DE102012203039A1

DE102012203039A1 - Druckgussmaschine mit einer Schmelzetransportvorrichtung

Info

Publication number: DE102012203039A1
Application number: DE201210203039
Authority: DE
Inventors: Anmelder Gleich
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2012-02-28
Filing date: 2012-02-28
Publication date: 2013-08-29
Anticipated expiration: 2032-02-29
Also published as: DE102012203039B4

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Zwei-Platten-Druckgussmaschine mit einer Formschließ- und Gießeinheit (4), die eine Schmelzetransportvorrichtung (12) mit zwei unabhängig voneinander steuerbaren Kolben, Schusskolben (25) und Gegenkolben (26), besitzt. Die Schmelzetransportvorrichtung (12) ist fester Bestandteil der Druckgussmaschine und gestattet es, den Transport der Schmelze von der Einfüllöffnung (32) der Schmelzekammer (13) bis zur Druckgussform (20) optimal zu gestalten.

Description

Die Erfindung betrifft eine Zwei-Platten-Metall-Druckgussmaschine mit einem ortsfesten Teil, an dem eine maschinenfeste erste Werkzeugaufspannplatte angeordnet ist, und einem beweglichen Teil, an dem eine an Säulen geführte bewegliche zweite Werkzeugaufspannplatte angeordnet ist. Die Erfindung kann ebenfalls in Drei-Platten- Metall-Druckgussmaschinen Anwendung finden, wenn auf der dem Druckgusswerkzeug abgewandten Seite der beweglichen Werkzeugaufspannplatte der Bewegungs- und Verriegelungsmechanismus für die bewegliche Werkzeugaufspannplatte dies zulässt. Die Erfindung betrifft insbesondere eine Schmelzetransportvorrichtung für Metall-Druckgussmaschinen, bevorzugt für Metall-Druckgussmaschinen in Zwei-Platten-Bauart. Ferner betrifft die Erfindung Schmelzetransportvorrichtungen mit Doppelkolbenanordnung.
Eine gattungsgemäße, mit Doppelkolben-Schmelzetransportvorrichtung ausgestattete Metall-Druckgussmaschine ist bspw. aus der DE 42 09 868 A1 bekannt, von der auch im Oberbegriff des Anspruch 1 ausgegangen wird. Bei dieser Druckgussmaschine werden zur Vermeidung von Poren- und oder Lunkerbildung im Druckgussteil die beiden Kolben-Spritzkolben und Gegenkolben genannt – wie folgt bewegt: Zunächst wird der Spritzkolben in eine zurückgefahrene Ausgangsposition verschoben, in welcher die Einlassöffnung für die Metallschmelze in den Spritzzylinder freiliegt. Der Spritzkolben verbleibt während der Befüllung der Schmelzekammer in der Ausgangsposition, wobei das zwischen den beiden Kolben definierte Volumen der Schmelzekammer sehr viel größer ist, als das Einschussvolumen des Metalls für die Erstellung des Druckgussteils. Der Gegenkolben befindet sich während des Einbringens der Metallschmelze ebenfalls in einer zurückgezogenen Ausgangsposition, aber derart, dass er die Einspritzöffnung in die Druckgussform abdeckt. Nach Beendigung des Einbringens der Schmelze in die Schmelzekammer wird der Gegenkolben in Richtung auf den Spritzkolben verfahren, wodurch die in der Schmelzekammer vorhandene Luft ausgeschoben wird. Die Metallschmelze füllt durch das Zusammenfahren der beiden Kolben den Raum zwischen den beiden Kolben nun vollständig aus, wobei vorhandene Luft über die Einlassöffnung entweichen kann. Unmittelbar nach der Entlüftung des Einschussvolumens beginnt der Spritzkolben mit seinem Spritzhub. Der Spritzkolben bewirkt dadurch, dass er die Schmelze mit seinem Spritzhub weiterbewegt, ein Zurückbewegen des Gegenkolbens, wodurch der Anschnitt der Spritzgussform freigegeben und die Schmelze in die Druckgussform eingebracht wird.
