DE102012010923A1

DE102012010923A1 - Fördervorrichtung für eine Metallschmelze in einem Spritzdruckaggregat

Info

Publication number: DE102012010923A1
Application number: DE102012010923A
Authority: DE
Inventors: Johannes Konrad Wunderle; Andreas Neuss; Rainer KRALLMANN; Kerstin Kallmann; Ingo Brexeler
Original assignee: Krallmann Geb GmbH; Gebr Krallmann GmbH
Current assignee: Krallmann Geb GmbH; Gebr Krallmann GmbH
Priority date: 2012-06-04
Filing date: 2012-06-04
Publication date: 2013-12-05
Also published as: EP2855051A1; DK2855051T3; CN104507599A; EA201492278A1; SI2855051T1; ES2593607T3; JP2015519204A; EA025480B1; PT2855051T; US20150151357A1; WO2013182284A1; CA2874307C; HUE030363T2; EP2855051B1; CA2874307A1; CN104507599B; US9676024B2; PL2855051T3

Abstract

Eine Fördervorrichtung für eine Metallschmelze in einem Spritzdruckaggregat beispielsweise einer Metallgussmaschine besitzt einen Vorratsbehälter für die Metallschmelze und einen Förderkanal, in dem die Metallschmelze einem Formhohlraum zugeführt wird. Dabei ist vorgesehen, dass der Förderkanal eine Zylinderbohrung umfasst, in der ein Kolben axial verstellbar angeordnet ist. Vorzugsweise in der Zylinderbohrung ist eine Sammelkammer für die Metallschmelze ausgebildet, aus der die Metallschmelze in Folge einer axialen Verschiebung des Kolbens durch eine weiterführende Leitung in den Formhohlraum eingebracht wird.

