WO2016019946A1

WO2016019946A1 - Giessventil und giessvorrichtung

Info

Publication number: WO2016019946A1
Application number: PCT/DE2015/100324
Authority: WO
Inventors: Tobias Schwarz; Michael Richter; Rüdiger Clodius
Original assignee: Schuler Pressen Gmbh
Priority date: 2014-08-04
Filing date: 2015-07-31
Publication date: 2016-02-11
Also published as: DE112015003637A5; DE102014111032B3

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Gießventil (7) zur Zuführung von Schmelze (2) einer Gießvorrichtung (1) mit einem Ventilgehäuse (13), das einen Schmelzekanalanschluss (12) und einen Ventilauslass (10) aufweist, und mit einem Ventilkolben (14) zur Veränderung der Ventilauslassquerschnittsfläche. Das Gießventil (7) weist einen integrierten Squeeze-Pin als Nachverdichtungskolben (23) zur Nachspeisung und -verdichtung der Schmelze (2) nach Formfüllende auf. Unmittelbar an den Ventilsitz (8) schließt sich eine radiale Schulter (22) an, die einen technisch beherrschbaren Temperaturgradienten zur Schmelze (2) im Schmelzekanal (11) ermöglicht, den wirksamen Öffnungsquerschnitt des Gießventils (7) vergrößert, den Öffnungshub reduziert und ein kompakteres Gießventil (7) ermöglicht. Die Erfindung betrifft ebenfalls Gießvorrichtung (1) zum Druckgießen, die ein derartiges Gießventil (7) aufweist.

Description

Gießventil und Gießvorrichtung

[Ol] Die Erfindung betrifft ein Gießventil zur Zuführung von Schmelzen für eine Gießvorrichtung mit einem

Ventilgehäuse, mit einem Schmelzekanalanschluss als Zulauf, der mit einem mittels Gießdruck vorspannbaren Schmelzekanal verbindbar ist, mit einem Vent ilauslass als Auslauf, und mit einem Ventilkolben zur Veränderung der

Vent ilauslassquerschnitt sfläche, wobei der Ventilkolben im geschlossenen Zustand einen Ventilsitz mit der Innenwand des Ventilgehäuses bildet. Die Erfindung betrifft weiterhin eine Gießvorrichtung mit einem derartigen Gießventil. [02] Aus dem Stand der Technik sind zahlreiche Maßnahmen bekannt, um den Formfüllvorgang von Gussteilkavitäten zu beeinflussen. Für jeden Schmelzetyp sind bestimmte

Anschnittgeschwindigkeiten und Angusssysteme geeignet. Da eine maximale Anschnittgeschwindigkeit nicht überschritten werden darf, ist es erforderlich, den Querschnitt der

Anschnittfläche und damit den Teil des Angusssystems, der nach dem Gießvorgang die Abtrennung des Angussteils von der Druckgussform ermöglicht, hinreichend groß zu

dimensionieren. Diese Anforderung führt bei flächigen und dünnwandigen Gussteilen zu einem hohen Anteil an

Umlaufmaterial , dessen Masse in der Größenordnung der

Gussteilmasse selbst liegen kann. Das Umlaufmaterial wird anschließend wieder geschmolzen, was eine erhebliche externe Energiezufuhr erfordert.

Um die Menge des Umlaufmaterials zu reduzieren, lehrt die DE 10 2011 050 149 AI, ein Gießventil in Form einer

Druckgussdüse unmittelbar am Angussbereich der Druckgussform anzuordnen. Durch eine Widerstandshei zung wird das Gießventil zunächst offen gehalten. Ein

Ausschalten der Heizung führt zur Pfropfenbildung und damit zum Schließen des Gießventils. Ein kontrolliertes oder ein temperaturunabhängiges Schließen des Ventils ist nicht möglich. Zum Öffnen muss der Pfropfen zuverlässig wieder aufgeschmolzen werden Dies verlängert die Prozessdauer und erfordert aufgrund der Temperaturschwankungen insgesamt eine höhere Energiezufuhr pro Gussteil.

[03] Ein anderes, steuerbares Gießventil für metallische Schmelzen ist in DE 34 27 940 AI offenbart. Induktiv wird durch das Gießventil die Schmelzemenge dosiert zugeführt und in Verbindung mit Raumbegrenzungselementen erfolgt eine Absperrung.

[05] DE 10 2007 047 545 AI offenbart ein Gießventil, welches mittels eines Kolbens verschließbar ist. Der Kolben ist axial in einem Ventilgehäuse bewegbar. Damit

Spaltmaßgenauigkeiten aufgrund von Rundlauffehlem des Kolbens nicht zu inhomogenen Masseströmen führen und ein zuverlässiges Verschließen des Gießventils gewährleistet wird, weist die Kolbenmantelfläche einen größeren Winkel zur Ventilhauptachse auf als das Ventilgehäuse im

Auslaufbereich . Im verschlossenen Zustand bildet der Kolben somit eine kreisringförmige Auflagefläche mit der

Gehäusewand .

