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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zum Befüllen des Formhohlraums einer
Druckgießvorrichtung
mit Gießmaterial,
wobei die Druckgießvorrichtung
einen Einpresskolben zum Einpressen des Gießmaterials durch einen Einlasskanal
hindurch in den Formhohlraum aufweist.
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Außerdem betrifft
die Erfindung eine Druckgießvorrichtung
zur Durchführung
des Verfahrens.
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Derartige
Druckgießvorrichtungen
sind beispielsweise aus der
EP
0 827 794 B1 bekannt. Mittels eines Einpresskolbens kann
Gießmaterial,
beispielsweise eine Aluminium- oder Magnesiumschmelze, in den Formhohlraum
der Druckgießvorrichtung
eingepresst werden. Bei der Herstellung derartiger Gussstücke besteht
die Gefahr, dass sich Lufteinschlüsse ausbilden, durch die die
Qualität
der fertigen Gusstücke
erheblich vermindert wird.
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Zur
Erzielung guter Gießergebnisse
ist es dabei üblich,
dass der eigentliche Gießprozess
in drei Phasen abläuft.
In einer ersten Phase, der sogenannten Vorfüllphase, wird das flüssige Gießmaterial
mittels des Einpresskolbens durch den Einlasskanal hindurch bis
zu einer Eintrittsöffnung
des Formhohlraums, dem sogenannten Anschnitt, befördert. In
dieser Phase bewegt sich der Einpresskolben mit verhältnismäßig geringer
Geschwindigkeit, um die Gefahr von Lufteinschlüssen, wie sie beispielsweise
bei Verwirbelungen auftreten können, zu
minimieren. Anschließend
wird in einer zweiten Phase, der Formfüllphase, der Formhohlraum innerhalb
kurzer Zeit, die typischerweise unter 100 ms liegt, mit der Schmelze befüllt, indem
der Einpresskolben mit hoher Geschwindigkeit bewegt wird. Die Formfüllphase
kann je nach Geometrie des Gussstücks bzw. des Formhohlraums
in mehrere Teilphasen mit unterschiedlicher Geschwindigkeit des
Einpresskolbens unterteilt sein. Abschließend wird die im Formhohlraum
aushärtende
Schmelze in einer dritten Phase, der sogenannten Nachdruckphase,
mit einem Druck im Bereich von etwa 400 bar bis 1500 bar beaufschlagt,
um das Gießmaterial
zu verdichten. Die Verdichtung erfolgt dadurch, dass noch flüssiges Gießmaterial
in die erstarrenden und der Erstarrungsschwindung unterliegenden
Gussbereiche nachgepresst wird.
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In
vielen Fällen
wird der Formhohlraum bereits während
der Vorfüllphase
entlüftet,
indem sich darin befindliche Gase über eine Auslassöffnung,
die über
einen Entlüftungskanal
mit einer Gasabsaugvorrichtung in Verbindung steht, austreten können. Trotzdem
können
die Gussstücke
immer noch mit die Qualität
herabsetzenden Lufteinschlüssen
versehen sein.
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Als
eine Ursache werden hierbei Wellenbildungen des Gießmaterials
im Formhohlraum angesehen, die dadurch auftreten können, dass
sich die Geschwindigkeit des Einpresskolbens beim Umschalten zwischen
den verschiedenen Füllphasen abrupt ändert.
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Eine
weitere Ursache ist insbesondere die hohe Geschwindigkeit des Gießmaterials
im Bereich des Anschnittes. Um den Formhohlraum gleichmäßig mit
flüssigem
Gießmaterial
befüllen
zu können,
ohne dass das Gießmaterial
in Teilbereichen bereits aushärtet,
muss das gesamte Gießmaterial
innerhalb kurzer Zeit in den Formhohlraum eingebracht werden. Der
Anschnitt ist üblicherweise
mit einem kleinen Querschnitt ausgestaltet, damit das ausgehärtete Gussstück leichter
von der im Einlasskanal verbleibenden ausgehärteten Schmelze, dem sogenannten Anguss,
getrennt werden kann. Auf diese Weise kann die Nachbearbeitung des
Gussstücks
minimiert werden. Aufgrund des kleinen Querschnitts weist das flüssige Gießmaterial
im Bereich des Anschnittes eine sehr hohe Strömungsgeschwindigkeit auf. Dies hat
zur Folge, dass das Gießmaterial
dazu neigt, im engen Anschnitt zu zerstäuben, wodurch Luft in das Gießmaterial
mit eingeschlossen werden kann. Die Luft kann anschließend nicht
mehr entweichen, so dass sich Lufteinschlüsse im Gussstück ausbilden.
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Infolge
des engen Anschnittes ist es außerdem
erforderlich, das Gießmaterial
auch während der
Nachdruckphase mit einem sehr hohen Druck zu beaufschlagen. Dies
stellt hohe Anforderungen an die mechanische Belastbarkeit der Druckgießform und
der Formschließeinheit,
die die mehreren Formteile zusammenhält, welche die Druckgießform üblicherweise
umfasst.