Nachteilig bei dieser Druckgussmaschine ist, dass die Verschiebung der beiden Kolben über die Schmelze miteinander gekoppelt ist. Ferner ist für jede Gussform ein eigener Spritzzylinder erforderlich, da das zwischen den beiden gekoppelten Kolben nach dem Entlüften aufgespannte Volumen in der Schmelzekammer dem Volumen des Druckgussteils entsprechen muss. Der Transport der Metallschmelze zur Einspritzöffnung der Druckgussform beginnt zeitversetzt und daher mit Zeitverlust, da insbesondere das Austreiben der Luft aus dem Spritzzylinder, einen relativ hohen Zeitaufwand benötigt. Hierbei erleidet die Schmelze einen Temperaturverlust, wodurch ihre Ausgangstemperatur beim Einbringen in den Spritzzylinder relativ hoch angesetzt werden muss, was für die Standzeit der Anlage und für die Qualität des Spritzgussteils von Nachteil ist. Eine Temperierung des Spritzzylinders bzw. der Schmelzekammer erfordert jedoch einen hohen Aufwand. All diese Nachteile führen dazu, dass mit der Druckgussmaschine gemäß DE 42 09 868 A1 hohe Spritzgeschwindigkeiten gefahren werden müssen, damit das durch die Temperatur der Schmelze vorgegebene Zeitfenster zwischen Einfüllen in den Spritzzylinder und Einspritzen in die Druckgussform nicht überschritten wird. Durch die hohen Spritzdrücke kommt es zu einer sehr turbulenten Befüllung der Druckgussform, wodurch die Teilequalität stark leidet. Da die Druckmaschine gemäß DE 42 09 868 A1 mit einer Spritzzylinder-Entlüftung arbeitet, ist es hier auch vorteilhaft die Druckgussform vor dem Einspritzen zu evakuieren, damit die turbulent in die Form einströmende Metallschmelze nicht erneut mit Luft vermischt wird.
Bei der Verwendung eines Entlüftungsmechanismus ist immer vorherzusehen, dass zur Vollständigen Entlüftung in kleiner Teil der Metallschmelze beim Zusammenfahren der Kolben über die Einfüllöffnung herausgedrückt wird, wenn die Entlüftung vollständig sein soll. Dies führt zu Verschmutzung der Einfüllöffnung oder es müssen ggf. sogar Vorkehrungen getroffen werden, die ein Herabfallen der überschüssigen Schmelze verhindern. In DE 42 09 868 A1 ist hierzu eine Auffangvorrichtung vorgesehen.
Aus DE 43 10 755 C2 ist eine ähnliche Anordnung bekannt, bei der jedoch anstatt eines Gegenkolbens eine Klemmscheibe in die Gießkammer eingeführt und positioniert wird. Die Klemmscheibe muss nach jedem Gießvorgang ausgeworfen werden und kann erst nach einer Reinigung neu in der Gießkammer positioniert werden. Diese Betriebsweise ist sehr zeitaufwendig und nur schwer automatisierbar. Zudem ist die Klemmscheibe in der Gießkammer nur über die Schmelze gekoppelt bewegbar.
