten gerichtet direkt an der Kolbenstange angebracht. Der Schwingungserzeuger weist ein gewisses Gewicht auf. Durch die lotrecht nach unten gerichtete Anordnung werden Drehmomente auf die Kolbenstange auf Grund von Gravitationskraft auf den Schwingungserzeuger vermieden.
  • Typischerweise ist der Schwingungserzeuger zur Erzeugung von Schwingungen im niedrig frequenten Bereich, typischerweise zwischen 5Hz und 100Hz, vorzugsweise zwischen 30Hz und 50Hz ausgebildet.
  • Gemäss einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Lagerpfanne, in der der Befestigungskopf der Kolbenstange gelagert ist, mit wenigstens einer Entlüftungsöffnung versehen. Die Entlüftungsöffnung verhindert, dass sich zwischen der Oberfläche des Befestigungskopfs und der Innenfläche der Lagerpfanne Luftkissen bilden, welche die freie Bewegung der Kolbenstange bezüglich dem Antriebsaggregat behindern könnten.
  • Das erfindungsgemässe Verfahren zum Herstellen eines Formteils besteht im Wesentlichen aus den Schritten des Einführens einer Schmelze in eine Giesskammer und des Drückens der Schmelze in eine Gussform. Dazu wird ein Giesskolben verwendet. In einer ersten Bewegungsphase wird die Schmelze aus der Giesskammer in Richtung des Gussform bewegt. In einer zweiten Phase, der Schussphase, wird die Schmelze unter Druck in die Giessform gedrückt. Erfindungsgemäss wird der Giesskolben in der Bewegungsphase in Längsrichtung mit Schwingungen beaufschlagt.
  • Der Giesskolben wird dabei unabhängig vom Antriebsaggregat in Schwingungen versetzt, sodass keine Schwingungen auf das Antriebsaggregat übertragen werden. Das genannte Verfahren wird mit einer der vorstehend beschriebenen Vorrichtungen durch geführt.
  • Die Erfindung wird im Folgenden in Ausführungsbeispielen und an Hand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
    • Figur 1:
    Eine schematische Darstellung einer erfindungsgemässen Vorrichtung,
    Figur 2:
    einen Querschnitt durch den Befestigungskopf einer Kolbenstange gemäss der Erfindung entlang der Ebene A-A an Figur 3 und
    Figur 3:
    eine Draufsicht auf den Giesskolben gemäss Figur 2.
  • Figur 1 zeigt eine erfindungsgemässe Vorrichtung 1 zum Herstellen eines Formteils mit den Merkmalen der Erfindung. Die Vorrichtung 1 weist zwei Formteile 4a, 4b auf, welche zusammen einen Hohlraum 26 begrenzen. Durch einen Zufuhrkanal 27 kann Metallschmelze in den Hohlraum 26 eingepresst werden. Dadurch können Formteile hergestellt werden. Die Gussformteile 4a, 4b sind auf bekannte Art und Weise bewegbar, so dass der Hohlraum 26 geöffnet werden kann. Der Mechanismus zum Bewegen der Formteile ist in Figur 1 nicht gezeigt. In den Zufuhrkanal 27 mündet eine Giesskammer 2, welche durch ein zylindrisches Rohr 28 definiert wird. Das Rohr 28 weist eine Öffnung 29 auf. Metallschmelze S kann aus einem Tiegel 20 durch die Öffnung 29 in die Giesskammer 2 eingefügt werden. Eine im zylindrischen Rohr 28 verschiebbar gelagerte Kolbenstange 3a lässt sich in Richtung L verschieben. Die Kolbenstange 3a trägt einen Giesskolben 3b. Durch Bewegung der Kolbenstange 3a lässt sich in der Giesskammer 2 enthaltene Schmelze S in Richtung Zufuhrkanal 27 und durch diesen in den Hohlraum 26 bewegen. Zum bewegen des Kolbenstange 3a ist diese mit einem schematisch dargestellten Anschluss 5 eines Antriebsaggregats verbunden. Dieses Antriebsaggregat ist typischerweise ein Hydraulikzylinder.
