WO2017148457A1

WO2017148457A1 - Druckgussdüsensystem

Info

Publication number: WO2017148457A1
Application number: PCT/DE2016/100598
Authority: WO
Inventors: Igor Kusic
Original assignee: Ferrofacta Gmbh
Priority date: 2016-03-01
Filing date: 2016-12-19
Publication date: 2017-09-08
Also published as: US20190054522A1; CN108778566A; JP6772278B2; DE112016006531A5; EP3423215A1; KR20180118742A; ES2929466T3; CA3015242C; PL3423215T3; RU2697294C1; CA3015242A1; EP3423215B1; JP2019507019A; BR112018017092B1; KR102152765B1; CN108778566B; US11161172B2; BR112018017092A2; MX2018010552A

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Druckgussverfahren und Druckgussdüsensystem (10) zum Einsatz in einem Warmkammersystem (1) für den Druckguss von metallischer Schmelze (4), umfassend eine Warmkammerdruckgussmaschine (2) mit einem Gießbehälter (3) und einem Schmelzeverteiler (20), der die Schmelze (4) aus einer Maschinendüse (7) auf gleichmäßig beheizte Druckgussdüsen (40) verteilt. Wenigstens ein Rückschlagventil (48) ist zwischen einem Angussbereich (42) der Druckgussdüsen (40) und dem Gießbehälter (3) angeordnet, das den Rückfluss der Schmelze (4) von dem Angussbereich (42) weg in Richtung Gießbehälter (3) verhindert. Erfindungsgemäß ist das Rückschlagventil (48) jeweils zwischen dem Angussbereich (42) zumindest der oberen Druckgussdüsen (40) und einem letzten Abzweig von Schmelzekanälen (22) in dem Schmelzeverteiler (20) zu jeder der Druckgussdüsen (40) angeordnet.

Description

Druckgussdüsensystem

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Druckgussverfahren und ein Druckgussdüsensystem zum Einsatz in einem Warmkammersystem für den Druckguss von metallischer Schmelze, umfassend eine Warmkammerdruckgussmaschine mit einem Gießbehälter und einem Schmelzeverteiler, der die Schmelze gleichmäßig aus einer Maschinendüse auf gleichmäßig beheizte Druckgussdüsen verteilt. Dabei ist wenigstens ein Rückschlagventil zwischen einem Angussbereich der Druckgussdüsen und dem Gießbehälter angeordnet, wobei das Rückschlagventil den Rückfluss der Schmelze von dem Angussbereich weg in Richtung Gießbehälter verhindert.

Der Anguss als Nebenprodukt des Gießens, der bei herkömmlichen Druckgussverfahren in den Kanälen zwischen der Druckgussdüse und der Gießform erstarrt und die Gussteile nach dem Entformen in letztlich unerwünschter Weise miteinander verbindet, bringt zusätzlichen Materialaufwand mit sich, der in der Regel zwischen 40 % und 100 % des Gewichts des Gussteils beträgt. Selbst wenn der Anguss zum Materialrecycling wieder eingeschmolzen wird, ist dies mit Energie- und Qualitätsverlusten durch entstehende Schlacke- und Oxidanteile verbunden. Der angusslose Druckguss vermeidet diese Nachteile.

Für den angusslosen Druckguss ist es erforderlich, die Schmelze im flüssigen Zustand entweder für jeden Guss aus dem Schmelztiegel an die Form heran- und danach wieder zurückzuführen, was jedoch auch zu Qualitätseinbußen, zumindest aber zu Zeitverlust führt, oder die Schmelze in flüssigem Zustand am Anguss der Form vorzuhalten. Letzteres geschieht beim Warmkammerverfahren, wo alle Kanäle bis zum Anguss so beheizt sind, dass die Schmelze flüssig bleibt und günstigenfalls zugleich am Rückfluss zum Schmelztiegel gehindert wird.

Der Rückfluss in den Schmelztiegel kann durch Ventile verhindert werden, aber auch in besonders vorteilhafter Weise durch einen Pfropfen erstarrter Schmelze, der die Angussöffnung in der Druckgussdüse verschließt.

Herkömmliche Ventile verhindern zwar einen Rückfluss der Schmelze bis in den Schmelzetiegel, sind aber bei Mehrfachsystemen ungeeignet, ein Auslaufen höher liegender Stränge in niedriger liegende Stränge und dem Austritt aus der Druckgussdüse zu verhindern. Dies wird zwar durch Verschluss mittels eines Pfropfens erstarrter Schmelze verhindert, jedoch ist es wegen der notwendigen schnellen Wechsel zwischen Aufschmelzen und Erstarren kompliziert, mit diesem Verfahren kurze Taktzeiten für eine hohe Dynamik zu erreichen.

Aus diesem Problem resultiert die Aufgabe, ein Druckgussdüsensystem zum Einsatz in einem Druckgussheißkammersystem für Metallschmelzen anzubieten, das eine einfache Temperaturführung und einen einfachen Aufbau ermöglicht.