JP 2000-24767 A beschreibt eine weitere Druckgussmaschine, bei der für die Dosierung und den Transport der Schmelze in der Gießkammer ebenfalls zwei Kolben verwendet werden. Die Befüllung der Gießkammer erfolgt jedoch durch Ansaugen der Schmelze von unten unter Vakuum, was aufwendige Maßnahmen hinsichtlich der Maschinenarchitektur und Bereitstellung der Schmelze erfordert.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Metall-Druckgussmaschine der eingangs genannten Art zu schaffen, bei der die Schmelzetransportvorrichtung einen einfachen und kostengünstigen Aufbau besitzt und eine einfache und exakt steuerbare Zufuhr homogen temperierter Schmelze zur Druckgussform gestattet. Die Schmelzetransportvorrichtung soll dabei flexibel für mehrere Druckgusswerkzeuge einsetzbar sein, wobei die Ankopplung an Druckgusswerkzeuge einfach und schnell erfolgen soll, ohne dass die Schmelzetransportvorrichtung zum Werkzeugwechsel von der Druckgussmaschine demontiert werden muss. Die erfindungsgemäße Schmelzetransportvorrichtung soll weiterhin eine gleichmäßige möglichst laminare Füllung des Gusswerkzeuges ermöglichen, wobei eine Temperierung der Schmelzetransportvorrichtung nicht erforderlich ist. Mit der Erfindung soll ferner eine gleichmäßige Füllung der Druckgussform derart möglich sein, dass eine Evakuierung der Kavität zum Vermeiden von Lufteinschlüssen ebenfalls nicht erforderlich ist.
Die Lösung der erfindungsgemäßen Aufgabe erfolgt mit einer Metall-Druckgussmaschine nach Anspruch 1 oder einer Schmelzetranportvorrichtung nach Anspruch 11. Bevorzugte Ausführungsformen sind in den jeweiligen Unteransprüchen angegeben.
Gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 weist die erfindungsgemäße Druckgussmaschine einen ortsfesten Teil, an dem eine maschinenfeste erste Werkzeugaufspannplatte angeordnet ist, und einen beweglichen Teil auf, an dem eine an Säulen geführte bewegliche zweite Werkzeugaufspannplatte angeordnet ist. An jeder der beiden Werkzeugaufspannplatten ist eine Hälfte einer wechselbaren Metall-Druckgussform aufnehmbar, wobei die Druckgussform an eine Metall-Schmelzetransportvorrichtung zur Beschickung mit metallischer Schmelze ankoppelbar ist, die mit beiden Werkzeugaufspannplatten in Verbindung steht. Die Schmelzetransportvorrichtung weist eine Schmelzekammer auf, die sich in Schmelzetransportrichtung erstreckt. An einem Endbereich ist eine Einfüllöffnung für die metallische Schmelze und an einem weiteren Endbereich eine Auslassöffnung angeordnet, die eine Einlassöffnung bzw. Anschnitt der wechselbaren Druckgussform für die metallische Schmelze zumindest teilweise überdeckt. Die Schmelzetranportvorrichtung weist ferner einen in der Schmelzekammer gleitend geführten ersten Kolben, der dem ortsfesten Teil der Druckgussmaschine zugeordnet ist, und einen in der Schmelzekammer gleitend geführten zweiten Kolben auf, der auf der zum ersten Kolben entgegengesetzten Seite der Schmelzekammer angeordnet und dem beweglichen Teil der Druckgussmaschine zugeordnet ist. Die Stirnflächen der beiden Kolben sind einander zugewandt. Die Schmelzetransportvorrichtung ist als Baugruppe der Druckgussmaschine an die jeweilige, wechselbare Druckgussform ankoppelbar.
Der erste Kolben und der zweite Kolben sind über eine Steuereinrichtung zeitlich gesteuert in der Schmelzekammer unabhängig voneinander verschiebbar.
Durch die unabhängige Bewegbarkeit der Kolben wird eine sehr genaue zeitliche Steuerung aller für den optimalen Transport der Schmelze zur Druckgussform erforderlichen Bewegungen der beiden Kolben ermöglicht. Dies umfasst alle Phasen des Spritzvorgangs vom dosierten Einfüllen der Schmelze in die Schmelzkammer, dem Transport der Schmelze zur Druckgussform bis zum Erstarren des Gussteils unter (Nach-)Druck. Die Entkopplung der Bewegung der beiden Kolben voneinander gewährleistet eine flexible und genaue Kontrolle des Verhaltens der Schmelze in der Schmelzetransportvorrichtung und in der Druckgussform.