Description

Die Erfindung betrifft eine Fördervorrichtung für eine Metallschmelze in einem Spritzdruckaggregat beispielsweise einer Metallgussmaschine, mit einem Vorratsbehälter für die Metallschmelze und einem Förderkanal, in dem die Metallschmelze einem Formhohlraum zuführbar ist.
Bei einer Metallgussmaschine wird ein flüssiges Metall, bei dem es sich üblicherweise um eine Metalllegierung handelt, in einen Formhohlraum eingebracht und härtet in diesem aus, so dass ein dem Formhohlraum entsprechendes metallenes Bauteil gebildet ist. Die Einbringung der Metallschmelze kann entweder alleine in Folge der Schwerkraft oder auch unter einem Druck erfolgen, unter den die Metallschmelze gesetzt wird.
Es hat sich gezeigt, dass die Einbringung der Metallschmelze in den Formhohlraum insbesondere bei Bauteilen, bei denen ein metallener Abschnitt an einen üblicherweise aus Kunststoff bestehenden Grundkörper angeformt wird, relativ langsam ist. Die Arbeitsgeschwindigkeit, d. h. die Anzahl der maximalen Arbeitstakte pro Zeiteinheit ist bei der Metallgussmaschine deshalb stark beschränkt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Fördervorrichtung für eine Metallschmelze in einem Spritzdruckaggregat beispielsweise einer Metallgussmaschine zu schaffen, mit der die Metallschmelze mit hohen Taktzahlen in einen Formhohlraum einbringbar ist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Fördervorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Dabei ist vorgesehen, dass der Förderkanal eine Zylinderbohrung umfasst, in der ein Kolben axial verstellbar angeordnet ist, und dass eine Sammelkammer für die Metallschmelze ausgebildet ist, aus der die Metallschmelze in Folge der Axialverschiebung des Kolbens durch eine weiterführende Leitung in den Formhohlraum einbringbar ist. Die Sammelkammer ist vorzugsweise in der Zylinderbohrung ausgebildet.
Erfindungsgemäß wird von dem Grundprinzip ausgegangen, eine vorbestimmte Menge der Metallschmelze in der Sammelkammer bereitzustellen und aus dieser durch eine Verschiebung des Kolbens herauszudrücken und über die weiterführende Leitung in den Formhohlraum zu transportieren. Der Kolben kehrt anschließend in seine Ausgangslage zurück, wobei während der Rückkehrbewegung des Kolbens bereits neue Metallschmelze in die Sammelkammer einfließen kann. Vorzugswiese ist die Bewegung des Kolbens so ausgelegt, dass die Sammelkammer bereits vollständig mit nachfließender Metallschmelze gefüllt ist, wenn der Kolben seine obere Ausgangsposition erreicht hat, so dass er unverzüglich wieder seine Verschiebung ausführen kann, mit der die Metallschmelze aus der Sammelkammer durch die weiterführende Leitung in den Formhohlraum hineingedrückt wird.
Die Metallschmelze kann aus dem Vorratsbehälter über eine entsprechende Füllleitung in die Sammelkammer einströmen. In bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung ist jedoch vorgesehen, dass die Metallschmelze durch zumindest eine den Kolben durchdringende Füllbohrung in die Sammelkammer einbringbar ist. Während der Kolben in seine Ausgangsstellung zurück fährt, läuft die Metallschmelze durch die im Kolben ausgebildete Füllbohrung in die vom Kolben gleichzeitig freigegebene Sammelkammer ein. Es hat sich gezeigt, dass auf diese Weise sehr schnell und in zuverlässiger Weise ein Nachfüllen der Sammelkammer erreicht werden kann. Vorzugsweise sind mehrere Füllbohrungen vorgesehen, die parallel geschaltet sind und somit eine schnelle Füllung der Sammelkammer gewährleisten.
Die Füllbohrung bzw. Füllbohrungen stehen während der Rückkehrbewegung des Kolbens in seine Ausgangsstellung ständig mit einerseits dem Vorratsbehälter für die Metallschmelze und andererseits mit der Sammelkammer in Verbindung. Dies kann erfindungsgemäß beispielsweise dadurch erreicht werden, dass zwischen der Außenwandung des Kolbens und der Innenwandung der Zylinderbohrung in einem vorbestimmten Abschnitt des Kolbens ein Ringraum gebildet ist und dass der Ringraum über die Füllbohrung bzw. Füllbohrungen mit der Sammelkammer in Verbindung steht. Zusätzlich wird der Ringraum aus dem Vorratsbehälter mit Metallschmelze gespeist.
Um den Zufluss von Metallschmelze in die Sammelkammer steuern zu können, ist in bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass die Füllbohrung an ihrem in der Sammelkammer mündenden Ende mittels eines Ventilkörpers verschließbar ist. Wenn mehrere parallel geschaltete Füllbohrungen vorgesehen sind, kann für diese ein gemeinsamer Ventilkörper vorgesehen sein. Der Ventilkörper kann zwischen einer Schließstellung, in der er die Strömung der Metallschmelze aus der Füllbohrung in die Sammelkammer unterbindet, und einer Offenstellung verstellt werden, in der er die Metallschmelze aus der Füllbohrung bzw. den Füllbohrungen in die Sammelkammer einströmen kann. Zur Verstellung des Ventilkörpers ist dieser vorzugsweise mit einer verstellbaren Ventilstange verbunden, die mit einem Antrieb versehen ist, der von einer Steuervorrichtung angesteuert wird.
In bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Ventilstange verschieblich in einer Axialbohrung bzw. einer Längsmittelbohrung des Kolbens angeordnet ist. Der Ventilkörper und die Ventilstange können somit sowohl zusammen mit dem Kolben innerhalb der Zylinderbohrung verschoben als auch relativ zu den Kolben verstellt werden.
Die Abdichtung zwischen dem Kolben und der Zylinderbohrung wird dadurch erreicht, dass der Kolben zumindest abschnittsweise unter enger Passung in dem Kolben sitzt.
Vorzugsweise ist der Querschnitt des Ventilkörpers kleiner als der Querschnitt der Zylinderbohrung, so dass die Metallschmelze den Ventilkörper innerhalb der Zylinderbohrung frei umströmen kann.
Um ein Rückströmen der Metallschmelze aus der weiterführenden Leitung in die Sammelkammer zu vermeiden, ist in Weiterbildung der Erfindung vorgesehen, dass in der weiterführenden Leitung ein Rückschlagventil angeordnet ist, bei dem es sich beispielsweise um einen federbelasteten Ventilkörper handeln kann.
Weitere Einzelheiten und Merkmale der Erfindung sind aus der folgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnung ersichtlich. Es zeigen:
1 einen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße Fördervorrichtung;
2 eine vergrößerte Darstellung des unteren Endes des Kolbens mit dem Ventilkörper in der Schließstellung und