In der DE 10 2013 105 435 B3 wird ein Gießventil mit einem Ventilgehäuse offenbart, welches einen Schmelzekanal- anschluss als Zulauf und einen Ventilauslass als Auslauf aufweist sowie eine Ventilzelle zur Aufnahme der Schmelze und ein Schließmittel zur Veränderung der Ventilauslassquerschnittsfläche .

[06] Um den Volumenstrom der Schmelze gut dosieren zu können, weisen die Gießventile in der Regel einen

kegelförmigen Ventilkolben auf, welcher an einer

konusförmigen Wand zur Anlage gebracht wird. Da es ferner im Gegensatz zu hydraulischen Ventilen bei Gießventilen [04] erforderlich ist, einen hohen Temperaturgradienten technisch sicher zu beherrschen, bauen die Gießventile in Ventilkolbenrichtung gesehen relativ lang, um eine

ausreichende thermische Entkopplung des Schmelzekanals vom Material in der Gussteilkavität sicher zu stellen.

Weiterhin bedingt dies einen relativ hohen Hub des

Ventilkolbens, was einen entsprechenden Bauraum voraussetzt und zu Nachteilen in der Taktung führt.

[05] Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein

Gießventil für eine Gießvorrichtung bereitzustellen, welches die vorstehend genannten Nachteile vermeidet.

Weiterhin ist es insbesondere Aufgabe der Erfindung, eine Gießvorrichtung mit einem derartigen Gießventil

bereitzustellen, welche ein schnelles Gießen bei

gleichzeitig minimierter Wärmezufuhr ermöglicht.

[06] Die Aufgabe wird durch ein Gießventil zur Zuführung von Schmelzen für eine Gießvorrichtung gelöst, wobei das Gießventil ein Ventilgehäuse, einen Schmelzekanalanschluss als Zulauf, welcher mit einem mittels Gießdruck

vorspannbaren Schmelzekanal verbindbar ist, einen

Ventilauslass als Auslauf und einen Ventilkolben zur

Veränderung der Ventilauslassquerschnittsfläche aufweist, wobei der Ventilkolben in einem geschlossenen Zustand einen Ventilsitz mit der Innenwand des Ventilgehäuses bildet und der Ventilkolben eine radial an den Ventilsitz

anschließende Schulter aufweist. [07] Ein derartiges Gießventil vereint mehrere Vorteile: Zum einen bewirkt die unmittelbar am Ventilsitz

anschließende Schulter im geschlossenen Zustand des

Gießventils eine gute thermische Trennung der heißen

Schmelze in dem Schmelzekanal und des durch das Schließen des Gießventils abgetrennten Gießanteils, welcher in der Formkavität erkaltet.

[08] Vorzugsweise ist die Schulter so ausgebildet, dass der Abstand des Ventilauslasses zur Schmelze im Schmelzekanal mit Ausnahme des Ventilsitzes und eines zwischen der

Schulter und dem Ventilgehäuse eventuell verbleibenden Spalts einen vorbestimmten Mindestwert nicht

unterschreitet. Diese Randbedingung führt zu einer in etwa halbkugelförmigen Schulter, welche einem Ventilteller ähnelt. Der bei dieser Geometrie entstehende

Temperaturgradient ist jeweils senkrecht zur Oberfläche der Schulter gerichtet und bewirkt damit durch die geometrische Distanz eine optimale thermische Entkopplung des

erstarrenden Gießanteils von der heißen Schmelze im

Schmelzekanal.

[09] Durch die gute thermische Entkopplung wird ein

technisch beherrschbarer Temperaturgradient erreicht, der es zum anderen ermöglicht, den konischen Ventilsitz am Hauptkolben auf ein Minimum zu reduzieren. Damit kann ähnlich wie bei einem hydraulischen Ventil eine Abdichtung gegen Druck beim Schließen des Gießventils unmittelbar am Ventilsitz mit nahezu Linienberührung erfolgen. Der Konusabschnitt des Ventilkolbens, an dem der Ventilsitz gebildet ist, kann damit sehr kurz gehalten werden, was zu einer kompakten Bauform und einem kurzen Hub des

Ventilkolbens führt. In einer bevorzugten Ausgestaltung ist der Konusabschnitt kleiner, beispielsweise um mindestens eine Größenordnung kleiner, als die radiale Breite der Schulter .

[10] Im vorgelagerten Bereich zwischen der Schulter und dem in diesem Bereich ebenen Ventilgehäuse ist ein radial verlaufender, minimaler Spalt angeordnet. Der Spalt ist so schmal, dass ggf. eine fortschreitende Erstarrung der

Schmelze bei Abkühlung der Formkavität zu erwarten ist. Aufgrund der dünnen Spaltbreite stellt sich unter

Sauerstoffabwesenheit eine sehr dünne, folienartige

Erstarrung ein, die aber nach Entformung des Gussteils durch die dann entfallende Abkühlung von außen aufgrund der hohen Temperatur der Schmelze wieder vor dem nächsten

Gießvorgang aufgeschmolzen wird. Damit benötigt ein

derartiges Gießventil bei geeigneter Auslegung kein

externes Heizmittel zum Aufschmelzen der erstarrten

Schmelze am Ventilsitz und am Spalt. Vielmehr reicht die schmelzeeigene Temperatur aus, die Erstarrung rückgängig zu machen. Das Gießventil benötigt damit wenig Energie im Betrieb.