Die Aufgabe wird gelöst durch ein Druckgussdüsensystem zum Einsatz in einem Warmkammersystem für den Druckguss von metallischer Schmelze, umfassend eine Warmkammerdruckgussmaschine mit einem Gießbehälter und einem Schmelzeverteiler, der die Schmelze gleichmäßig aus einer Maschinendüse auf beheizte Druckgussdüsen verteilt, wobei wenigstens ein Rückschlagventil zwischen einem Angussbereich der Druckgussdüsen und dem Gießbehälter angeordnet ist, wobei das Rückschlagventil den Rückfluss der Schmelze von dem Angussbereich weg in Richtung Gießbehälter verhindert. Es sind hierbei in erster Linie niedrigviskose Schmelzen, v. a. von Nichteisenmetallen, vorgesehen, bis hin zur Schmelztemperatur von Aluminium. Nach dem Stand der Technik kann jedoch die flüssige Schmelze aus einer oberen Düse zurückgezogen werden und durch die Scherkraft zugleich in unerwünschter weise aus eine unteren Düse auslaufen.

Erfindungsgemäß ist es zur Lösung dieses Problems vorgesehen, dass das Rückschlagventil jeweils zwischen dem Angussbereich zumindest der oberen Druckgussdüse oder, bei mehreren, der oberen Druckgussdüsen und einem letzten Abzweig in dem Schmelzeverteiler zu jeder der Druckgussdüsen angeordnet ist. Dadurch wird jederzeit verhindert, dass Schmelze aus den Druckgussdüsen austritt, wenn keine Schmelze über den Schmelzeverteiler einschießt, was insbesondere bei geöffneter Form zu Verunreinigungen und Gefahren führen würde. Das Risiko, dass Schmelze austreten kann, resultiert daraus, dass die Schmelzekanäle im Schmelzeverteiler kommunizierende Röhren bilden und dadurch Schmelze aus einer im oberen Bereich des Schmelzeverteilers angeordneten Druckgussdüse zurückfließen und dementsprechend Schmelze aus einer im unteren Bereich des Schmelzeverteilers angeordneten Druckgussdüse durch die Wirkung der Schwerkraft ausfließen könnte. Dies verhindert jedoch das Rückschlagventil im Bereich zwischen dem Angussbereich der Druckgussdüse und dem letzten Abzweig in dem Schmelzeverteiler zumindest zu der Druckgussdüse, beispielsweise in der oberen Druckgussdüse selbst. Eine vorteilhafte Ausführungsform sieht vor, dass die Druckgussdüsen von innen und/oder von außen im Bereich eines Düsenkörpers beheizbar sind und Angussbereiche umfassen, die mindestens eine Wärmeleitfähigkeit der zu verarbeitenden Schmelze selbst aufweisen und/oder gesondert beheizbar sind. Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Beheizung von außen erfolgt und die Wärme in die Angussbereiche weitergeleitet wird, sodass auf eine Innenheizung verzichtet werden kann. Es ist somit vorgesehen, dass die Druckgussdüse außenbeheizt ist, wobei die Außenheizung auch als bedruckte Heizung (Dickschichtheizung) ausgeführt sein kann. Die Außenheizung kann durch eine aufschrumpfbare Messing- oder Edelstahlhülse gebildet werden, die die Heizung enthält.

Wegen des geringen Wärmeabflusses aus dem Angussbereich kann die Druckgussdüse somit indirekt beheizt werden, indem die Heizwärme aus dem beheizten Düsenkörper in den Angussbereich überströmt. Die möglichst hohe Wärmeleitfähigkeit, jedoch nicht kleiner als die der Schmelze selbst (z. B. Zn >100 W/mK, Mg um > 60, AI um 235 W/mK) wird durch geeignete Materialauswahl, beispielsweise eine Molybdänlegierung, Wolfram oder eine wärmeleitfähige Keramik, ermöglicht. Alternativ oder zusätzlich ist die Druckgussdüse innenbeheizt, was ebenfalls von der Erfindung umfasst ist.

Weiter vorteilhaft ist eine im Angussbereich jeder Druckgussdüse vorgesehene thermische Schutzeinrichtung, die einen Wärmeabfluss aus dem Angussbereich in Richtung Gießform reduziert. Besonders geeignet hierfür ist eine thermische Isolierung im Angussbereich. Hierfür kommt eine thermische Isolierung in Frage, die als Isolierring aus einem den Angussbereich umgebenden Material mit geringer Wärmeleitfähigkeit, wie z. B. Titanlegierungen oder Keramik, als eine isolierende Luft-, Gas- oder Vakuumschicht innerhalb des Angussbereichs und/oder als konstante Luftschicht zwischen dem Körper der Druckgussdüse und der Gießform, die einen gleichmäßigen oder umlaufenden Luftspalt als Isolierraum bildet, ausgeführt ist. Die Isolierung dient zur Vermeidung von Wärmeverlusten und einer Minimierung der Heizleistung.