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Die
Steuerung der verschiedenen Geschwindigkeitsstufen des Einpresskolbens
erfolgt häufig mittels
einstellbarer Schaltnocken, die an einer Kolbenstange angeordnet
sind, an deren freiem Ende der Einpresskolben festgelegt ist. Alternativ
kann vorgesehen sein, den Bewegungszustand des Einpresskolbens mittels
einer Sensoreinheit zu erfassen und die Geschwindigkeitsstufen des
Einpresskolbens als Funktion des Sensorsignals zu steuern (
DE 203 03 812 U1 ).
Beide Lösungen
erfordern eine aufwendige Geschwindigkeitssteuerung des Einpresskolbens
in Abhängigkeit
von der Geometrie des Gusstücks
bzw. des Formhohlraums.
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Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren sowie eine Druckgießvorrichtung
der eingangs genannten Art bereitzustellen, mit dem bzw. der der
Formhohlraum einer Druckgießform
auf einfachere Weise befüllbar
ist, wobei die Gefahr von Lufteinschlüssen im Gussstück vermindert
werden soll.
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Diese
Aufgabe wird bei einem Verfahren der gattungsgemäßen Art erfindungsgemäß dadurch
gelöst,
dass man mittels eines Stellorgans die Querschnittsfläche des
Einlasskanals während
des Befüllvorgangs
in einem Kanalabschnitt verändert.
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In
die Erfindung fließt
der Gedanke mit ein, dass ein dauerhaft enger Anschnitt entfallen
kann, wenn man die Querschnittsfläche des Einlasskanals in einem
Kanalabschnitt, also beispielsweise am Anschnitt oder nahe des Anschnittes,
mittels des Stellorgans verändert.
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Die
Veränderbarkeit
der Querschnittsfläche gibt
die Möglichkeit,
vor und während
der Befüllung des
Formhohlraumes den Einlasskanal über
seine gesamte Länge
bis zum Formhohlraum mit einer großen Querschnittsfläche zu versehen.
Am Ende des Gießvorganges,
also nach Abschluss der Nachdruckphase, kann die Querschnittsfläche in einem Abschnitt
des Einlasskanals verringert werden, so dass nach dem Aushärten das
Gussteil vom Anguss einfach abgetrennt werden kann.
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Die
Befüllung
des Formhohlraumes mit Gießmaterial,
das durch einen Einlasskanal mit verhältnismäßig großer Querschnittsfläche gepresst wird,
führt zu
verbesserten Gießergebnissen.
Zu Beginn des Gießvorgangs
ist es möglich, den
Formhohlraum und den sich daran anschließenden Einlasskanal mit eher
großer
Querschnittsfläche
auf einfache Weise zu entlüften
und so das Restgasvolumen im Formhohlraum gegenüber herkömmlichen Druckgießvorrichtungen
zu verringern. Auch die Gefahr, dass unter hohem Druck eingepresstes
flüssiges Gießmaterial
am Anschnitt zerstäubt
und dadurch Luft in sich mit einschließt, wird verringert, da ein dauerhaft
enger Anschnitt entfallen kann.
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Die
Befüllung
des Formhohlraumes über
einen Einlasskanal mit großer
Querschnittsfläche
bietet überdies
Möglichkeit,
den Formhohlraum zügig
zu befüllen.
Es ist möglich,
die Füllgeschwindigkeit
in Abhängigkeit
von der Geometrie des Formhohlraumes zu variieren, indem die Querschnittsfläche des Einlasskanals
in einem Kanalabschnitt mittels des Stellorgans verändert wird.
Je nach vorgegebener Geometrie des Formhohlraumes kann vorgesehen sein,
die Querschnittsfläche
des Einlasskanals und mithin auch die Füllgeschwindigkeit in mehreren Phasen
zu variieren.
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Die
Veränderbarkeit
der Querschnittsfläche des
Einlasskanals in einem Kanalabschnitt mittels des Stellorgans ermöglicht es
außerdem,
die Unterscheidung zwischen der Vorfüllphase und der oder den eigentlichen
Füllphase(n)
aufzuheben. So kann der Einpresskolben gleichmäßig mit konstanter Geschwindigkeit
bewegt werden. Dadurch ist es möglich,
das Einpresssystem der Druckgießvorrichtung wesentlich
zu vereinfachen, weil es nicht mehr erforderlich ist, die Geschwindigkeit
des Einpresskolbens während
des Befüllvorgangs,
mit Ausnahme der Nachdruckphase, zu verändern. Da Geschwindigkeitsänderungen
des Einpresskolbens entfallen können,
verringert sich darüber
hinaus die Gefahr von Lufteinschlüssen im Gießmaterial aufgrund von Wellenbildungen
des Gießmaterials.
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Günstig ist
es, wenn man während
der Nachdruckphase eine maximale Querschnittsfläche des Einlasskanals einstellt.