Eine optimale Befüllung einer Metalldruckgussform, d. h. deren Kavität mit Metallschmelze, erfolgt im Idealfall mit einer laminaren Strömung. Eine laminare Strömung weist jedoch eine relativ niedrige Strömungsgeschwindigkeit auf, was bedeutet, dass die Zeit für das Füllen der Form relativ lang ist. Je länger die Füllzeit desto höher ist der Temperaturverlust in der Schmelze, wenn diese nicht aufwendig temperiert wird. Damit ist das Zeitfenster für das Einbringen der Schmelze vorgeben, als Zeit zwischen dem Einfüllen der Schmelze in die Gießkammer und dem Einbringen der Schmelze in die Druckgussform durch die Schmelzetransportvorrichtung.
Dadurch, dass die erfindungsgemäße Schmelzetransportvorrichtung unmittelbar nach dem Befüllen der Schmelzekammer mit flüssigem Metall damit beginnt, das flüssige Metall in Richtung Anschnitt des Druckgusswerkzeuges zu schieben, entfällt die Zeit, die gemäß DE 42 09 868 A1 zur Entlüftung der Schmelzekammer benötigt wird, und damit der hiermit verbundene Temperaturverlust. Durch die Verwendung einer Gegenkolbenanordnung mit unabhängig voneinander bewegbaren Spritz- und Gegenkolben kann die Schmelzekammer optimal für das zu spritzende Gussteil befüllt werden, da der Abstand der beiden Kolben flexibel einstellbar ist. Hierbei sind maximale Füllraten der Schmelzekammer bis ca. 98% bevorzugt. Ein Überlaufen der Schmelzekammer wird hierdurch vermieden und das Luftvolumen über der Schmelze wird möglichst klein gehalten.
Besonders vorteilhaft ist die unabhängige, bspw. zeitliche und somit auch wegabhängige Steuerung der Bewegung der beiden Kolben. Durch diese unabhängige Steuerung der beiden Kolben gemäß der Erfindung kann sowohl das Volumen der Schmelze in der Gießkammer als auch dessen Fortbewegungsgeschwindigkeit in Richtung Einfüllöffnung in der Gießform exakt gesteuert werden. Somit kann die Materialfront, welche sich auf den Anschnitt des Druckgusswerkzeuges zubewegt bzw. die Menge und der Druck mit dem das Material in die Form eingebracht wird, optimal vorgegeben werden. Es wird somit ein optimaler Schmelze-Transport erreicht. Hierbei sind Parameter, wie bspw. Temperatur der Schmelze, Temperatur des Druckgusswerkzeuges, das Gießmaterial, die Materialien der Schmelzetransportvorrichtung oder der Druckgussform sowie die Formatmung oder die Form des herzustellenden Druckgussteiles etc. zu berücksichtigen.
Durch das für jedes herzustellende Druckgussteil flexible und optimal einstellbare Schussvolumen, d. h. Schmelzekammervolumen mit einer optimalen Füllrate der Schmelzekammer nur durch Steuerung des Abstandes der beiden Kolben in der Schmelzetransportvorrichtung kann unmittelbar nach dem Befüllen der Schmelzekammer mit dem Transport begonnen werden, ohne dass wertvolle Zeit verloren geht. Die hierdurch eingesparte Zeit kann somit in ein laminareres Einbringen des Gussmaterials in die Druckgussform investiert werden. Ein solches weicheres, dem laminaren Füllen nahekommendes Einbringen des Gusswerkstoffes in die Kavität kann insbesondere durch das nur teilweise Befüllen der Schmelzekammer mit Gussmaterial erreicht werden. Wird eine vollständig gefüllte Schmelzekammer in einer Art „Plug-Flow”-Strömung transportiert, wobei die Schmelzekammer zudem unter (hohem) Druck steht, da zumindest der Gegenkolben über Schmelze zurückgedrückt wird, so kommt es bei Erreichen der Anschnittsöffnung zu einem schlagartigenexplosionsartigen Befüllen der Kavität, was starke Verwirbelungen des flüssigen Materials in der Kavität zur Folge hat. Dadurch kommt es zu Lufteinschlüssen bzw. Lunkerbildungen, die am fertigen Gussteil unerwünscht sind.