3 den Kolben in seiner unteren Position mit dem Ventilkörper in der Offenstellung.
Eine in 1 dargestellte Fördervorrichtung 10 besitzt ein Gehäuse 11, in dem eine vertikale Zylinderbohrung 12 ausgebildet ist.
An das Gehäuse 11 ist ein Vorratsbehälter 27 für eine Metallschmelze M angesetzt, der ein Behältergehäuse 28 umfasst, in dem ein Behälterinnenraum 29 ausgebildet ist, der mit der Metallschmelze M gefüllt ist. Die Metallschmelze M kann in flüssiger Form dem Behälterinnenraum 29 zugeführt oder in diesem durch Aufschmelzen beispielsweise eines Metall-Granulats erzeugt werden.
Der Behälterinnenraum 29 des Vorratsbehälters 27 steht über mindestens einen schräg nach unten in Strömungsrichtung geneigt verlaufende Zulaufkanal 18 mit der Zylinderbohrung 12 in Verbindung. Am Einlass des Zulaufkanals 18 ist in den Behälterinnenraum 29 ein als Filter wirksamer Schlackeabscheider 30 vorgesehen.
In die Zylinderbohrung 12 ist ein Kolben 13 unter enger Passung verschieblich eingesetzt. In einem in der unteren Hälfte der axialen Länge des Kolbens 13 angeordneten Bereich, der jedoch einen axialen Abstand vom unteren Ende des Kolbens 13 aufweist, ist auf der Außenoberfläche des Kolbens 13 ein Ringraum 17 ausgebildet. Am unteren Ende des Ringraums 17 verlaufen mehrere über den Umfang des Kolbens 13 verteilt angeordnete Füllbohrungen 16 jeweils zur unteren Stirnfläche des Kolbens 13 (siehe 2). Derjenige Bereich des Kolbens 13, in den die Füllbohrungen 16 ausgebildet sind, liegt in abgedichteter Weise an der Innenwandung der Zylinderbohrung 12 an.
Der Kolben 13 weist des weiteren eine zentrische Axialbohrung 14 auf, in der eine Ventilstange 19 verschieblich angeordnet ist, die den Kolben 13 vollständig durchdringt und an ihrem unteren Ende stromab der Stirnseite des Kolbens 13 einen tellerartigen Ventilkörper 20 trägt. Der Ventilkörper 20 kann durch Verschieben der Ventilstange 19 relativ zum Kolben 13 zwischen einer in 2 dargestellten Schließstellung, in der der Ventilkörper 20 ein Ausströmen von Metallschmelze aus den Füllbohrungen 16 verhindert, und einer in 3 dargestellten Offenstellung verstellt werden, in der die Metallschmelze aus den Füllbohrungen 16 in eine Barunterliegende, in der Zylinderbohrung 12 gebildete Sammelkammer 15 fließen kann.
Wie die 2 und 3 zeigen, ist der Querschnitt des Ventilkörpers 20 kleiner als der Querschnitt der Zylinderbohrung 12, so dass der Ventilkörper 20 innerhalb der Zylinderbohrung 12 keine Dichtfunktion hat und die Metallschmelze M den Ventilkörper 20 frei umströmen kann.
Die Zylinderbohrung 12 bzw. die in ihr gebildete Sammelkammer 15 ist am unteren Ende über eine weiterführende Leitung 21 mit einem nicht näher dargestellten Formhohlraum F verbunden. Die weiterführende Leitung 21 umfasst eine untere Querbohrung 31, über die die Sammelkammer 15 mit einer vertikalen Steigleitung 22 verbunden ist. Die Steigleitung 22 geht an ihrem oberen Ende in einen im Wesentlichen horizontal verlaufenden Füllkanal 23 über, aus dem die Metallschmelze dem Formhohlraum zugeführt wird, wie es durch den Pfeil F angedeutet ist. Im Übergang zwischen der Steigleitung 22 und dem Füllkanal 23 ist ein Rückschlagventil 24 angeordnet, das einen Ventilkörper 25 aufweist, der von einer Feder 26 entgegen der Strömungsrichtung gegen einen Ventilsitz 32 gespannt wird.
Im Folgenden sollen die einzelnen Phasen der Einbringung der Metallschmelze M in dem Formhohlraum F erläutert werden.
Gemäß 1 hat der Kolben 13 seine obere Position erreicht, wobei der Ventilkörper 20 sich in seiner Schließstellung befindet (2) und ein Ausströmen von Metallschmelze aus den Füllbohrungen 16 in die Sammelkammer 15 verhindert. Die Sammelkammer 15 ist mit Metallschmelze M gefüllt. Der Kolben 13 wird dann zusammen mit der Ventilstange 19 nach unten verfahren, wobei der Ventilkörper 20 in seiner Schließstellung verbleibt. Da der untere Bereich des Kolbens 13 in abgedichteter Weise in der Zylinderbohrung 12 sitzt, wird die in der Sammelkammer 15 befindliche Metallschmelze aus der Sammelkammer 15 herausgedrückt und über die Querbohrung 31 und die Steigleitung 22 zum Rückschlagventil 24 gefördert, das in Folge des Drucks entgegen der Kraft der Feder 26 offen ist. Die Metallschmelze M kann somit in den Füllkanal 23 eintreten und wird dem Formhohlraum zugeführt (Pfeil F). Wenn der Kolben 13 seine untere Position erreicht hat, ist der Füllvorgang abgeschlossen und die Bewegung des Kolbens 13 wird umgekehrt, d. h. der Kolben 13 wird nach oben bewegt. Dabei wird zunächst der Ventilkörper 20 in seine Offenstellung gebracht, indem die Ventilstange 19 innerhalb der Axialbohrung verschoben und der Ventilkörper 20 von der Stirnseite des Kolbens 13 abgehoben wird (siehe 3).
Wie die 2 und 3 zeigen, steht der Ringraum 17 in jeder axialen Position des Kolbens 13, d. h. in der oberen Stellung des Kolbens 13 gemäß 2 und der unteren Stellung des Kolbens 13 gemäß 3 als auch in jeder Zwischenstellung über den Zulaufkanal 18 mit dem Behälterinnenraum 29 des Vorratsbehälters 27 in Verbindung, so dass die Metallschmelze M ständig am stirnseitigen Auslass der Füllbohrungen 16 ansteht.
Bevor oder mit dem Verstellen des Kolbens 13 aus seiner unteren Stellung wird die Ventilstange 19 mit dem Ventilkörper 20 relativ zum Kolben 13 verstellt, wodurch der Ventilkörper 20 in seine Offenstellung gelangt. Somit strömt während des Zurückziehens des Kolbens 13 in seine obere Stellung die Metallschmelze M aus dem Vorratsbehälter 27 durch den Zulaufkanal 18, den Ringraum 17 und die Füllbohrungen 16 in die Sammelkammer 15 ein. Aufgrund des Verfahrens des Kolbens 13 kann sich in der Sammelkammer 15 gegebenenfalls ein geringer Unterdruck einstellen. Ein Ansaugen oder Rücklaufen der noch in der Steigleitung 22 oder dem Füllkanal 23 befindlichen Metallschmelze M ist dadurch verhindert, dass das Rückschlagventil 24 schließt.
Wenn der Kolben 13 seine obere Stellung erreicht hat und die Sammelkammer 15 mit der Metallschmelze M gefüllt ist, wird der Ventilkörper 20 in seine Schließstellung verfahren, in der er die Verbindung zwischen den Füllbohrungen 16 und der Sammelkammer 15 unterbricht. In diesem Augenblick ist wieder die in 1 dargestellte Ausgangsposition erreicht, woraufhin der Kolben 13 wieder nach unten verfahren wird und die Metallschmelze M aus der Sammelkammer 15 in den Formhohlraum (Pfeil F) drückt.