Dadurch kann die Nachdruckphase besonders effektiv gestaltet werden,
denn durch den großen
Querschnitt kann der Einpresskolbendruck verhältnismäßig gering gehalten werden, und
dennoch kann das aushärtende
Gießmaterial wirksam
nachgepresst werden. Der geringere Einpresskolbendruck vermindert
die auf die Druckgießform
und die Formschließeinheit
wirkenden Kräfte, so
dass diese konstruktiv einfacher ausgestaltet werden können.
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Um
das Gussstück
besonders einfach vom Anguss zu trennen, ist es von Vorteil, wenn
man am Ende der Nachdruckphase die Querschnittsfläche des
Einlasskanals minimiert. Insbesondere kann auf diese Weise das Gussstück eventuell
ohne weiteren Arbeitsschritt vom Anguss getrennt werden.
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Bei
einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens
verschiebt man das Stellorgan mittels eines Kolben-Zylinderaggregats. Die
Verwendung eines Kolben-Zylinderaggregats zur Verschiebung des Stellorgans
ist konstruktiv besonders einfach. Es kann vorgesehen sein, dass
man das Kolben-Zylinderaggregat direkt mit dem Stellorgan verbindet,
so dass die Verschiebung des Kolbens im Zylinder unmittelbar auf
das Stellorgan übertragen
werden kann. Es kann auch vorgesehen sein, dass man die Verschiebung
des Kolbens im Zylinder mittelbar, beispielsweise über eine
Hebeleinrichtung, auf das Stellorgan überträgt. Die Benutzung eines Kolben-Zylinderaggregats
stellt sicher, dass das Stellorgan auch bei den hohen Drücken, die
im Inneren einer Druckgießvorrichtung
herrschen, auf einfache Weise verschoben werden kann.
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Das
Kolben-Zylinderaggregat kann mit einem veränderlichen Arbeitsdruck beaufschlagt
werden. Es kann vorgesehen sein, dass die Druckgießvorrichtung
eine Steuerungs- oder Regelungseinheit aufweist zum Steuern oder
Regeln des Befüllvorgangs.
Als günstig
hat es sich erwiesen, wenn man den Arbeitsdruck des Kolben-Zylinderaggregats
mit der Steuerungs- oder Regelungseinheit steuert oder regelt. Das
bietet die Möglichkeit,
den Arbeitsdruck beispielsweise nach einem vorgegebenen Ablaufschema,
das von der Geometrie des Formhohlraums vorgegeben sein kann, zu
verändern.
Es kann auch vorgesehen sein, dass man mittels der Steuerungs- oder
Regelungseinheit den Arbeitsdruck in Abhängigkeit eines ihr von außen zugeführten Signals
steuert oder regelt.
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Bei
einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens
erfasst man mit einem oder mehreren Sensoren eine dem Stand des
Befüllvorgangs
entsprechende Messgröße. Anhand
des Ausgangssignals des mindestens einen Sensors ist feststellbar,
wie weit der Befüllvorgang
vorangeschritten ist. Dies kann der Kontrolle und Überwachung
des Befüllvorgangs
dienen. Es ist auch möglich,
dass mindestens ein Sensor die dem Stand des Befüllvorgangs entsprechende Messgröße einer Steuerungs-
oder Regelungseinheit zur weiteren Verarbeitung bereitstellt, also
insbesondere zur Steuerung des Arbeitsdruckes des Kolben-Zylinderaggregates.
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Als
besonders günstig
hat es sich erwiesen, wenn man als Messgröße die Position des Einpresskolbens
erfasst, denn der Einpresskolben nimmt je nach Stand des Befüllvorgangs
eine unterschiedliche Position ein und diese Position ist auf einfache
Weise erfassbar. So kann der Sensor als Positionssensor aus gestaltet
sein, der beispielsweise die Stellung eines mit dem Einpresskolben
gekoppelten Messlineals detektiert. Anhand des vom Einpresskolben
zurückgelegten
Weges lässt
sich besonders einfach und zuverlässig der Stand des Befüllvorgangs
ermitteln.
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Wie
eingangs erläutert,
betrifft die Erfindung auch eine Druckgießvorrichtung zur Durchführung des
Verfahrens. Die Druckgießvorrichtung
umfasst hierbei einen von einer Druckgießform ausgebildeten Formhohlraum
und einen Einpresskolben zum Einpressen von Gießmaterial durch einen Einlasskanal hindurch
in den Formhohlraum. Bei einer derartigen Druckgießvorrichtung
wird die eingangs erwähnte Aufgabe
dadurch gelöst,
dass die Querschnittsfläche des
Einlasskanals mittels eines Stellorgans während des Befüllvorgangs
in einem Kanalabschnitt veränderbar
ist.
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Es
wurde bereits ausgeführt,
dass es von Vorteil ist, während
des Befüllvorgangs
die Querschnittsfläche
des Einlasskanals in einem Kanalabschnitt, also beispielsweise am
Anschnitt oder nahe des Anschnittes, zu verändern. So kann zu Beginn des
Befüllvorgangs
die Querschnittsfläche
des Einlasskanals maximiert sein, wodurch der Formhohlraum besser
entlüftbar
ist. Außerdem
ist dadurch die Gefahr von Lufteinschlüssen im Gussstück infolge des
unter hohem Druck an einem Anschnitt mit kleiner Querschnittsfläche zerstäubenden
Gießmaterials verringerbar.