[11] Durch die radiale Anordnung der Schulter vergrößert sich vorteilhafterweise weiterhin der wirksame

Öffnungsquerschnitt des Ventils in Abhängigkeit vom

Öffnungshub um ein Vielfaches im Vergleich zu Gießventilen im Stand der Technik, welche einen langen konischen Anteil am Ventilkolben zur Sicherstellung der geometrischen

Distanz im geschlossenen Zustand erfordern, um den erforderlichen Temperaturgradienten sicherzustellen. Bei gleicher Ventilnenngröße kann damit deutlich mehr Schmelze über das Gießventil dosiert werden, oder es ist ein

geringerer Öffnungshub erforderlich, welcher eine

schnellere Öffnungszeit ermöglicht und damit die Taktung erhöhen kann.

[12] In einer vorteilhaften Ausgestaltung des Gießventils bildet der Ventilkolben im geschlossenen Zustand im

Ventilsitz einen Linienkontakt mit dem Ventilgehäuse.

Dadurch lässt sich zum einen der Ventilkolben gut wieder lösen, und zum anderen kann der konische Bereich am

Ventilkolben möglichst klein ausfallen und das Gießventil möglichst kurz bauen.

[13] In einer Weiterbildung des Gießventils weist der

Ventilkolben einen Ventilschaft und einen Ventilteller auf und besitzt damit eine äußere Form, welche einem

Gaswechselventil einer Brennkraftmaschine ähnelt. Der mit Ausnahme des kurzen konischen Bereiches endseitig

angeordnete Ventilteller kommt im geschlossenen Zustand am Ventilgehäuse zur Anlage und der Ventilschaft ist

vorzugsweise orthogonal zum Schmelzekanal gerichtet, um mit kurzem Hub eine möglichst große

Öffnungsquerschnittsänderung herbeizuführen.

[14] In einer Weiterbildung der Erfindung weist das

Gießventil neben dem Ventilkolben einen

Nachverdichtungskolben auf. Damit kann das Gießventil zur zuverlässigen Befüllung einer Gussteilkavität mit einer vorbestimmten Schmelzemenge verwendet werden. Um den

Materialschwund beim Erstarren des Gussteils auszugleichen, muss keine weitere Schmelze zugeführt werden, und ein Beheizen zumindest bis zum Schließen ist nicht erforderlich Dies senkt insbesondere die erforderliche Energie zur

Herstellung . [15] Durch die Integration des Nachverdichtungskolbens als Squeeze-Pin in das Gießventil ist eine bauraumsparende Anordnung geschaffen, welche aufgrund ihrer Kompaktheit verhältnismäßig wenig Wärme abstrahlt. Dadurch dass die Schmelze für das Befüllen der Gussteilkavität und die

Schmelze zur Nachverdichtung aus der gleichen Ventilzelle oder entsprechend dem der Ventilzelle nachgeschalteten Ventilauslass stammen, kann zudem die Anzahl der

erforderlichen Heizmittel und Rohrleitungen gering gehalten werden .

[16] Die Ventilzelle des Gießventils ist über den

Schmelzekanalanschluss mit einem Schmelzereservoir oder einer Gießkammer verbindbar. Sofern das Gießventil Teil einer Druckgießvorrichtung ist, sind der

Schmelzekanalanschluss, die Ventilzelle und der

Ventilauslass druckfest ausgebildet. Die Ventilzelle kann auch mehrere Schmelzekanalanschlüsse aufweisen, über die die Schmelze einströmen kann. [17] Weist die Ventilzelle mehrere Schmelzekanalanschlüsse auf, kann vorgesehen sein, dass die Schmelze beim Gießen über mindestens einen Kanal wieder ausströmt. Die

Ventilzelle bildet damit nicht das Ende des Schmelzekanals, sondern wird während des Gießvorgangs auch von Schmelze durchströmt, welche das Gießventil nicht über den

Ventilauslass verlässt. Dadurch ist ein kontinuierlicher Wärmeeintrag während des Gießens sichergestellt, und das Heizmittel, welches im oder am Gießventil angeordnet ist, kann kleiner dimensioniert werden oder ggf. gänzlich entfallen .

[18] In einer Ausgestaltung kann das Gießventil derart in den Druckgusskanal integriert sein, dass die Ventilzelle durch einen Teil des mittels Gießdruck vorspannbaren

Schmelzekanals gebildet ist. Eine separat zu beheizende Ventilzelle mit einem Vorratsvolumen ist damit nicht erforderlich .