Claims

Fördervorrichtung für eine Metallschmelze (M) in einem Spritzdruckaggregat, mit einem Vorratsbehälter (27) für die Metallschmelze (M) und einem Förderkanal, in dem die Metallschmelze (M) einem Formhohlraum (F) zuführbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Förderkanal eine Zylinderbohrung (12) umfasst, in der ein Kolben (13) axial verstellbar angeordnet ist, und dass eine Sammelkammer (15) für die Metallschmelze (M) vorgesehen ist, aus der die Metallschmelze (M) in Folge einer axialen Verschiebung des Kolbens (13) durch eine weiterführende Leitung (21) in den Formhohlraum (F) einbringbar ist.
Fördervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Sammelkammer (15) in der Zylinderbohrung (12) ausgebildet ist.
Fördervorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Metallschmelze (M) durch zumindest eine den Kolben (13) durchdringende Füllbohrung (16) in die Sammelkammer (15) einbringbar ist.
Fördervorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Außenwandung des Kolbens (13) und der Innenwandung der Zylinderbohrung (12) ein Ringraum (17) gebildet ist und dass der Ringraum (17) über die zumindest eine Füllbohrung (16) mit der Sammelkammer (15) in Verbindung steht.
Fördervorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Ringraum (17) über mehrere Füllbohrungen (16) mit der Sammelkammer (15) in Verbindung steht.
Fördervorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Füllbohrung (16) an ihrem in der Sammelkammer (15) mündenden Ende mittels eines Ventilkörpers (20) verschließbar ist.
Fördervorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass für alle Füllbohrungen (16) ein gemeinsamer Ventilkörper vorgesehen ist.
Fördervorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilkörper (20) mit einer verstellbaren Ventilstange (19) verbunden ist.
Fördervorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventilstange (19) verschieblich in einer Axialbohrung (14) des Kolbens (13) angeordnet ist.
Fördervorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Querschnitt des Ventilkörpers (20) kleiner als der Querschnitt der Zylinderbohrung (12) ist.
Fördervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass in der weiterführenden Leitung (21) ein Rückschlagventil (24) angeordnet ist.