  • Gemäss der Erfindung ist ein Schwingungserzeuger 6 an der Kolbenstange 3a angeordnet. Der Schwingungserzeuger schwingt in Richtung A mit einer Frequenz von typischerweise 50Hz. Das den Gussformen 4a, 4b abgewandte Ende 7 der Kolbenstange 3a ist mit einem Befestigungskopf 8 versehen. Der Befestigungskopf 8 ist in der Art eines Kugelgelenks in einer Lagerpfanne 9 eines Anschlussstücks 10 befestigt. Das Anschlussstück 10 ist mit dem Antriebsaggregat 5 verbunden oder verbindbar. Eine detailliertere Darstellung der Befestigung findet sich in Figur 2.
  • Das Anschlussstück 10 ist mit einer Öffnung versehen, welche eine Lagerpfanne 9 zur Aufnahme des Befestigungskopfs 8 der Kolbenstange 3a bildet.
  • Der Befestigungskopf 8 der Kolbenstange 3a weist eine abgerundete Oberfläche 14 auf. Auf Grund der abgerundeten Form des Befestigungskopfs 8 ist dieser schwenkbar im Anschlussstück 10 gelagert. Im Bereich, in dem die abgerundete Oberfläche 14 die Innenfläche 16 der Lagerpfanne 9 berührt, ist der Befestigungskopf 8 ausserdem mit einem Gleitring 13 aus Teflon® versehen. Ein Verschlussstück 30 ist mit Schrauben 17 (siehe Figur 3) am Anschlussstück 10 befestigt. In Längsrichtung L ist der Befestigungskopf 8 in der Lagerpfanne 9 durch ein aus Federn 11, 12 gebildetes Federpaket kraftschlüssig gehalten. In Längsrichtung werden die Federn 12 durch das Verschlussstück 30 in der Lagerpfanne 9 gehalten. Der Befestigungskopf 8 und die Lagerpfanne 9 sind derart dimensioniert, dass ein schmaler Spalt 18 zwischen der Innenfläche 16 und der Oberfläche 14 gebildet wird. Die Spaltbreite ist unter der Berücksichtigung der vom Antriebsaggregat 5 erzeugten Kraft und der Federkraft sowie der Schwingungs-Amplitude der Kolbenstange 3a so gewählt, dass der Befestigungskopf 8 nicht an die Innenfläche der Lagerpfanne 9 schlägt. Die Federn 11, 12 sind derart dimensioniert, dass sie bei Betätigung des Anschlussstücks 10 mit dem Antriebsaggregat 5 in Längsrichtung L die Kolbenstange 3a und den die Schmelze beaufschlagenden Giesskolben 3b verschieben, ohne dass ein Kontakt zwischen der Oberfläche 14 des Befestigungskopfs 8 und der Innenfläche 16 des Anschlussstücks 10 entsteht.
  • Die Kolbenstange 3a und insbesondere der Befestigungskopf 8 ist aus Spezial-Stahl gefertigt. Das Anschlusstück 10 ist aus Spezial-Stahl gefertigt. Die Innenfläche 16 ist derart behandelt, dass sie eine grössere Härte aufweist als die Oberfläche 14 des Befestigungskopfs 8. Gemäss einem Ausführungsbeispiel ist die Oberfläche hart verchromt. Sie könnte auch ionitriert sein. Als Federn werden beispielsweise Linear-Federn verwendet werden.
  • Das Anschlussstück 10 ist mit einem Schraubgewinde 23 versehen. Über das Schraubgewinde 23 lässt sich das Anschlussstück 10 einfach mit dem in Figur 1 gezeigten Antriebsaggregat 5 verbinden. Es ist insbesondere auch einfach, je nach Anwendungsfall unterschiedliche Kolbenstange 3a mit entsprechenden Anschlussstücken einzusetzen.
  • Gemäss der Erfindung ist die Kolbenstange 3a mit einem Schwingungserzeuger 6 versehen. Als Schwingungserzeuger 6 wird typischerweise ein herkömmlicher Vibrator verwendet. In einem Abschnitt der Kolbenstange 3a ist diese mit einem Wulst 24 versehen. Der Wulst 24 weist eine Nut 25 auf. Der Schwingungserzeuger 6 ist in Längsrichtung L formschlüssig in der Nut 25 angeordnet.