Darüber
hinaus ist der Formhohlraum schneller befüllbar. Im Laufe des Befüllvorgangs kann über eine
Veränderung
der Querschnittsfläche des
Einlasskanals mittels des Stellorgans die Befüllgeschwindigkeit verändert und
an die Geometrie des Gussstückes
bzw. des Formhohlraums angepasst werden. Nach dem Ende der Formfüllphase
kann während
der Nachdruckphase die Querschnittsfläche des Einlasskanals maximiert
und damit die Nachdruckphase besonders effektiv gestaltet werden.
Insbesondere ist es möglich,
die auf die Druckgießform und
die Formschließeinheit
wirkenden Kräfte
durch eine Nachdruckphase mit maximierter Querschnittsfläche des
Einlasskanals geringer zu halten. Am Ende der Nachdruckphase, unmittelbar
vor dem Erstarren des Gießmaterials,
kann mittels des Stellorgans die Querschnittsfläche des Einlasskanals minimiert
werden, so dass das Gussstück
auf besonders einfache Weise vom Anguss trennbar ist.
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Günstig ist
es, wenn die Druckgießvorrichtung
ein Kolben-Zylinderaggregat mit einem in einem Stellzylinder verschiebbar
gelagerten Stellkolben aufweist, mit dem das Stellorgan gekoppelt
ist. Durch die Kopplung ist es möglich,
eine das Kolben-Zylinderaggregat beaufschlagende Kraft auf das Stellorgan
zu übertragen.
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Bei
einer bevorzugten Ausführungsform
der Druckgießvorrichtung
ist das Stellorgan, beispielsweise mittels eines Kolben-Zylinderaggregats,
verschiebbar. Mittels eines verschiebbaren Stellorgans kann die
Querschnittsfläche
des Einlasskanals auf besonders einfache Weise verändert werden.
Hierbei kann vorgesehen sein, dass das Stellorgan unmittelbar mit
dem Stellkolben des Kolben-Zylinderaggregats
verbunden und mit diesem verschiebbar ist. Es kann auch vorgesehen
sein, die Verschiebung des Stellkolbens mittels einer Kopplungseinrichtung,
beispielsweise einer Hebeleinrichtung, auf das Stellorgan zu übertragen.
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Bevorzugt
ist das Stellorgan im Wesentlichen senkrecht zur Flussrichtung des
Gießmaterials im
Einlasskanal verschiebbar, denn auf diese Weise ist die Änderung
der Querschnittsfläche
des Einlasskanals durch das Stellorgan bei ei nem vorgegebenem Verschiebeweg
maximal, d.h. durch eine verhältnismäßig kleine
Verschiebebewegung des Stellorgans kann die Querschnittsfläche stark
verändert werden.
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Günstig ist
es, wenn die Druckgießvorrichtung
eine Hydraulikeinheit aufweist, mittels derer der Stellzylinder
mit einem Arbeitsdruck beaufschlagbar ist. Damit das Stellorgan
auch bei den hohen im Inneren der Druckgießvorrichtung herrschenden Drücken verschiebbar
bleibt, bedarf es einer besonders effektiven Kraftbeaufschlagung.
Diese kann durch eine Hydraulikeinheit gewährleistet werden, die mit dem Stellzylinder
in Verbindung steht und diesen mit einem Arbeitsdruck beaufschlagt.
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Eine
bevorzugte Ausführungsform
der Druckgießvorrichtung
weist ein Steuer- oder
Regelventil auf, das den Arbeitsdruck steuert oder regelt, denn
dadurch kann der Arbeitsdruck und damit die Verschiebung des Stellorgans
in Abhängigkeit
von einer von außen
vorgegebenen Größe variiert
werden.
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Besonders
günstig
ist es dabei, wenn das Steuer- oder Regelventil als Proportionalventil
ausgebildet ist. Der Einsatz eines Proportionalventils erlaubt es,
den Arbeitsdruck kontinuierlich zu variieren. Dadurch kann der den
Stellzylinder beaufschlagende Arbeitsdruck sehr genau eingestellt
werden.
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Bevorzugt
weist die Druckgießvorrichtung eine
Steuerungs- oder Regelungseinheit auf, die das Steuer- oder Regelventil
steuert oder regelt. Die Steuerungs- oder Regelungseinheit kann
hierbei die Stellung des Steuer- oder Regelventils beispielsweise
nach einem vorgegebenen Ablaufschema steuern oder regeln. Es kann
auch vorgesehen sein, dass die Steuerungs- oder Regelungs einheit
das Steuer- oder Regelventil in Abhängigkeit eines ihr von außen zugeführten Signals
steuert oder regelt.
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Von
Vorteil ist es, wenn die Druckgießvorrichtung mindestens einen
mit der Steuerungs- oder Regelungseinheit gekoppelten Sensor aufweist,
der eine dem Stand des Befüllvorgangs
entsprechende Messgröße erfasst.