Bevorzugt weist der Angussbereich der Form eine Isolierung auf, die den Wärmeabfluss in die Form verringert. Die Isolierung ist Teil der Düse und wird nicht durch die Form oder die Schmelze gebildet, wie dies beim Kunststoffspritzguss der Fall ist. Zudem ist es alternativ oder zusätzlich zur Wärmeisolierung auch vorgesehen, den Angussbereich der Form zu beheizen, gewissermaßen als eine„aktive Isolierung", um den Wärmeabfluss aus dem Angussbereich auch durch diese Maßnahmen zu verringern. Dadurch bleibt die Schmelze im Angussbereich flüssig und muss nicht nach dem Abriss des Gussteils erneut aufgeschmolzen werden. Dies führt zu einer einfachen Beheizung der Düse, trotz aller Vorteile, die ein Vorhalten der Schmelze in der Düse mit sich bringt. Es ist hierzu auch vorgesehen, die Düsenfront aus isolierendem Material herzustellen.

Alternativ ist eine weitere Ausführungsform einer Gegenheizung vorgesehen, um den Wärmeabfluss zu vermindern. Diese Gegenheizung ist vorzugsweise als separat temperierbares, um den Anguss herum angeordnetes Segment und/oder als gesondert beheizbarer Angussbereich ausgeführt. Als besonders vorteilhaft hat sich eine Gegenheizung erwiesen, die zu ihrem Betrieb einen hochdynamischen C0₂- Kreisprozess nutzt.

Für eine hohe Erzeugnisqualität sorgt ein Schmelzekanal, der im Bereich des Angussbereichs der Druckgussdüse eine Abrisskante aufweist, die so gestaltet ist, dass sie eine querschnittmindernde Sollbruchstelle in der in dem Angussbereich erstarrten Schmelze ausbildet, an der beim Abheben des Angussbereichs von der Form der Artikel abreißt. Die Abrisskante ist einseitig entweder an der Außenseite eines Zentralleiters umlaufend angeordnet oder an der Innenseite des Schmelzeleiters, jeweils am unteren, zum Angussbereich hin liegenden Ende. Auch eine beidseitige Anordnung ist vorgesehen. Weiterhin hat es sich als günstig erwiesen, wenn ein Temperaturfühler im Angussbereich angeordnet ist. Dieser Temperaturfühler erzeugt Messwerte, die zur Steuerung der Düsenheizung verwendet werden können. Eine gesteuerte Düsenheizung ermöglicht eine optimale Verfahrensführung, erhöht die Produktivität und die Erzeugnisqualität und vermindert den Verschleiß der Druckgussdüse. Der Temperaturfühler in dem Frontbereich der Düse, dem angussnahen Bereich, unterstützt somit einen optimierten Betrieb der Heizung, indem seine Messwerte zur Steuerung der Düsenheizung eingesetzt werden.

Als besonders vorteilhaft hat es sich erwiesen, wenn das Rückschlagventil in dem Düsenkanal der Druckgussdüse selbst angeordnet ist. Ein geeignetes Rückschlagventil weist eine, bevorzugt in einem Käfig, frei bewegliche Kugel auf, die mit einem Ventilsitz zusammenwirkt.

Es ist günstig, wenn die Düse eine bestimmte Angussgeometrie aufweist. So sorgt ein Ring für einen sauberen Abriss, Kreuz- oder Sternformen sind ebenfalls vorgesehen. Wenn der den Ring bildende Zentralleiter eine Längsbohrung erhält, die bis durch den Angussbereich hindurch führt. Hierdurch wird ein besserer Durchfluss der Schmelze bei ebenso gutem Abriss ermöglicht. Die Qualität des Abrisses wird weiter verbessert durch eine Abrisskante, die innen und/oder außen im Angussbereich angeordnet sein kann. Vorteilhafterweise verfügt die Druckgussdüse somit über eine an die jeweiligen Erfordernisse angepasste Angussgeometrie.

Der Anguss kühlt nur ab, wenn die Wärme in das Gussteil, das Erzeugnis, fließt und den Angussbereich auskühlt, solange das Gussteil mit dem Angussbereich verbunden bleibt. Der Angussbereich kühlt aber nicht zu stark aus, weil bedingt durch eine thermische Isolierung im Angussbereich der Düse nur wenig Wärme unmittelbar in die Form abfließt. Dadurch erfolgt eine Kanalisierung des Wärmeflusses im Wesentlichen über die flüssige oder erstarrte Schmelze. Erfindungsgemäß ist auch ein Druckgussverfahren unter Einsatz eines Druckgussdüsensystems gemäß oben ausgeführter Beschreibung. Das Druckgussverfahren umfasst die Verfahrensschritte:

• Aufsetzen der permanent und gleichmäßig beheizten Druckgussdüse auf die Gießform;