Mit der unabhängigen Zeit- bzw. Weg-Steuerung der Bewegung der beiden Kolben kann somit während des Transportes und der Befüllung der Druckgussform flexibel auf die sich in der Schmelzekammer befindlichen Materialfront Einfluss genommen werden und bspw. anfänglich eine niedrige Eintraggeschwindigkeit für das Material in die leere Form realisiert werden, welche mit zunehmender Befüllung bspw. gesteigert wird. Durch die laminare Füllung der Gussform kann die Formatmung, also das Entweichen der Luft aus der Kavität, über die einströmende Materialfront erfolgen, da keine Verwirbelungen und somit keine Lufteinschlüsse im Gießmaterial auftreten. Mit der unabhängigen Steuerung der Bewegung der beiden Kolben kann auch während des Schmelzetransports zur Druckgussform evtl. über der Schmelze befindliche Luft, bspw. durch geringfügig langsameres Bewegen des Gegenkolbens, aus der Schmelzekammer ausgetrieben werden.
Das Anordnen der erfindungsgemäßen Schmelzetransportvorrichtung an der Druckgussmaschine führt zu einem besonders einfachen und kostengünstigen Betrieb der Druckgussmaschine, da ein und dieselbe Schmelzetransportvorrichtung für mehrere verschiedene Druckgussformen einsetzbar ist. Sie ist fester Bestandteil der Druckgussmaschine und ist bevorzugt an beiden Aufspannplatten angeordnet und mit diesen mechanisch verbunden, bevorzugt in lösbarer Weise. Bei der Schmelzekammer handelt es sich um ein Bauteil, das durch die hohen Betriebstemperaturen und die korrodierende Wirkung der heißen Metallschmelzen einem merklichen Verschleiß ausgesetzt ist. Deshalb ist ihre Austauschbarkeit erforderlich und durch ihre konstruktive Gestaltung sicherzustellen. Dies ist nach der Erfindung in vorteilhafter Weise möglich, da die Schmelzetransportvorrichtung ein Teil der Druckgussmaschine an sich ist und deshalb unabhängig von den jeweiligen Druckgusswerkzeugen konstruiert und ausgelegt werden kann. Die zu verwendenden Druckgussformen müssen jedoch – wie im Stand der Technik aufgrund verschiedener Bauformen vielfach üblich – konstruktiv an die Druckgussmaschine und die Vorgaben der Schmelzetransportvorrichtung angepasst sein. Alle verwendeten Bauteile müssen weiterhin selbstredend so beschaffen sein, dass sie den beim Druckguss auftretenden hohen Drücken und Temperaturen widerstehen können.
Durch die separate Ansteuerung der Position der beiden Kolben, und insbesondere des Gegenkolbens, sind in der Schmelzekammer beliebige Schmelzevolumina vorgebbar und die Schmelzetransportvorrichtung ist für mehrere Druckgussteile in einem weiten Volumenbereich einsetzbar. Es versteht sich, dass die zugehörigen Druckgussformen mit Bohrungen für den Durchtritt und die Ankoppelung der Schmelzetransportvorrichtung versehen sein müssen, die an die Dimensionen und sonstigen Vorgaben der Schmelzetransportvorrichtung angepasst sind. Dies gilt in besonderer Weise für die Lage des Anschnitts der Druckgussform, die mit der Auslassöffnung der Schmelzekammer übereinstimmen muss. Zudem sind weitere Elemente vorzusehen, die eine genaue Positionierung und Verbindung der beiden Hälften der Druckgussform mit den zugehörigen Aufspannplatten sicherstellen. Hierbei sind die hohen auftretenden Drücke und Temperaturen zu berücksichtigen.