Anhand des Sensorsignals ist feststellbar, wie weit der Befüllvorgang
vorangeschritten ist. Dies gibt die Möglichkeit, der Steuerungs-
und Regelungseinheit die Messgröße zur weiteren
Verarbeitung, zur Kontrolle und/oder zur Überwachung bereitzustellen.
Der Sensor und die Steuerungs- oder Regelungseinheit können beispielsweise elektrisch
miteinander gekoppelt sein.
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Bevorzugt
ist der Sensor ein Positionssensor, der als Messgröße die Stellung
des Einpresskolbens erfasst. Anhand des zurückgelegten Weges des Einpresskolbens
ist der Stand der Befüllung
des Formhohlraumes besonders einfach feststellbar. Außerdem ist
ein Positionssensor auf konstruktiv einfache Weise realisierbar.
Beispielsweise kann die Druckgießvorrichtung ein mit dem Einpresskolben gekoppeltes
Messlineal aufweisen, dessen Stellung vom Positionssensor erfasst
werden kann.
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Es
kann vorgesehen sein, dass die Druckgießvorrichtung mehrere Sensoren
aufweist, beispielsweise einen den auf den Einpresskolben wirkenden
Druck erfassenden Drucksensor. Des Weiteren können beispielsweise ein Druck- und/oder ein Temperatursensor
vorgesehen sein, mittels derer der Innendruck des Formhohlraums
und/oder die Temperatur des Gießmaterials
im Formhohlraum erfassbar ist.
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Bei
einer besonders bevorzugten Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Druckgießvorrichtung
ist die Stellung des Steuer- oder Regelventils in Abhängigkeit
von einer dem Stand des Befüllvorgangs
entsprechenden Größe steuerbar
oder regelbar. Wie bereits erläutert,
kann die Steuerungs- oder Regelungseinheit in Abhängigkeit
eines ihr zugeführten
Signals steuern oder regeln. Insbesondere ist es möglich, dass
das zugeführte
Signal die von dem mindestens einen Sensor erfassbare Messgröße ist.
Bevorzugt kann die Steuerungs- oder
Regelungseinheit die Stellung des Steuer- oder Regelventils und
damit die Verschiebung des Stellorgans in Abhängigkeit von der Stellung des
Einpresskolbens steuern oder regeln.
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Günstig ist
es, wenn ein Wegsensor mit dem Stellkolben zusammenwirkt zum Erfassen
des Istwerts der Stellung des Stellkolbens und zum Bereitstellen
des Istwerts an die Steuerungs- oder Regelungseinheit. Auf diese
Weise ist zwischen der Steuerungs- oder Regelungseinheit und dem
Kolben-Zylinderaggregat ein einfacher Regelkreis realisierbar. In
diesem Regelkreis kann die Beaufschlagung des Kolben-Zylinderaggregats
mit Druck eine Stellgröße sein,
und der Istwert der Stellung des Stellkolbens kann eine Regelgröße sein.
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Die
nachfolgende Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung dient
im Zusammenhang mit der Zeichnung der näheren Erläuterung. Es zeigen:
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1:
eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Druckgießvorrichtung,
und
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2:
eine Veranschaulichung der Bewegung eines Stellorgans der Druckgießvorrichtung während des
Befüllvorgangs.
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In 1 ist
schematisch eine insgesamt mit dem Bezugszeichen 10 belegte
Druckgießvorrichtung
dargestellt mit einer ersten, feststehenden Formhälfte 12 und
einer zweiten, beweglichen Formhälfte 14,
die in üblicher
Weise mit einer an sich bekannten und deshalb in der Zeichnung nicht
dargestellten Formschließeinheit
zusammenwirken. Letztere umfasst eine feststehende und eine bewegliche Aufspannplatte,
die in der Zeichnung zur Erzielung einer besseren Übersicht
nicht dargestellt sind und an denen jeweils eine der beiden Formhälften 12, 14 in
bekannter Weise gehalten ist. Mittels der Formschließeinheit
kann auf die beiden Formhälften 12, 14 eine
vorgebbare Schließkraft
ausgeübt
werden. Zum Entnehmen eines fertigen Gussteils kann die bewegliche
Formhälfte 14 in
Abstand zur feststehenden Formhälfte 12 gebracht
werden.
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Die
beiden Formhälften 12, 14 bilden
zwischen sich einen Formhohlraum 16 aus, der die Form eines
zu gießenden
Gussstücks
aufweist und in den ein Gießmaterial,
beispielsweise eine metallische Schmelze, vorzugsweise flüssiges Aluminium
oder flüssiges
Magnesium, eingepresst werden kann. Hierzu weist der Formhohlraum 16 eine
Eintrittsöffnung
auf, die üblicherweise
als "Anschnitt" bezeichnet wird
und die in 1 mit dem Bezugszeichen 17 belegt
ist. Der Anschnitt 17 bildet das auslassseitige Ende eines
Einlasskanals 18, der mit einer zylindrischen Gießkammer 20 in
Verbindung steht, die eine Einlassöffnung 21 aufweist
und in der ein Einpresskolben 22 verschiebbar gelagert
ist.