· Öffnen des Rückschlagventils beim Einschießen der Schmelze durch den Schmelzekanal und den Angussbereich bis in die Gießform;

• Erstarren der Schmelze zu einem Erzeugnis in der Gießform bis in den Angussbereich hinein, wobei Wärme aus dem Angussbereich in das Erzeugnis strömt;

· Abheben der Druckgussdüse, Abriss des Erzeugnisses und ausbleibender Abfluss der Wärme aus dem Angussbereich;

• Aufschmelzen der erstarrten Schmelze in dem Angussbereich aller Druckgussdüsen durch aus dem Düsenkörper nachströmende Wärme, wobei ein Ausfließen der Schmelze aus dem unteren Düsen im Verteiler, die aus den oberen Düsen über den Verteiler strömt, verhindert wird, indem die Rückschlagventile im

Bereich der oberen Düsen schließen. Ein solches Verfahren kommt ohne die Ausbildung eines dichtenden Schmelzepfropfens im Angussbereich aus, sodass die Taktfrequenz beim Druckgussgießen erhöht und die thermische Wechselbelastung der Druckgussdüse vermindert werden kann. Zudem wird die Sicherheit gegen austretende Schmelze erhöht.

Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen mit Bezugnahme auf die zugehörigen Zeichnungen. Es zeigen:

Fig. 1 : in schematischer Darstellung ein erfindungsgemäßes Druckgussdüsensystem; Fig. 2: in schematischer Schnittdarstellung ein erfindungsgemäßes Druckgussdüsensystem mit zwei Druckgussdüsen;

Fig. 3: eine weitere Ausführungsform der Druckgussdüse;

Fig. 4: eine Ausführungsform eines Details der erfindungsgemäßen Druckgussdüse im Angussbereich;

Fig. 5: eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Druckgussdüsensystems;

Fig. 6: eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Druckgussdüsensystems;

Fig. 7: eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Druckgussdüse und Fig. 8: mehrere unterschiedliche Angussgeometrien. Fig. 1 zeigt in schematischer Darstellung ein Warmkammersystem 1 , umfassend eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Druckgussdüsensystems 10, verbunden mit einer bereits allgemein bekannten Warmkammerdruckgussmaschine 2. Die Warmkammerdruckgussmaschine 2 umfasst einen Gießbehälter 3, der Schmelze 4 enthält. Diese wird durch einen Kolben 5, angetrieben durch einen Kolbenantrieb 6 und nach unten bewegt, so dass die Schmelze 4 über eine Maschinendüse 7 in das Druckgussdüsensystem 10 gelangt.

In dem Druckgussdüsensystem 10 wird die Schmelze 4 zunächst in den Schmelzeverteiler 20 gedrückt, der die Schmelze 4 auf die einzelnen Druckgussdüsen 40 verteilt. Die Druckgussdüsen 40 sind unmittelbar mit der fixen Formhälfte 32 als ein Teil der Gießform 30 verbunden. Zwischen der fixen Formhälfte 32 und einer beweglichen Formhälfte 34 befindet sich eine Kavität 36, in der nach dem Einschießen der Schmelze 4 und deren Erstarren das Erzeugnis gebildet wird.

Fig. 2 zeigt in schematischer Schnittdarstellung eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Druckgussdüsensystems 10 mit zwei Druckgussdüsen 40, eine obere und eine untere. Die Druckgussdüsen 40 sind in die fixe Formhälfte 32 der Gießform 30 eingesetzt und mit dem Schmelzeverteiler 20 verbunden. Zwei Radialsitze 24 und ein Axialsitz 26, an denen die Druckgussdüse 40 abgestützt wird, sichern deren Position innerhalb der Gießform 30. Die Dichtfunktion des vorderen Radialsitzes 24 kann daneben auch durch ein zusätzliches, hier nicht dargestelltes Dichtelement verbessert werden. Die Funktion dieses Zwischenraums wird zu Fig. 3 näher beschrieben.

Ist das Druckgussdüsensystem 10 in Betrieb, befindet sich an einem Maschinendüsenansatz 12 die Maschinendüse und ist darüber an den Schmelzeverteiler 20 unter mechanischem Druck angesetzt und somit dicht verbunden. Dadurch kann die Schmelze aus dem Gießbehälter in einen Schmelzekanal 22 des Schmelzeverteilers 20 und zu den Druckgussdüsen 40 in deren jeweiligen Düsenkanal 41 gelangen. Von dem Düsenkanal 41 strömt die Schmelze durch das in Strömungsrichtung öffnende Rückschlagventil 48 bis zum Angussbereich 42, wo es in die Kavität 36 einschießt. Dort bildet sich nach dem Erstarren der Schmelze das Erzeugnis in der Kavität. Zudem kann die Schmelze auch in dem Angussbereich 42 erstarren, da die Wärme der Schmelze über die (häufig zusätzlich gekühlte) Gießform 30 abgeführt wird.