[19] Besonders gut lässt sich das Gießventil in einen

Schmelzekanal integrieren, wenn die Querschnittsfläche der Ventilzelle der Summe der Querschnittsflächen der

zuführenden Schmelzekanalanschlüsse entspricht. In diesem Fall ist sie in ihrem Durchmesser im Vergleich zum

Schmelzekanal nicht vergrößert und erfordert somit kein zusätzliches Volumen. Dazu kann der Schmelzekanal im

Bereich des Gießventils eine Verdickung aufweisen. Die Verdickung ist vorzugsweise komplementär zur geometrischen Form der Schulter ausgeführt. Im Falle eines Ventiltellers als Schulter ist die Verdickung damit vorzugsweise

kalottenartig ausgebildet.

[20] Die Bewegung des Ventilkolbens erfolgt in einer bevorzugten Ausführung senkrecht zum Schmelzekanal. Die Zeit, die erforderlich ist, um das Gießventil von der maximal geöffneten Stellung in die Schließstellung zu bewegen, kann somit minimiert werden. [21] Das Gießventil weist als Schließmittel vorzugsweise einen Ventilkolben auf, der axial in Richtung des

Ventilauslasses beweglich ist und diesen verschließen kann. Das Ventilgehäuse und der Ventilkolben sind vorzugsweise derart ausgebildet, dass beim Vorfahren des Ventilkolbens der Durchmesser der effektiven

Ventilauslassquerschnittsfläche stetig vermindert wird. Die effektive Ventilauslassquerschnittsfläche ist dabei die Fläche, die während des Gießens senkrecht von der Schmelze durchströmte wird. Beim Schließen des Gießventils wird zumindest nach einer Anfangsphase die

Ventilauslassquerschnittsfläche verringert, so dass sich aufgrund des gleichbleibenden Drucks ebenfalls die

strömende Schmelzemenge verringert.

[22] Schließlich wird der Durchläse derart verengt, dass der Schmelzestrom von allein oder aufgrund der Kühlung der Formkavität abreißt oder sich so verringert, dass die

Schmelze erkaltet und ein weiterer Durchfluss verhindert ist, bis die von außen eingebrachte Kühlung entfällt oder durch externe Heizmittel die Temperatur erhöht wird.

[23] Der Ventilkolben und der den Ventilkolben einfassende Gehäuseabschnitt bilden vorzugsweise einen konischen

Ventilsitz. Zumindest eines der beiden Bauteile

Ventilkolben oder Gehäusewand weist folglich eine Fase oder eine Abschrägung derart auf, dass sich die

Ventilauslassquerschnittsfläche in Richtung des

Ventilauslasses verjüngt. Dadurch kann bei Annäherung des Ventilkolbens an den Gehäuseboden der Schmelzetluss durch eine ringförmige Öffnung erfolgen, welche einen relativ wirbelfreien Schmelzestrom zulässt. Der Effekt wird

verstärkt, wenn beide Bauteile, die

Ventilkolbenmantelfläche und der Gehäuseboden in der

Schnittdarstellung gesehen mit Abschrägungen versehen sind. Aufgrund der Schulter sind die Verwirbelungen und der anliegende Druck nochmals reduziert, so dass die Abschrägung eine sehr kurze Länge in Schließrichtung gesehen aufweisen kann.

[24] Die Abschrägungen müssen nicht notwendigerweise kegelförmig verlaufen. So können die Gehäuseinnenwand oder die Kolbenmantelfläche abschnittsweise konisch ausgebildet sein oder in Axialrichtung gekrümmt verlaufen. Sind die Kolbenmantelfläche oder der Ventilsitz ballig ausgeführt, lassen sich Rundlauffehler des Ventilkolbens besonders gut kompensieren, so dass trotz möglicher Spaltmaße der

Massenstrom im geschlossenen Zustand minimiert ist. In vorteilhafter Weise bewirkt die Balligkeit auch, dass sich beim Schließen zwischen diesen Bauteilen ein Linienkontakt ausbildet. Ein Verklemmen des Ventilkolbens kann durch die somit fehlende Flächenkontaktierung und dem ggf. zwischen den Flächen verbleibendem erstarrenden Schmelzematerial zuverlässig vermieden werden. Dies beugt Beschädigungen am Ventilkolben und am Ventilgehäuse vor. In den Ventilspalt eventuell eingedrungenes Schmelzematerial kann aufgrund des Temperaturgradienten zur Umgebung erkalten und bei

Ventilöffnung für den nächsten Gießvorgang erneut

aufgeschmolzen werden.

[25] Der Ventilkolben und die Gehäusewand können in axialer Richtung gussteilspezifisch derart ausgebildet sein, dass die durch die beiden Bauteile gebildete, sich verjüngende Ventilauslassquerschnittsfläche derart verändert wird, dass mit dem Bewegen des Ventilkolbens Einfluss auf die

gewünschte Formfüllgeschwindigkeit genommen werden kann. So kann zu Gießbeginn ein großer Durchflussquerschnitt

vorgesehen sein, der für die schnelle Füllung der

Gussteilkavität und zur Vermeidung von Lufteinschlüssen erforderlich ist, der mit zunehmendem Füllungsgrad

entsprechend der Form der Gussteilkavität verringert wird.