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Der
Einpresskolben 22 ist an einer Kolbenstange 24 festgelegt,
die mit ihrem dem Einpresskolben 22 abgewandten Ende an
einem Arbeitskolben 26 gehalten ist. Der Arbeitskolben 26 ist
in einem Arbeitszylinder 28 einer insgesamt mit dem Bezugszeichen 29 belegten
Antriebseinheit verschiebbar gelagert. Die Antriebseinheit 29 weist
einen hydraulisch mit dem Arbeitszylinder 28 gekoppelten
Druckzylinder 30 auf, in dem ein Druckkolben 32 verschiebbar gelagert
ist. Auf seiner dem Arbeitszylinder 28 zugewandten Stirnseite
trägt der
Druckkolben 32 einen Druckzapfen 34, der auf der
der Kolbenstange 24 abgewandten Seite des Arbeitszylinders 28 in
den Arbeitszylinder 28 eintaucht.
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Der
Druckzylinder 30 steht über
eine Druckleitung 36 mit einem an sich bekannten und deshalb in
der Zeichnung nicht dargestellten Druckspeicher in Strömungsverbindung,
der unter Druck stehende Hydraulikflüssigkeit aufnimmt. In die Druckleitung 36 ist ein
elektrisch ansteuerbares Steuerventil 38 geschaltet in
Form eines Magnetventils, mit dessen Hilfe die Strömungsverbindung
zwischen dem in der Zeichnung nicht dargestellten Druckspeicher
und dem Druckzylinder 30 definiert geöffnet und geschlossen werden
kann.
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Der
Arbeitszylinder 28 steht über eine Auslassleitung 40 mit
einem Vorratstank 42 für
Hydraulikflüssigkeit
in Strömungsverbindung,
so dass über
die Auslassleitung 40 Hydraulikflüssigkeit vom Arbeitszylinder 28 an
den Vorratstank 42 abgegeben werden kann.
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Die
Kolbenstange 24 trägt
in Längsrichtung ungefähr mittig
eine Hülse 44,
an der ein Tragarm 46 festgelegt ist, der endseitig ein
Messlineal 48 trägt, das
mit einem Positionssensor 50 zusammenwirkt. Der Positionssensor 50 steht über eine
Signalleitung 52 mit einer elektrischen Steuerungseinheit 54 in
Verbindung, an die über
eine Steuerleitung 56 das Steuerventil 38 angeschlossen
ist. Mittels des Positionssensors 50 kann die Stellung
des Einpresskolbens 22 erfasst werden.
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Der
Arbeitszylinder 28 weist ferner einen Drucksensor 57 auf,
der mit der Steuerungseinheit 54 über eine Signalleitung 58 elektrisch
verbunden ist. Mittels des Drucksensors 57 kann der den
Arbeitskolben 26 beaufschlagende Hydraulikdruck erfasst
werden.
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Die
Druckgießvorrichtung 10 weist
darüber hinaus
eine an sich bekannte und deshalb in der Zeichnung nur schematisch
dargestellte Gasabsaugvorrichtung 60 auf, die über einen
Entlüftungskanal 61 mit
einer in den Formhohlraum 16 einmündenden Auslassöffnung 62 in
Strömungsverbindung
steht. Im Übergangsbereich
zwischen dem Entlüftungskanal 61 und
der Auslassöffnung 62 ist
ein als Magnetventil ausgestaltetes Auslassventil 63 angeordnet.
Stromabwärts
des Auslassventils 63 ist in den Entlüftungskanal 61 ein
Filter 64 geschaltet, und stromabwärts des Filters 64 ist
in den Entlüftungskanal 61 ein Schließventil 66 geschaltet.
Dem Schließventil 66 in Strömungsrichtung
nachgeordnet ist eine in den Entlüftungskanal 61 geschaltete
Luftmengenmesseinheit 68, mittels derer die durch den Entlüftungskanal 61 abgesaugte
Luftmenge erfassbar ist.
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Die
erfindungsgemäße Druckgießvorrichtung 10 weist
ein Kolben-Zylinderaggregat 70 auf, das in einer Aussparung 71 der
feststehenden Formhälfte 12 angeordnet
ist. Die Aussparung 71 mündet in einer seitwärtigen Öffnung des
Einlasskanals 18. Das Kolben-Zylinderaggregat 70 umfasst
einen Stellzylinder 72 und einen in diesem verschiebbar
gelagerten Stellkolben 74. Der Stellkolben 74 ist über eine
Stange starr mit einem in der Aussparung 71 geführten Stellorgan 76 verbunden.
Auf diese Weise ist das Stellorgan 76 mechanisch mit dem
Stellkolben 74 gekoppelt und mittels des Kolben-Zylinderaggregats 70 verschiebbar.
Die Verschiebungsrichtung des Stellorgans 76 ist senkrecht
zur Flussrichtung des Giessmaterials im Einlasskanal 18.