Das Rückschlagventil ist bei einer besonders vorteilhaften Ausführungsform als Kugelventil und in der Weise ausgeführt, dass die Kugel ein geringes Gewicht aufweist und einen kurzen Hub, beispielsweise einen Millimeter, ausführt. Diese Eigenschaft sorgt für eine hohe Dynamik bei der erfindungsgemäßen Funktion der Druckgussdüse.

Um das fertige Erzeugnis entnehmen zu können, wird die bewegliche Formhälfte 34 abgehoben. Dabei reißt das Erzeugnis vom Angussbereich 42 der Druckgussdüse 40 ab. Mit dem Abriss des Erzeugnisses und der Entfernung der beweglichen Formhälfte 34 entfällt zugleich der Abfluss von Wärme in die Gießform 30. Die von einer Düsenheizung 43 erzeugte und an die Druckgussdüse 40 abgegebene Wärme erwärmt danach den Angussbereich 42 so weit, dass die im Angussbereich 42 erstarrte Schmelze wieder aufschmilzt. Die Düsenheizung 43 ist hier ausgeführt als eine Hülse, beispielsweise aus Messing oder Edelstahl bestehend, die die Heizung enthält und die auf den Körper der Druckgussdüse 40 aufgeschoben wird. Damit ist der Angussbereich in den Druckgussdüsen 40 wieder offen für den Austritt der Schmelze. Solange nur eine Druckgussdüse 40 vorhanden ist, würde die Schmelze durch Kapillarkräfte bzw. fehlenden Druckausgleich am Austritt gehindert. Sobald aber mehrere, vor allem übereinander angeordnete Druckgussdüsen vorhanden sind, kann in die obere Druckgussdüse 40 Luft durch den Angussbereich 42 eintreten. Die eintretende Luft führt dann zum Druckausgleich im Schmelzekanal 22 des Schmelzeverteilers 20, so dass die Schmelze von der oberen Druckgussdüse 40 zum Schmelzekanal 22 zurückfließen aus der unteren Druckgussdüse 40 in unerwünschter Weise v. a. bei offener Gießform 30 austreten kann. Dies trifft natürlich gleichermaßen zu, wenn die Schmelze nicht im Angussbereich erstarrt, sondern fließfähig bleibt.

Um ein Ausfließen von Schmelze zu verhindern, ist nach der Erfindung das Rückschlagventil 48 vorgesehen, das einen Rückfluss der Schmelze zum Schmelzekanal 22 des Schmelzeverteilers 20 unterbindet. Dadurch kann mangels Druckausgleich auch keine Schmelze aus der unteren Druckgussdüse 40 austreten. Der Angussbereich 42 auch der jeweils unteren Düsen bleibt dadurch auch ohne eine zusätzliche Maßnahme zum Verschluss, wie z. B. ein erstarrter Schmelzepfropfen oder eine Düsennadel, praktisch dicht.

Fig. 3 zeigt in schematischer Schnittdarstellung eine Ausführungsform der Druckgussdüse 40 des erfindungsgemäßen Druckgussdüsensystems 10, einschließlich einer Detaildarstellung des Angussbereichs 42. Die Druckgussdüse 40 ist an den Schmelzeverteiler 20 angeschlossen, sodass eine Verbindung zwischen dessen Schmelzekanal 22 und dem Düsenkanal 41 besteht. In dem Düsenkanal 41 ist auch, hier schematisch dargestellt, vorteilhafter Weise das Rückschlagventil 48 angeordnet. Es könnte jedoch ebenso an beliebiger Position in dem dargestellten Abschnitt des Schmelzekanals 22 angeordnet sein.

Weiter ist die Düsenheizung 43 dargestellt und (nur in der Detaildarstellung) ein Teil der fixen Formhälfte 32, an dem sich die Druckgussdüse 40 abstützt. Um den Wärmeabfluss von der Druckgussdüse 40 auf die fixe Formhälfte 32 über die Abstützung im Angussbereich 42, den Radialsitz 24, zu vermeiden, ist eine thermische Isolierung vorgesehen. Diese besteht im dargestellten Beispiel aus einem Luftraum 58, der einem wesentlichen Teil der Druckgussdüse 40 umgibt, und vor allem aus einer Angussisolierung 50. Die Angussisolierung 50 ist unmittelbar im Angussbereich 42 angeordnet. Sie besteht aus einem Hohlraum, in den Luft, ein anderes Gas oder ein isolierendes Material eingebracht ist. Darüber hinaus ist es vorgesehen, dass der Angussbereich aus einem anderen Material gefertigt, das eine verminderte Wärmeleitfähigkeit aufweist, beispielsweise aus einer Keramik. Die Angussisolierung 50 kann durch das form- oder stoffschlüssige Zusammenfügen entsprechend ausgebildeter, den Hohlraum abgrenzender Teile erfolgen.