[26] Der Ventilkolben und der Ventilauslass sind

vorzugsweise mittig im Ventilgehäuse angeordnet. Dadurch baut das Gießventil kompakt. Axial an den Ventilkolben kann sich an der dem Ventilauslass abgewandten Seite der

Ventilkolbenantrieb anschließen und in das Gehäuse des Gießventils integriert sein. Ist der Nachverdichtungskolben über einen separaten Antrieb bewegbar, kann dieser

ebenfalls in das Ventilgehäuse integriert sein.

[27] Um eine Temperaturabsenkung der Schmelze und damit unerwünschte Kristallisationsprozesse zu verhindern, können der Schmelzekanalanschluss, der Ventilauslass oder andere schmelzekontaktierende Bereiche im Gießventil beheizbar ausgeführt sein. Jeder Schmelzeabschnitt ist dann

vorzugsweise separat beheizt. Eine elektrisch betriebene Heizung weist ein geringes Trägheitsverhalten auf und ermöglicht eine gute Steuerung oder Regelung der

Heizleistung. Beispielsweise können die Kanalwände selbst beheizt oder von Spulen umfasst sein.

[28] In einer anderen Ausgestaltung weist das Gießventil zwei Kolben auf, die zumindest zeitweise zueinander

beweglich sind. Der erste Kolben wird durch den

Ventilkolben gebildet, mit dem das Gießventil verschließbar ist, und der zweite Kolben ist als Nachverdichtungskolben separat zum Ventilkolben ausgebildet. Vorzugsweise sind die beiden Kolben zueinander koaxial angeordnet, wobei der Nachverdichtungskolben innenliegend ist. Die Gehäusewand verläuft dabei so, dass der Ventilkolben in dieser

Anordnung auf die Ventilwand fahren kann, an einer Weiterbewegung gehindert ist und aufgrund des geringeren Durchmessers des Nachverdichtungskolbens dessen weitere Bewegung dennoch möglich ist. [29] Der Nachverdichtungskolben kann für die

Relativbewegung zum Ventilkolben einen eigenen

Kolbenantrieb aufweisen. Dadurch ist er separat vom

Ventilkolben ansteuerbar, und er kann in seiner Leistung auf das Nachverdichten abgestimmt werden. Als

Kolbenantriebe für den Nachverdichtungskolben und den

Ventilkolben kommen beispielsweise hydraulische Antriebe oder elektrische Spindeln in Frage. Die beiden

Kolbenantriebe können auch durch unterschiedliche

Antriebsarten gebildet sein.

[30] Ein besonders kompaktes Gießventil lässt sich

erreichen, indem beide Kolben durch den gleichen Antrieb bewegbar sind. Über Antriebsventile oder andere

Steuerungsmechanismen kann vorgesehen sein, dass zu einem bestimmten Zeitpunkt nur einer der Kolben oder beide Kolben gleichzeitig verschoben werden. Ist eine

Relativverschiebung zumindest phasenweise unerwünscht, wie beim Schließen des Gießventils, lassen sich auch beide Kolben miteinander durch geeignete Koppelmittel verbinden, so dass sie nur gemeinsam bewegt werden können.

[31] In einer anderen Variante sind die beiden Kolben aneinander gekoppelt und können nur durch erhöhten

Kraftaufwand zueinander verschoben werden. Solange der Ventilkolben noch nicht auf Block gefahren ist und damit am Ventilsitz das Ventil verschließt, verschieben sich dann beide Kolben gemeinsam. Durch die dann sprunghaft

ansteigende Kraft löst sich der Nachverdichtungskolben vom Ventilkolben und kann dann allein weiter bewegt werden. Ein Kolbenantrieb ist für diese Variante ausreichend. Eine aufwendige Steuerungs- oder Regeleinheit ist in dieser Ausführungsform nicht erforderlich.

[32] Der Kolbenantrieb erfolgt vorzugsweise hydraulisch und ist aus thermischen Gründen auf der dem Ventilauslass gegenüberliegenden Seite angeordnet. Um die Antriebseinheit nicht den hohen Temperaturen der heißen Schmelze

auszusetzen, kann das Gießventil die Druckkraft

übertragende Entkopplungsmittel aufweisen. Die

Entkopplungsmittel sind zwischen den Kolbenköpfen und den Kolbenantrieben angeordnet und können durch keramische Schichten oder andere hinreichend feste thermische

Isolatoren gebildet werden.

[33] Das erfindungsgemäße Gießventil wird bevorzugt in einer Druckgießvorrichtung für metallische Schmelzen verbaut, ist aber auch in anderen Gießverfahren wie beim Stranggießen oder Gießen nicht-metallischer Schmelzen einset zbar .