  • Mit dem Schwingungserzeuger 6 lässt sich die Kolbenstange 3a in Längsrichtung L vibrieren. Auf Grund der schwimmenden Lagerung mit den Federn 11, 12 kann die Vibration in Richtung L erfolgen, ohne dass das Antriebsaggregat 5 durch die Schwingungen beeinträchtigt wird. Insbesondere kann auf Grund der kugelgelenkartigen Lagerung des Befestigungskopfes 8 im Anschlussstück 10 auch bei leichter Disparallelität zwischen der Schwingungsrichtung L der Kolbenstange 3a und der Bewegungsrichtung des Antriebsaggregats 5 keine Verklemmung zwischen dem Befestigungskopf 8 und dem Anschlussstück 10 entstehen. Das Risiko von Verklemmungen wird zusätzlich durch den Gleitring 13 reduziert. Auf Grund der schwimmenden Lagerung und auf Grund der kraftschlüssigen Verbindung mittels Federn 11, 12 ist auch die Gefahr von beim Schuss auftretenden Druckstössen von der Kolbenstange 3a auf das Anschlussstück 10 reduziert. Im Anschlussstück 10 bzw. im Verschlussstück 30 sind ausserdem Entlüftungskanäle 15 vorgesehen, die im Zwischenraum zwischen der Innenfläche 16 des Anschlussstückes 10 und der Oberfläche 14 des Befestigungskopfs 8 bzw. in einer Aufnahme für die Feder 12 münden. Dank der Entlüftungsöffnungen 15 kann bei Bewegung des Befestigungskopfs 8 bezüglich der Lagerpfanne 9 die Bildung von Luftkissenen verhindert werden.
  • Die Kolbenstange 3a ist ausserdem in an sich bekannter Weise mit einem Kühlkanal 22 versehen. Durch den doppelwandig (nicht dargestellt) ausgebildeten Kühlkanal 22 kann ein Kühlmittel in der Kolbenstange 3a zirkulieren. Zur Zufuhr des Kühlmittels ist eine Kühlmittelleitung 21 vorgesehen. Die Kühlmittelleitung 21 erstreckt sich in Einbaulage der Vorrichtung 1 im Lot nach unten. Der Schwingungserzeuger 6 erstreckt sich ebenfalls im Lot nach unten. Dadurch werden auf Grund der Gravitationskraft erzeugte Drehmomente verhindert, welche vom Schwingungserzeuger 6 und/oder von der Kühlmittelleitung 21 auf die Kolbenstange 3a wirken könnten.
  • In Figur 3 ist eine Draufsicht auf die Anordnung aus Figur 2 gezeigt. Die Abstützung des Befestigungskopfs 8 in der Lagerpfanne 9 erfolgt durch je vier rotationssymmetrisch angeordnete Federn 11, welche in Federaufnahmen des Anschlussstücks 10 angeordnet sind und durch vier rotationssymmetrisch angeordnete Federn 12, welche in Verschlussstück 30 angeordnet sind. Die Verbindung zwischen Verschlussstück 30 und Anschlussstück 10 erfolgt über acht Schrauben 17.

Claims (11)

  1. Vorrichtung (1) zum Herstellen von Formteilen, insbesondere zum Druckgiessen in einem Kaltkammerverfahren, insbesondere zum Aluminiumdruckgiessen,
    mit einer Giesskammer (2) in welche eine Schmelze (S) zuführbar ist,
    mit einem Giesskolben (3b) zum Drücken der Schmelze (S) in eine Gussform (4a, 4b) und mit einer Kolbenstange (3a) für den Giesskolben (3b)
    und mit einem Antriebsaggregat (5) zum Betätigen des Giesskolbens (3b)
    wobei die Vorrichtung mit wenigstens einem Schwingungserzeuger (6) versehen ist, mittels welchem die Kolbenstange (3a) in Längsschwingungen versetzbar ist,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Kolbenstange (3a) in ihre Längsrichtung (L) beweglich mit dem Antriebsaggregat (5) und/oder die Kolbenstange (3a) gelenkig mit dem Antriebsaggregat (5) verbunden ist, so dass sich eine Entkopplung zwischen Giesskolben (3b) und Antriebsaggregat (5) ergibt, wodurch der Giesskolben (3b) in Schwingungen versetzbar ist, ohne dass diese auf das Antriebsaggregat (5) übertragen werden.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kolbenstange (3a) mit einer vorbestimmten Federkraft zum Erzeugen eines Gegendrucks federnd mit dem Antriebsaggregat (5) verbunden ist.