Die dem Kolben-Zylinderaggregat 70 abgewandte Seite des Stellorgans 76 ist
in der in 1 dargestellten Ausführungsform
der Druckgießvorrichtung
keilförmig ausgestaltet
und taucht durch Verschiebung des Stellkolbens 74 in den
Einlasskanal 18 ein. Auf diese Weise lässt sich mittels des Stellorgans 76 die
Querschnittsfläche
des Einlasskanals 18 nahe des Anschnittes 17 verändern.
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Der
Stellzylinder 72 des Kolben-Zylinderaggregats 70 steht über eine
Druckleitung 78 mit einem an sich bekannten und deshalb
in der Zeichnung nicht dargestellten Druckspeicher in Strömungsverbindung,
der unter Druck stehende Hydraulikflüssigkeit aufnimmt. In die Druckleitung 78 ist
ein Steuerventil 80 geschaltet, das in der hier dargestellten
Ausführungsform
als Proportionalventil ausgestaltet ist. Das Steuerventil 80 ist über eine
Steuerleitung 82 an die Steuerungseinheit 54 angeschlossen.
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Mit
dem Stellkolben 74 wirkt ein Wegsensor 84 zusammen,
der über
eine Signalleitung 86 mit der Steuerungseinheit 54 verbunden
ist. Mittels des Wegsensors 84 kann der Istwert der Stellung
des Stellkolbens 74 erfasst werden. Dies ermöglicht es, die
Eintauchtiefe des mit dem Stellkolben 74 gekoppelten Stellorgans 76 in
den Einlasskanal 18 zu ermitteln.
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Am
Formhohlraum 16 ist ein Temperatursensor 90 angeordnet,
mit dem die Temperatur des Gießmaterials
im Formhohlraum 16 erfasst werden kann und der über eine
Signalleitung 91 mit der Steuerungseinheit 54 verbunden
ist.
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Darüber hinaus
ist am Formhohlraum 16 ein Drucksensor 92 angeordnet,
mittels dem der im Inneren des Formhohlraums 16 herrschende
Druck erfassbar ist und der über
eine Signalleitung 93 mit der Steuerungseinheit 54 verbunden
ist.
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Die
Druckgießvorrichtung 10 weist
schließlich
eine Anzeigeeinheit 96 auf, die von der Steuerungseinheit 54 ansteuerbar
ist.
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Zur
Herstellung eines Gussstücks
wird eine metallische Schmelze mittels des Einpresskolbens 22 in
den Formhohlraum 16 eingepresst. Der Einpresskolben 22 nimmt
zu Beginn des Befüllvorgangs eine
zurückgezogene
Stellung ein, in der er die Einlassöffnung 21 freigibt,
so dass die metallische Schmelze in die Gießkammer 20 eingefüllt werden kann.
Anschließend
wird der Einpresskolben 22 mittels der Antriebseinheit 29 in
die Gießkammer 20 eingeschoben.
Die Stellung des Einpresskolbens 22 wird über das
mit dem Einpresskolben 22 gekoppelte Messlineal 48 mittels
des Positionssensors 50 erfasst und als dem Stand des Befüllvorgangs
entsprechendes Signal der Steuerungseinheit 54 über die
Signalleitung 52 bereitgestellt. In 2 ist die
Stellung des Einpresskolbens 22 in Abhängigkeit von der Zeit schematisch
durch den Kurvenverlauf 100 wiedergegeben.
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Anhand
des Kurvenverlaufs 100 ist erkennbar, dass der Befüllvorgang
in zwei Phasen abläuft, der
Füllphase
F und der Nachdruckphase N. Während
der Füll phase
F bewegt sich der Einpresskolben 22 gleichmäßig mit
konstanter Geschwindigkeit in die Gießkammer 20 hinein
und Gießmaterial
wird über den
Einlasskanal 18 zum Anschnitt 17 und weiter in den
Formhohlraum 16 eingefüllt.
Die bisher übliche Unterscheidung
in eine Vorfüllphase,
in der der Einpresskolben sehr langsam bewegt wird, und eine Formfüllphase,
in der der Einpresskolben sehr schnell bewegt wird, entfällt. Das
Eindringen des Gießmaterials
in den Einlasskanal 18 hat zur Folge, dass über den
Entlüftungskanal 61 sich
im Formhohlraum 16 befindliche Gase abgegeben werden. Die durch
die Luftmengenmesseinrichtung 68 erfasste Gasmenge ist
in 2 schematisch durch den Kurvenverlauf 101 dargestellt.
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Zu
Beginn der Füllphase
F wird eine rasche Befüllung
des Formhohlraums 16 dadurch erzielt, dass die Querschnittsfläche des
Einlasskanals 18 nahe des Anschnittes 17 mittels
des Stellorgans 76 maximiert wird. Wie bereits erläutert, ist
das Stellorgan 76 mechanisch mit dem Stellkolben 74 gekoppelt,
der in dem Stellzylinder 72 verschiebbar gelagert ist.