Bevorzugt ist, dass die Schmelzetransportvorrichtung mit der Druckgussform kraftschlüssig und formschlüssig gekoppelt ist. Die Verbindung zwischen der Schmelzetransportvorrichtung und der Druckgussform erfolgt in vorteilhafter Weise über komplementäre Formgebung der Kontaktflächen eines zwischen ihnen ausgebildeten Kopplungsbereiches. In diesem Kopplungsbereich sind insbesondere die Auslassöffnung der Schmelzetransportvorrichtung und der Anschnitt der Druckgussform miteinander fluchtend angeordnet.
Eine weitere bevorzugte Ausgestaltung der Druckgussmaschine kann darin bestehen, dass die Schmelzetransportrichtung im Wesentlichen horizontal ausgerichtet ist, und die Einfüllöffnung für die Schmelze in die Schmelzekammer und die Auslassöffnung für die Schmelze zur Druckgussform jeweils an der Oberseite der Schmelzekammer liegen. Die Längserstreckung der Schmelzetransportvorrichtung ist bei der üblichen Bauform von Druckgussmaschinen dann parallel zu den Säulen, welche die beiden Aufspannplatten für die Hälften der Druckgussformen verbinden. Die Krafteinleitung durch die in bestimmten Phasen des Gießens unter hohem Druck stehenden Kolben erfolgt dann in Bewegungsrichtung der beweglichen Werkzeugaufspannplatte und der stabilen Säulen. Die mechanische Verbindung zwischen der Schmelzetransportvorrichtung und den Aufspannplatten muss deshalb besonders stabil ausgeführt sein, was durch die Formgebung der Verbindungsbereiche und der Verriegelungselemente erreicht werden kann.
In einer alternativen Bauform kann die Schmelzetransportrichtung im Wesentlichen vertikal ausgerichtet sein, wobei die Einfüllöffnung für die Schmelze im oberen Endbereich und die Auslassöffnung der Schmelze zur Druckgussform im unteren Endbereich der Schmelzekammer ausgebildet ist. Mit dieser Anordnung erfolgt eine Füllung der Schmelzekammer derart, dass die in ihr befindliche Luft von unten her kontinuierlich durch die Schmelze verdrängt wird, da die schwere Schmelze nach unten sinkt und den gesamten Querschnitt der Schmelzekammer beansprucht. Hierdurch wird der Lufteinschluss in der Metall-Schmelzetransportvorrichtung auf ein Minimum gebracht, was zu minimaler Porenbildung im fertigen Druckgussteil beiträgt.
Bevorzugt ist die Schmelzetransportvorrichtung beheizbar, wodurch die Einfülltemperatur der Schmelze in die Gießkammer geringer gehalten werden kann, da Temperaturverluste zumindest teilweise ausgeglichen werden können. Jedoch gilt hier insbesondere, dass die Temperierung umso aufwendiger, teurer wird, je länger die Zeitdauer ist, die benötigt wird, um das Gießmaterial vom Einflüllen in die Schmelzekammer in die Kavität des Druckgusswerkzeuges zu bringen, wobei zudem eine möglichst laminare Befüllung der Form bevorzugt ist. Für die Temperierung der Schmelzetransportvorrichtung kann die Schmelzekammer mit elektrischen oder fluidischen Heizeinrichtungen versehen sein, wobei flüssigkeitsdurchströmte Rohrleitungen/Heizschlangen bevorzugt sind. Die Temperierung der erfindungsgemäße Schmelzetransporteinrichtung erlaubt es, die Temperatur der Schmelze vor dem Eintritt in die Druckgussform in einem verfahrenstechnisch optimalen Bereich zu halten, was sich wesentlich auf die Qualität des Gussteils auswirkt. Zudem lässt sich hierdurch Korrosion und Verschleiß der Innenwände der Schmelzetransportvorrichtung durch die Schmelze gering halten und die Standzeit der Schmelzetransportvorrichtung erhöhen. Durch geeignete Temperierung der Schmelzetransportvorrichtung und dem schnellen Start des Vorschubs des Gießmaterials durch die Kolben kann die Schmelze auf einer im Vergleich zum Stand der Technik niedrigeren Temperatur gehalten werden, wodurch die Qualität des Gussteils verbessert wird, da die Oxidationsneigung bzw. die Sauerstoffaffinität des Metalls mit sinkender Temperatur abnimmt. Je weniger Oxide sich im Gussmetall bilden, desto homogener ist das geformte Gussteil ausgebildet. Metalloxide im Gussteil erfordern zudem oft die Verwendung von Hartmetallwerkzeugen zu deren Bearbeitung. Dies kann mit der Erfindung vermieden werden.