Die Angussisolierung 50 verhindert besonders effektiv einen großen Teil des Wärmeabflusses über den Radialsitz 24. Dadurch wird die Beheizung des Angussbereichs 42 und das Aufschmelzen dort erstarrter Schmelze über die vorhandene Düsenheizung 43 möglich, ohne dass eine zusätzliche Heizung im Angussbereich 42 angeordnet werden müsste. Jedoch ist auch eine solche alternative Lösung, die eine gesonderte Düsenheizung für den Angussbereich aufweist, von der vorliegenden Erfindung umfasst.

Die Detaildarstellung lässt zudem durch eingezeichnete Punktlinien mit Pfeilen erkennen, wie der Schmelzefluss im letzten Abschnitt des Düsenkanals 41 bis zum Angussbereich 42 erfolgt. Der Angussbereich 42 weist im dargestellten Ausführungsbeispiel eine ringförmige Angussgeometrie auf. Diese bildet sich heraus, indem der Schmelzekanal 41 in der Nähe des Angussbereichs 42 einen Zentralleiter 61 aufweist, der die Schmelze nach außen in einen zylinderischen Spalt einleitet, aus dem die ringförmige Angussgeometrie resultiert. Weitere vorteilhafte Angussgeometrien zeigt Fig. 8.

Fig. 4 zeigt in schematischer Schnittdarstellung eine Ausführungsform eines Details der erfindungsgemäßen Druckgussdüse 40 im Angussbereich 42. Hier ist, wie auch schon in Fig. 3, der Schmelzefluss im Düsenkanal 41 gekennzeichnet.

Ein wichtiges Merkmal der erfindungsgemäßen Druckgussdüse 40 wird im Angussbereich 42 gezeigt. Dieser umfasst eine Abrisskante 60, die einseitig oder beidseitig ausgeführt sein kann, also innen an dem Zentralleiter 61 und/oder außen an dem unteren Abschnitt des Schmelzeleiters 41 als jeweils umlaufende Erhabenheit. Dargestellt ist eine beidseitige Ausführung im Innen- und Außenbereich, wobei die Abrisskante 60 eine Querschnittsverringerung zwischen dem Erzeugnis, bestehend aus der erstarren Schmelze, und dem „eingefrorenen" Angussbereich, dem dort ausgebildeten Schmelzepfropfen, hervorruft. Diese Querschnittsverringerung bildet eine Sollbruchstelle, an der das Erzeugnis von dem Schmelzepfropfen im Angussbereich definiert abreißt und dafür sorgt, dass am Erzeugnis ein sauberer Anguss entsteht, der keine Nacharbeit erfordert.

Fig. 5 zeigt in schematischer Darstellung eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Druckgussdüsensystems 10, ähnlich der Darstellung aus Fig. 3 mit einer Detaildarstellung des Angussbereichs 42, die neben der fixen Formhälfte 32 auch die bewegliche Formhälfte 34 und die Kavität 36 zeigt.

Gegenüber dem Ausführungsbeispiel aus Fig. 3 liegt jedoch eine Reihe von Unterschieden vor. Diese betreffen die Umgebung des Angussbereichs 42 und die Düsenheizung 44. Letztere ist in eine Umlaufnut im Körper der Druckgussdüse 40 eingelegt.

Am Angussbereich 42 ist ein Teil der fixen Formhälfte 32 dargestellt, der so ausgebildet ist, dass sich zwischen dieser und der Druckgussdüse 40 ein isolierender Luftraum 58 ausbildet. Weiterhin ist in diesem Bereich ein Temperaturfühler 62, angeschlossen über eine Zuleitung 63, angeordnet. Der Kanal für die Zuleitung kann in der Detaildarstellung auch für eine Versorgungsleitung der Heizung genutzt werden.

Fig. 6 zeigt in schematischer geschnittener Darstellung, einschließlich Detaildarstellung, eine Ausführungsform des erfindungsgemäßes Druckgussdüsensystem 10, welches sich den in den Figuren 3 und 5 dargestellten gegenüber wiederum in der Art der Beheizung und der Gestaltung des Angussbereichs 42 unterscheidet. Der Angussbereich 42 wird zur Verbesserung der thermischen Isolation gegenüber der fixen Formhälfte 32 ein Isolierring 59, beispielsweise aus Titanlegierung gefertigt, eingesetzt. Dieser ist am Angussbereich 42 angeordnet und umgibt diesen im Bereich des Radialsitzes 24.