Zu Beginn der Füllphase
F ist der Stellkolben 74 weit in den Stellzylinder 72 zurückgezogen,
so dass das Stellorgan 76 nicht oder nur gering in den Einlasskanal 18 eintaucht.
Im weiteren Verlauf der Füllphase
F wird der Stellkolben 74 aus dem Stellzylinder 72 heraus
in Richtung des Einlasskanals 18 verschoben. Dadurch taucht
das mit dem Stellkolben 74 gekoppelte Stellorgan 76 in
den Einlasskanal 18 ein und verändert erfindungsgemäß die Querschnittsfläche des
Einlasskanals 18 nahe des Anschnittes 17. Die Änderung
der Querschnittsfläche hat
eine Änderung
der pro Zeiteinheit in den Formhohlraum 16 einströmenden Menge
an Gießmaterial zur
Folge und ist an die Geometrie des Formhohlraums 16 angepasst,
so dass dieser innerhalb kurzer Zeit unter Vermeidung von Lufteinschlüssen befüllt werden
kann. In 2 ist die mit dem Wegsensor 84 erfasste
Stellung des Stellkolbens 74 mit dem Kurvenverlauf 102 schematisch
wiedergegeben, wobei die Querschnittsfläche während der Füllphase F in mehreren Stufen
zunehmend verringert wird.
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Um
die Verschiebung des Stellkolbens 74 zu erzielen, wird
das Kolben-Zylinderaggregat 70 mit einem veränderlichen
Arbeitsdruck beaufschlagt. Die Steuerungseinheit 54 steuert
hierfür über die
Steuerleitung 82 die Stellung des Steuerventils 80,
das in definierter Weise die Strömung
der Hydraulikflüssigkeit
durch die Druckleitung 78 steuert. Die Steuerungseinheit 54 steuert
hierbei die Stellung des Steuerventils 80 in Abhängigkeit
der mittels des Positionssensors 50 erfassten und ihr über die
Signalleitung 52 zugeführten
Stellung des Einpresskolbens 22.
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Hat
der Einpresskolben 22 entsprechend dem Signal des Positionssensors 50 eine
Stellung erreicht, bei der die Schmelze den Formhohlraum 16 praktisch
komplett ausfüllt,
so wird über
eine in der Zeichnung nicht dargestellte Signalleitung die Antriebseinheit 29 so
aktiviert, dass in einer anschließenden Nachdruckphase N das
Gießmaterial
mit hohem Druck in die erstarrenden und der Erstarrungsschwindung
unterliegenden Gussbereiche nachgepresst wird.
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Entsprechend
der Stellung des Einpresskolbens 22 steuert die Steuerungseinheit 54 die
Stellung des Steuerventils 80 mit Beginn der Nachdruckphase N
so, dass der Stellkolben 74 in den Stellzylinder 72 zurückgezogen
wird. Aufgrund der Kopplung des Stellorgans 76 mit dem
Stellzylinder 74 wird dieses aus dem Einlasskanal 18 zurückgezogen,
wodurch sich die Querschnittsfläche
des Einlasskanals 18 nahe des Anschnittes 17 vergrößert. Infolge
der großen
Quer schnittsfläche
des Einlasskanals 18 ist die Nachdruckphase N dadurch besonders
effektiv.
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Aufgrund
der hohen Verdichtung des Gießmaterials
während
der Nachdruckphase N steigt der Druck im Inneren des Formhohlraums 16 stark
an. In 2 ist der Verlauf des mittels des Drucksensors 92 erfassten
Innendrucks des Formhohlraums durch den Kurvenverlauf 103 schematisch
dargestellt. Entsprechend steigt der den Arbeitskolben 26 beaufschlagende
Hydraulikdruck der Antriebseinheit 29 stark an, dies ist
in 2 durch den Kurvenverlauf 104 dargestellt.
Darüber
hinaus steigt durch die hohe Verdichtung die Temperatur des Gießmaterials
im Formhohlraum 16 in der Nachdruckphase N an, dies ist
mit dem Temperatursensor 90 erfassbar und in 2 durch
den Kurvenverlauf 105 wiedergegeben.
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Am
Ende der Nachdruckphase N wird unmittelbar vor dem Erstarren des
Gießmaterials
im Formhohlraum 16 das Stellorgan 76 mittels des
Stellkolbens 74 auf die bereits erläuterte Weise wieder in den Einlasskanal 18 hinein
verschoben, so dass dessen Querschnittsfläche nahe des Anschnittes 17 minimiert
wird. Dadurch kann nach dem Erstarren des Gießmaterials und dem Öffnen der
Druckgießvorrichtung 10 das
Gussstück
auf einfache Weise von dem sich noch im Einlasskanal 18 befindenden
Anguss getrennt werden.
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Durch
die erfindungsgemäße Veränderung der
Querschnittsfläche
des Einlasskanals 18 mittels des Stellorgans 76 kann
somit der Befüllvorgang
optimiert und die Qualität
von Gussstücken
durch Verringerung von Lufteinschlüssen verbessert werden.