Bei Beginn des Druckgießens ist es bevorzugt, die Schmelzetransportvorrichtung zunächst auf max. ca. 250°C bis 300°C zu erwärmen, damit die Schmelze keinen Temperaturverlust erfährt. Im weiteren Verlauf, wenn nach mehreren Gießvorgängen die Schmelzetransportvorrichtung zu heiß zu werden droht, kann eine Kühlung angebracht sein, damit die Schmelze keine übermäßige Temperatur erreicht, die neben der Oxidation des Metalls Korrosion oder Verschleiß der Schmelzekammer bewirkt. Günstige Bereiche für die Temperierung der Schmelzetransportvorrichtung liegen im Bereich von 70°C bis 300°C.
Bevorzugt wird die Steuereinrichtung der Schmelzetransportvorrichtung in die elektronische Steuerung der Druckgussmaschine integriert. Die zu steuernden Parameter umfassen insbesondere die Positionierung, die Geschwindigkeit, die Verschiebung der beiden Kolben, die Einfüllung und Dosierung der Schmelze und, soweit vorhanden, die Temperatursteuerung der Schmelzekammer und des Druckgusswerkzeuges. Die Steuerung betätigt hierzu Aktuatoren verschiedener Art. Für die Verschiebung der Kolben sind bevorzugt elektromotorische, hydraulische oder pneumatische Mittel vorgesehen, die mit der elektronischen Steuerung der Druckgussmaschine wirkverbunden sind. Dabei sind der Spritz- oder Schusskolben und Gegenkolben einzeln Weg oder Zeit gesteuert. Ihre Bewegungen sind nicht unmittelbar gekoppelt, sondern werden völlig unabhängig voneinander vorgegeben und gesteuert. Über eine von der Steuereinheit gesteuerte Vakuumvorrichtung ist es optional auch möglich, eine gesteuerte, nicht zwingend notwendige, Vakuumerzeugung in der Druckgussform zu realisieren, welche das Eintreten der Schmelze in die Druckgussform unterstützt und auch zur Porenfreiheit des Druckgussteils beitragen kann.
In einer konstruktiven Variante der Schmelzetransportvorrichtung ist die Schmelzekammer zweiteilig ausgebildet, wobei ein erster Teil mit der festen Aufspannplatte und der andere, zweite Teil mit der beweglichen Aufspannplatte verbunden sind. Bevorzugt weist der erste Teil der Schmelzekammer die Einfüllöffnung und die Auslassöffnung für die Schmelze auf.
Der erfindungsgemäße Gießvorgang mit der erfindungsgemäßen Druckgussmaschine erfolgt in mehreren abgestimmten Schritten wie folgt:
In einem ersten Schritt, der Füllung der Schmelzekammer, wird der Schusskolben durch den zugehörigen Antrieb so weit zurückgezogen, dass er die Einfüllöffnung der Schmelzekammer freigibt. Der Gegenkolben wird zugleich über seinen Antrieb in der Schmelzekammer in Richtung auf den Schusskolben vorgeschoben. Der Betrag der Verschiebung des Gegenkolbens wird von der Steuereinrichtung derart vorgegeben, dass das durch den Abstand der Stirnflächen der Kolben, den Innendurchmesser der zylindrischen Schmelzekammer und dem von einer Dosiereinrichtung für die Schmelze vorgegebene Volumen der Schmelze zu einer vorbestimmten Füllhöhe der Schmelze in der Schmelzekammer führt. Diese Füllhöhe kann bis zu 98% des Innendurchmessers der Schmelzekammer betragen. Die Positionierung des Gegenkolbens kann zeitgleich mit dem Zurückziehen des Schusskolbens oder bei bereits einsetzender Füllung der Schmelzekammer mit Schmelze erfolgen.