Zur Beheizung der Druckgussdüse 40 erfolgt bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel über eine bedruckte Düsenheizung 45, die auf den Körper der Druckgussdüse 40 spiralförmig aufgebracht und durch eine bewegliche Schutzhülse geschützt ist. Fig. 7 zeigt in schematischer geschnittener Darstellung eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Druckgussdüse 40', die sich wesentlich von den zuvor beschriebenen Ausführungsformen unterscheidet. Sie weist eine Düsenheizung 46 auf, die als ein innenliegender Heizstab ausgeführt ist. Die Düsenheizung 46 ist umgeben von dem Düsenkanal 41 , der dadurch die Form eines Hohlzylinders aufweist. Dadurch kann die Heizwärme sehr leicht unmittelbar bis an den Angussbereich 42 herangeführt werden, ohne dass durch besondere Maßnahmen zur thermischen Isolierung dem Wärmeabfluss entgegengewirkt werden muss. Diese Ausführungsform ist besonders vorteilhaft für den Einsatz von Schmelzen mit einer Schmelztemperatur von über 600 °C oder bei einem Mehrfachanguss, mit dem mehrere eng beieinanderliegende Kavitäten aus einer Druckgussdüse mit Schmelze versorgt werden können.

Der hohlzylindrische Düsenkanal 41 weist kein Rückschlagventil auf, dieses ist bei Einsatz einer solchen Druckgussdüse 40' im Schmelzekanal des Schmelzeverteilers anzuordnen.

Der Düsenkanal 41 geht in den Angussbereich 42 über, der im vorliegenden Ausführungsbeispiel punktförmig ausgeführt ist.

Weitere Angussformen sind in der Fig. 8 dargestellt.

Ansicht a) zeigt eine Angussgeometrie einer Mehrfachdüse, die es ermöglicht, eine Mehrfachform zu befüllen. Die Schmelze schießt dann nicht nur in eine Kavität ein, sondern in mehrere, eng beieinanderliegende Kavitäten, sodass mit einer Düse mehrere Teile gefertigt werden können.

Ansicht b) zeigt eine Angussgeometrie, wie sie im Schnitt aus den Figuren 2 bis 6 hervorgeht und als ringförmiger Anguss mit einem großen Querschnitt für kurze Gießzeiten ausgebildet ist. Die im Inneren des Rings angeordnete Spitze, der Zentralleiter 61 (vgl. Figuren 3 und 4), sorgt für eine Wärmeleitung aus dem beheizten Düsenkörper in den Angussbereich und ist hierzu aus einem besonders wärmeleitfähigen Material, beispielsweise einer geeigneten Legierung, gefertigt. Dadurch wird nach dem Abriss des Erzeugnisses und damit Wegfall der Wärmesenke die ggf. erstarrte Schmelze im Angussbereich schnell wieder aufgeschmolzen, sodass ein neuer Druckgusszyklus zur Fertigung eines weiteren Erzeugnisses beginnen kann. Hierzu trägt insbesondere auch bei, wenn der gesamte Angussbereich aus dem besonders wärmeleitfähigen Material gefertigt ist.

Ansicht c) ergänzt den ringförmigen Anguss um einen zentral im Ring angeordneten punktförmigen Anguss, sodass ein noch größerer Schmelzevolumenstrom erreichbar ist. Ein punktförmiger Anguss kann auch ohne den zusätzlichen ringförmigen Anguss vorgesehen sein. Eine solche Variante geht bereits aus der in Fig. 7 dargestellten Druckgussdüse 40 hervor. Die Ansichten d) bis f) zeigen jeweils eine Angussgeometrie, die bei ähnlicher Stabilität im Angussbereich einen schnelleren Einschuss der Schmelze in die Kavität verspricht, vor allem, wenn diese ein größeres Volumen aufweist. Hierzu dienen seitlich von der ringförmigen Angussgeometrie ausgehende Nuten im Angussbereich in Form einer Linie, zweier gekreuzter Linien oder als sternförmige Angussgeometrie.

Bezugszeichenliste

1 Warm kam m ersy stem

2 Warmkammerdruckgussmaschine

3 Gießbehälter

4 Schmelze

5 Kolben

6 Kolbenantrieb

7 Maschinendüse

10 Druckgussdüsensystem

12 Maschinendüsenansatz

20 Schmelzeverteiler

22 Schmelzekanal

24 Radialsitz

26 Axialsitz

30 Gießform

32 fixe Formhälfte

34 bewegliche Formhälfte

36 Kavität

36' Erzeugnis

40, 40' Druckgussdüse

41 Düsenkanal

42 Angussbereich

43 Düsenheizung (Hülse)

44 Düsenheizung (Umlaufnut)

45 Düsenheizung (bewegliche Hülse)

46 Düsenheizung (Innenheizung)

48 Rückschlagventil

50 Angussisolierung

58 Isolierraum

59 Isolierring

60 Abrisskante

61 Zentralleiter

62 Temperaturfühler

63 Zuleitung

Claims

Patentansprüche

1. Druckgussdüsensystem (10) zum Einsatz in einem Warm kam mersystem (1) für den Druckguss von metallischer Schmelze (4), umfassend eine Warmkammerdruckgussmaschine (2) mit einem Gießbehälter (3) und einem Schmelzeverteiler (20), der die Schmelze (4) gleichmäßig aus einer Maschinendüse (7) auf beheizte Druckgussdüsen (40) verteilt, wobei wenigstens ein Rückschlagventil (48) zwischen einem Angussbereich (42) der Druckgussdüsen (40) und dem Gießbehälter (3) angeordnet ist, wobei das Rückschlagventil (48) den Rückfluss der Schmelze (4) von dem Angussbereich (42) weg in Richtung Gießbehälter (3) verhindert, dadurch gekennzeichnet, dass das Rückschlagventil (48) jeweils zwischen dem Angussbereich (42) zumindest der einen oder aller oberen Druckgussdüsen (40) und einem letzten Abzweig von Schmelzekanälen (22) in dem Schmelzeverteiler (20) zu jeder der jeweiligen Druckgussdüsen (40) angeordnet ist.