  3. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Kolbenstange (3a) an einem Ende (7) einen wenigstens teilweise abgerundeten Befestigungskopf (8) aufweist, welcher federnd in einer Lagerpfanne (9) an einem Anschlussstück (10) des Antriebsaggregats (5) gelagert ist.
  4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Befestigungskopf (8) in Längsrichtung (L) durch ein Federpaket (11, 12) im Anschlussstück (10) gehalten ist.
  5. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Befestigungskopf (8) mit Mitteln (13) zur Reduktion der Reibung zwischen einer Oberfläche (14) des Befestigungskopfs (8) und einer Innenfläche (16) der Lagerpfanne (9), insbesondere mit einem Gleitring, versehen ist.
  6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche (14) der Lagerpfanne (9) aus einem Material mit im Vergleich zum Befestigungskopf (8) grösserer Härte besteht und dass die Oberfläche (14) der Lagerpfanne (9) insbesondere hart verchromt oder ionitriert ist.
  7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichzlet, dass die Lagerpfanne (9) mit wenigstens einer Entlüftungsöffnung (15) versehen ist.
  8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, insbesondere zum Druckgiessen in einem Kaltkammerverfahren, insbesondere zum Aluminiumdruckgiessen, mit einer Giesskammer (2) in welche eine Schmelze (S) zuführbar ist,
    mit einem Giesskolben (3b) zum Drücken der Schmelze (S) in eine Gussform (4a, 4b), mit einer Kolbenstange (3a)
    und mit einem Antriebsaggregat (5) zum Betätigen der Kolbenstange (3a)
    wobei die Vorrichtung mit wenigstens einem Schwingungserzeuger (6) versehen ist, mittels welchem der Giesskolben (3b) in Längsschwingungen versetzbar ist,
    dadurch gekennzeichnet, dass der Schwingungserzeuger (6) direkt am Giesskolben (3b) oder an der Kolbenstange (3a) angebracht ist.
  9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die Kolbenstange (3a) in Betriebslage im Wesentlichen horizontal verläuft, dadurch gekennzeichnet dass der Schwingungserzeuger (6) in Betriebslage senkrecht nach unten gerichtet an der Kolbenstange (3a) angebracht ist.
  10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Schwingungserzeuger (6) zur Erzeugung von Schwingungen im Bereich von 5Hz bis 100Hz, vorzugsweise 30Hz bis 50Hz ausgebildet ist.
  11. Verfahren zum Herstellen eines Formteils, mit einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, bestehend aus den Schritten
    - Einführen einer Schmelze (S) in eine Giesskammer (2)
    - Drücken der Schmelze (S) in eine Gussform (4a, 4b) mittels eines Giesskolbens (3b),
    wobei in einer Bewegungsphase die Schmelze (S) aus der Giesskammer (2) in Richtung Gussform (4a, 4b) bewegt wird und
    wobei in einer Schussphase die Schmelze (S) mit Druck in die Gussform (4a, 4b) gedrückt wird, und wobei der Giesskolben (3b) oder eine den Giesskolben (3b) haltende Kolbenstange (3a) in der Bewegungsphase in Längsrichtung (L) mit Schwingungen beaufschlagt wird,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Kolbenstange (3a) unabhängig von einem Antriebsaggregat (5) zum Bewegen der Kolbenstange (3a) während der Bewegungsphase in Schwingungen versetzt wird,
    wobei die Kolbenstange (3a) in ihre Längsrichtung (L) beweglich mit dem Antriebsaggregat (5) und/oder die Kolbenstange (3a) gelenkig mit dem Antriebsaggregat (5) verbunden ist, so dass sich eine Entkopplung zwischen Giesskolben (3b) und Antriebsaggregat (5) ergibt, wodurch der Giesskolben (3b) in Schwingungen versetzbar ist, ohne dass diese auf das Antriebsaggregat (5) übertragen werden.
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