[34] Eine Gießvorrichtung mit einem erfindungsgemäßen

Gießventil kann energiesparend betrieben werden und unter Umständen auch ohne ein externes Heizmittel im

Gießventilbereich auskommen. Aufgrund des kurzen

Konusabschnitts, der den Ventilsitz bildet, baut die

Gießvorrichtung kompakt und kann ferner wegen des geringen Öffnungshubs auch schnell betrieben werden. Der Öffnungshub kann beispielsweise so klein ausfallen, dass dieser maximal dem Querschnitt des Schmelzekanals in Hubrichtung gesehen entspricht . [35] Zur Vereinfachung des Steuerungsablaufs kann eine manuell oder automatisch verstellbare Ventilhubbegrenzung vorgesehen sein. [36] Die Menge des Umlaufmaterials kann dadurch verringert werden, dass das Befüllen und die Nachverdichtung über dasselbe Gießventil erfolgen. Eine Gießvorrichtung weist das erfindungsgemäße Gießventil vorzugsweise unmittelbar am Anschnittbereich des Gussteils oder am Gussteil selbst auf. Durch die räumlich sehr nahe Anordnung am Gussteil können dann der Anteil des Angussmaterials und die Menge des

Umlaufmaterials weiter reduziert werden. Insbesondere bei flächigen Strukturteilen sind dadurch Angussmassen von weniger als 20% der Gussteilmasse erreichbar. Gleichzeitig kann das Angusssystem kompakt ausfallen. Das Angussmaterial kann als Umlaufmaterial wiederverwendet werden. Dadurch dass weniger Angussmaterial aufgeschmolzen werden muss und die heiße Schmelze in der Ringleitung stets formkavitätsnah zur Verfügung steht, wird auch weniger Zeit für den

Gießzyklus benötigt, so dass die Taktung verbessert wird.

[37] Nachfolgend werden das Gießventil und die

Gießvorrichtung anhand von Zeichnungen näher beschrieben Die einzelnen Figuren zeigen:

Figur 1 einen Teil einer erfindungsgemäßen

Gießvorrichtung mit einer Gießkammer und einem Gießventil im Längsschnitt in

schematischer Darstellung,

Figur 2 einen Schnitt eines erfindungsgemäßen

Gießventils mit einem Ventilteller und zwei konzentrischen Kolben sowie Figur 3a eine schematische Darstellung der Stellung eine Ventilkolbens zum Zeitpunkt der

Reinigung der Gussteilformkavität ,

Figur 3b eine schematische Darstellung der Stellung des Ventilkolbens nach Figur 3a vor dem Gießvorgang, Figur 3c eine schematische Darstellung der Stellung des Ventilkolbens nach Figur 3a während des Gießens , eine schematische Darstellung der Stellung des Ventilkolbens nach Figur 3a nach

Formfüllende,

Figur 3e eine schematische Darstellung der Stellung des Ventilkolbens nach Figur 3a während des Abkühlens und

Figur 3f eine schematische Darstellung der Stellung des Ventilkolbens nach Figur 3a unmittelbar vor der Gussteilentnahme.

[38] Eine Gießvorrichtung 1 (in Figur 1 dargestellt) ist zum Druckgießen von metallischen Schmelzen 2 wie Magnesiumoder Aluminiumschmelzen eingerichtet. Die Gießvorrichtung 1 weist eine Gießkammer 4 auf, welche aus einem nicht

dargestellten Schmelzereservoir über ein Schmelzeventil 19 befüllbar ist. Eine Schmelze 2 wird aus der horizontal orientierten Gießkammer 4 durch einen hydraulisch bewegten, in der Waagerechte vorfahrenden Gießkolben 6 in einen

Schmelzekanal 11 befördert und mit Druck beaufschlagt.

[39] Der Schmelzekanal 11 ist mit Heizmitteln 5 in Form von Spulen umgeben, die ein Auskühlen der Schmelze 2

verhindern. Vom beheizten Schmelzekanal 11 gelangt die Schmelze 2 über einen Schmelzekanalanschluss 12 des

Gießventils 7 und über dessen Ventilauslass 10 in eine Gussteilkavität 3. Die Gussteilkavität 3 selbst wird durch zwei Gussformhalbschalen 15, 16 gebildet und ist in

bekannter Weise durch die um das Schwindmaß vergrößerte Negativform des herzustellenden Gussteils gebildet. Die Gussformhalbschalen 15, 16 sind an einer Trennfläche 9 voneinander trennbar, so dass das fertige Gussteil

entnommen werden kann.

[40] Figur 2 zeigt ein Gießventil 7 mit einem Ventilgehäuse 13, das senkrecht in einem Schmelzekanal 11 angeordnet ist und somit zwei gegenüberliegende Schmelzekanalanschlüsse 12 aufweist, welche Teil des Schmelzekanals 11 selbst sind.

Das Gießventil 7 weist einen Ventilkolben 14 auf, der einen zylindrischen Ventilschaft 25 und einen endseitigen

Ventilteller 26 aufweist. Der Ventilteller 26 bildet die Schulter 22 und ist teilkalottenartig ausgebildet mit einer ventilauslassseitig gerichteten Kreisfläche 29. Die

Kreisfläche 29 der Schulter 22 ist in Bewegungsrichtung des Ventilkolbens 14 gerichtet. Die Schulter 22 selbst

erstreckt sich radial vom Ventilschaft 25. [41] Im Bereich des Gießventils 7 ist der Schmelzekanal 11 nur um eine kalottenartige Erweiterung 30 verbreitert, die in ihrer Form in etwa komplementär zum Ventilteller 26 ausgebildet ist, so dass im vollständig geöffneten Zustand einerseits der Querschnitt des Schmelzekanals 11 nicht eingeengt ist, andererseits das Gießventil 7 kompakt baut und damit die Wärmeverluste minimiert. Zentrisch im