2. Druckgussdüsensystem nach Anspruch 1 , wobei die Druckgussdüse (40) von innen und/oder von außen im Bereich eines Körpers der Druckgussdüse (40) beheizbar ist und einen Angussbereich (42) umfasst, dessen Material eine Wärmeleitfähigkeit von wenigstens der Wärmeleitfähigkeit der Schmelze aufweist und/oder gesondert beheizbar ist.

3. Druckgussdüsensystem nach Anspruch 1 oder 2, wobei im Angussbereich (42) jeder Druckgussdüse (40) eine thermische Schutzeinrichtung vorgesehen ist, die einen Wärmeabfluss aus dem Angussbereich (42) in Richtung Gießform (30) reduziert.

4. Druckgussdüsensystem nach Anspruch 3, wobei die thermische Schutzeinrichtung als thermische Isolierung (58, 59) im Angussbereich (42) oder als eine im Angussbereich angeordnete Gegenheizung ausgeführt ist.

5. Druckgussdüsensystem nach Anspruch 4, wobei die thermische Isolierung als Isolierring (58) aus einem den Angussbereich (42) umgebenden Material mit geringer Wärmeleitfähigkeit, als Angussisolierung (50), ausgeführt als isolierende Luft-, Gas- oder Vakuumschicht innerhalb des Angussbereichs (42), und/oder als Isolierraum (58) zwischen dem Körper der Druckgussdüse (40) und der Gießform (30) ausgeführt ist.

6. Druckgussdüsensystem nach Anspruch 4, wobei die Gegenheizung als separat temperierbares, um den Angussbereich (42) herum angeordnetes Segment und/oder als gesondert beheizbarer Angussbereich (42) ausgeführt ist.

7. Druckgussdüsensystem nach Anspruch 6, wobei zum Betrieb der Gegenheizung eine Einrichtung, die einen C0₂-Kreisprozess anwendet, vorgesehen ist.

8. Druckgussdüsensystem nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei ein Düsenkanal (41) im Angussbereich (42) der Druckgussdüse (40) eine Abrisskante (60) am äußeren Umfang eines Zentralleiters (61) und/oder am inneren Umfang des Düsenkanals (41) aufweist, wobei die Abrisskante (60) so gestaltet ist, dass sie eine Sollbruchstelle in der im Angussbereich (42) erstarrten Schmelze (4) ausbildet, an der beim Abheben des Angussbereichs (42) von der Gießform (30) das Erzeugnis (36') abreißt.

9. Druckgussdüsensystem nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei ein Temperaturfühler (62) im Angussbereich (42) angeordnet ist.

10. Druckgussdüsensystem nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei das Rückschlagventil (48) in dem Düsenkanal (41) der Druckgussdüse (40) angeordnet ist.

1 1. Druckgussdüsensystem nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei das Rückschlagventil (48) als frei bewegliche Kugel, die mit einem Ventilsitz zusammenwirkt, ausgeführt ist.

12. Druckgussverfahren unter Einsatz eines Druckgussdüsensystem gemäß einem der Ansprüche 1 bis 11 , gekennzeichnet durch die Verfahrensschritte

• Aufsetzen der permanent und gleichmäßig beheizten Druckgussdüse (40) auf die Gießform (30);

• Öffnen des Rückschlagventils (48) beim Einschießen der Schmelze (4) durch den Schmelzekanal (41) und den Angussbereich (42) bis in die Gießform (30);

• Erstarren der Schmelze (4) zu einem Erzeugnis (36') in der Gießform (30) bis in den Angussbereich (42) hinein, wobei Wärme aus dem Angussbereich (42) in das Erzeugnis strömt;

• Abheben der Druckgussdüse (40), Abriss des Erzeugnisses (36') und ausbleibender Abfluss der Wärme aus dem Angussbereich (42);

• Aufschmelzen der erstarrten Schmelze in dem Angussbereich (42) aller Druckgussdüsen (40) durch aus der Druckgussdüse (40) nachströmende Wärme, wobei ein Ausfließen der Schmelze (4) aus dem unteren Druckgussdüsen (40) im Schmelzeverteiler (20), die aus den oberen Druckgussdüsen (40) über den Schmelzeverteiler (20) strömt, verhindert wird, indem die Rückschlagventile (48) im Bereich der oberen Druckgussdüsen (40) schließen.