Ventilgehäuse 13 ist der Ventilkolben 14 angeordnet, über den der Ventilauslass 10 verschließbar ist. An der

Stirnseite 17 des Ventilkolbens 14 schließt sich eine gewinkelte Mantelfläche als Konusabschnitt 18 des

Ventilhauptkegels an, die radial in die Schulter 22

übergeht. Die Innenwand 21 des Ventilgehäuses 13 weist einen Gehäusekonusabschnitt 28 auf, der mit dem

Konusabschnitt 18 des Ventilkolbens 14 den Ventilsitz 8 bildet. Der Konusabschnitt 18, der an den Ventilauslass 10 anschließt, weist eine Neigung gegenüber der

Ventilhauptachse auf, die größer ist als die der

Mantelfläche 18. Beim Schließen des Gießventils 7 bilden der Ventilkolben 7 und Innenwand 21 des Ventilgehäuses 13 deshalb einen ringförmigen Spalt 24 und im verschlossenen Zustand einen kreisförmigen Linienkontakt als Ventilsitz 8. [42] Angetrieben wird der Ventilkolben 14 durch einen nicht dargestellten Kolbenantrieb, der hydraulisch arbeitet und axial versetzt zum Ventilkolben 14 angeordnet ist.

[43] Der Ventilkolben 14 ist als Hohlzylinder ausgebildet und weist koaxial zur Verschieberichtung einen

Nachverdichtungskolben 23 auf. In gleicher Weise wie der Ventilkolben 14 kann der Nachverdichtungskolben 23 einen zweiten Kolbenantrieb aufweisen, der unabhängig vom ersten Kolbenantrieb betreibbar ist.

[44] Der Betrieb des in den Figuren 1 und 2 dargestellten Gießventils 1 gliedert sich in sechs verschiedene Phasen. In der in Figur 3a dargestellten, ersten Phase, der Ausgangsstellung, die nach der Entnahme des Gussstücks des vorausgegangenen Gießzyklus ' erreicht ist, sind der

Ventilkolben 14 und der Nachverdichtungskolben 23

geschlossen und so weit wie möglich in Richtung des

Ventilauslasses 10 gefahren. Der Schmelzekanal 11 ist daher von der Gussteilkavität 3 getrennt, die somit gereinigt werden und durch einen Sprühvorgang für das nächste Gießen vorbereitet werden kann. [45] Vor dem nächsten Gießvorgang wird die Gussteilkavität 3 so fest verschlossen, dass sie dem Schmelzedruck des anschließenden Druckgießprozesses standhält. Der innere Nachverdichtungskolben 23 fährt in dieser zweiten Phase in seine Ausgangsstellung zurück, die gegenüber dem den

Ventilauslass 10 verschließenden Ventilkolben 14 so weit zurückgesetzt ist, dass zwischen den Innenwänden des

Ventilkolbens 14 ein Sackloch 27 entsteht. Die

Sacklochtiefe entspricht in etwa dem Hub des Ventilkolbens 14.

[46] Durch Zurückziehen des Ventilkolbens 14 wird der eigentliche Gießprozess als dritte Phase eingeleitet. Der Ventilkolben 14 löst sich von seinem ringlinienförmigen Ventilsitz, und durch die nun einströmende, heiße Schmelze 2 wird eventuell an dieser Stelle erkaltetes Material aufgeschmolzen. Aufgrund des Ringlinienkontakts und einer eventuell am Gießventil 7 befindlichen Heizung ist die erstarrte Schmelzemenge so gering, dass sie vollständig aufgeschmolzen wird und ein Öffnen des Ventilkolbens 14 nicht oder nur unwesentlich erschwert. Der Ventilauslass 10 wird maximal geöffnet, und die Schmelze 2 kann ringförmig zwischen den Kolben 14, 23 und der Innenwand 21 des

Ventilgehäuses 13 in die Gussteilkavität 3 strömen. Die zum Befüllen vorgesehene Schmelzemenge wird durch den

vorfahrenden Gießkolben 6 über den Schmelzekanal 11 nachgeschoben . [47] Nach Abschluss des Formfüllvorgangs werden die

Gießventile 7, von denen in Figur 1 nur eines dargestellt ist, durch Vorfahren des Ventilkolbens 14 geschlossen

(vierte Phase, Figur 3d) . Durch die Relativbewegung des Ventilkolbens 14 und des nicht-mitbewegten

Nachverdichtungskolbens 23 bildet sich wieder das

stirnseitige Sackloch 27 aus, und das Gussstück kann erkalten. Da aufgrund des geschlossenen Ventilkolbens 14 der Schmelzedruck nicht mehr durch den Gießkolben 6 der Gießkammer 4 aufgebracht werden kann, wird der

erforderliche Gießdruck nunmehr von dem

Nachverdichtungskolben 23 erzeugt.

[48] In der fünften Abkühlungsphase erstarrt das Gussstück, und die Gießkammer 4 wird für einen neuen Formfüllvorgang vorbereitet. Während des Erkaltens wird die dadurch

bedingte Materialschrumpfung ausgeglichen, indem der

Nachverdichtungskolben 23 die sich in dem Sackloch 27 und dem daran unmittelbar anschließenden Bereich befindliche Schmelze 2 in die Gussteilkavität presst. Wenn die Menge der für die Nachverdichtung benötigten Schmelze 2 dem

Sacklochvolumen entspricht, kann der an den Ventilauslass 10 anschließende Angusskanal besonders kurz ausfallen oder gegebenenfalls sogar entfallen. Wie in Figur 3e

dargestellt, fährt in dieser Ausführungsform der

Nachverdichtungskolben 23 über die Stirnseite 17 des

Ventilkolbens 14 hinaus in die Gussteilkavität 3 hinein. Der Erstarrungsprozess kann durch Zuführung von

Kühlleistung über Kühlkanäle beschleunigt werden. [49] Vor der Öffnung der Gussteilkavität 3 und der Entnahme des Gussteils erfolgt in der letzten Phase (Figur 3f) ein Rückzug des Nachverdichtungskolbens 23; der Ventilkolben 14 bleibt weiterhin geschlossen.

Bezugs zeichenliste

1 Gieß orrichtung

2 Schmel ze

3 Gussteilkavität

4 Gießkammer

5 Hei zmittel

6 Gießkolben

7 Gießventil

8 Ventilsitz

9 Trennfläche

10 Ventilauslass

11 Schmel zekanal

12 Schmelzekanalanschluss

13 Ventilgehäuse

14 Ventilkolben

15 Gussformhalbschale

16 Gussformhalbschale

17 Stirnseite

18 Konusabschnitt

19 Schmelzeventil

20 Zylinderabschnitt

21 Innenwand

22 Schulter

23 Nachverdichtungskolben

24 Spalt

25 Ventilschaft

26 Ventilteller

27 Sackloch

28 Gehäusekonusabschnitt

29 Kreisfläche

30 kalottenartige Erweiterung

Claims

Patentansprüche

Gießventil (7) zur Zuführung von Schmelzen (2) für eine Gießvorrichtung (1), aufweisend

ein Ventilgehäuse (13),

einen Schmelzekanalanschluss (12) als Zulauf, der mit einem mittels Gießdruck vorspannbaren Schmelzekanal (11) verbindbar ist,

einen Ventilauslass (10) als Auslauf,

einen Ventilkolben (14) zur Veränderung der

Ventilauslassquerschnittsfläche, wobei der

Ventilkolben (14) im geschlossenen Zustand einen

Ventilsitz (8) mit der Innenwand (21) des

Ventilgehäuses (13) bildet,

dadurch gekennzeichnet, dass

der Ventilkolben (14) eine radial an den Ventilsitz (8) anschließende Schulter (22) aufweist.

Gießventil (7) nach Anspruch 1, dadurch

gekennzeichnet, dass der Ventilkolben (14) im

geschlossenen Zustand im Ventilsitz (8) einen

Linienkontakt mit dem Ventilgehäuse (13) bildet.

Gießventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch

gekennzeichnet, dass im geschlossenen Zustand des Gießventils (7) die Schulter (22) vom Ventilgehäuse (13) durch einen Spalt (24) beabstandet ist.

4. Gießventil (7) nach Anspruch 3, dadurch

gekennzeichnet, dass der Spalt (24) derart schmal ausgestaltet ist, dass sich bei geschlossenem

Gießventil (7) unter Abkühlung der Gussmasse ein Temperaturgradient im Spalt (24) einstellt, welcher die darin befindliche Schmelze (2) zumindest teilweise erstarren lässt.

Gießventil nach Anspruch 3 oder 4, dadurch

gekennzeichnet, dass der Ventilkolben (14) endseitig einen Konusabschnitt (18) zum Bilden des Ventilsitzes (8) aufweist, wobei die Länge des Konusabschnitts (18) in Schließrichtung kleiner ist als die radiale Breite der Schulter (22) .

Gießventil (7) nach einem der vorhergehenden

Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der

Ventilkolben (14) einen Ventilschaft (25) und einen Ventilteller (26) aufweist, wobei der Ventilteller (26) die Schulter (22) bildet.

Gießventil (7) nach einem der vorhergehenden

Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der

Ventilkolben (14) einen Nachverdichtungskolben (23) zur Nachverdichtung der Schmelze (2) nach Formfüllende aufweist .

8. Gießventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gießventil eine manuell oder automatisch verstellbare

Ventilhubbegrenzung aufweist.

9. Gießvorrichtung (1) zum Druckgießen mit einer

Gussteilkavität (3) und einem Gießventil (7) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch

gekennzeichnet, dass das Gießventil (7) unmittelbar an dem Anschnittbereich oder unmittelbar an der

Gussteilkavität (3) angeordnet ist.

10. Gießvorrichtung (1) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der maximale Hub des

Ventilkolbens (14) dem Querschnitt des Schmelzekanals (11) in Hubrichtung entspricht.