In diesem ersten Schritt wird die Schmelze von einer Dosiereinrichtung herkömmlicher Bauart in die Schmelzekammer eingefüllt, bis sich die von der Steuereinrichtung vorgegebene Füllhöhe einstellt. Der Gegenkolben ist in dieser Phase so weit vorgeschoben, dass keine Schmelze aus der Auslassöffnung der Schmelzekammer in den Anschnitt der Druckgussform eintreten kann. Bevorzugt kann der Gegenkolben eine solche Länge aufweisen, dass er in der vorgeschobenen Position die Auslassöffnung der Schmelzekammer überdeckt und diese dadurch sperrt. Dies ist günstig, wenn die Druckgussform zu Beginn des Gussvorgangs unter Vakuum oder zumindest Unterdruck gesetzt werden soll. Eine Evakuierung der Schmelzetransportvorrichtung und ein Transport der Schmelze unter Vakuum sind jedoch in Ausführung der Erfindung nicht erforderlich.
In einem zweiten Schritt, dem Schmelzetransport, wird der Schusskolben mit vorgegebener Geschwindigkeit in Richtung auf die Auslassöffnung der Schmelzekammer vorgeschoben. Hierbei wird unter anderem die Einfüllöffnung für die Schmelze überstrichen. Zugleich wird der Gegenkolben in derselben Richtung der Schmelzebewegung zurückgezogen, wobei dessen Geschwindigkeit über die Steuereinrichtung unabhängig vom Vorschub des Schusskolbens getrennt gesteuert wird. Die Geschwindigkeit des Gegenkolbens entspricht im Wesentlichen derjenigen des Schusskolbens, sie wird aber nicht durch den Schusskolben bewirkt, sondern wird unabhängig von diesem durch die Steuerung vorgegeben. Eine gesteuerte Differenz zwischen den Geschwindigkeiten der beiden Kolben kann in vorteilhafter Weise zu einer Optimierung der Materialfront und/oder zu einer eventuellen Entlüftung der Schmelzekammer eingesetzt werden. In Folge der koordinierten Bewegung der beiden Kolben wird die zwischen ihnen eingeschlossene Schmelze zügig und ohne nennenswerten Zeitverlust zur Auslassöffnung der Schmelzekammer gefördert und in die Kavität der Druckgussform eingetragen, wobei die Eintraggeschwindigkeit gegenüber der aus dem Stand der Technik bekannten Druckgussvorrichtungen stark verringert werden kann, wodurch es zu geringeren Materialverwirblungen in der Kavität kommt. Mit der unabhängigen Steuerung des Schusskolbens und des Gegenkolbens auch während der Befüllung des Druckgusswerkzeuges kann die Einströmgeschwindigkeit des Materials in die Kavität veränderbar gesteuert werden.
Das Einfüllen der Schmelze in die Schmelzekammer und deren Transport zur Druckgussform erfolgt in derart rascher Abfolge, dass keine wesentliche Abkühlung der Schmelze in der Schmelzekammer auftritt. Die Schmelze kann deshalb mit einer niedrigeren Temperatur eingefüllt werden als aus dem einschlägigen Stand der Technik bekannt, was in mehrfacher Hinsicht vorteilhaft ist. So wird die temperaturabhängige Oxidation des geschmolzenen Metalls verringert, da die Sauerstoffaffinität der Metalle, insbesondere von Aluminium, mit höherer Temperatur zunimmt. Die geringere Temperatur führt zur Verringerung von oxidischen Einschlüssen, von Mikroporen sowie von Störungen in der Gitterstruktur des Formlings. Zugleich wird hierdurch der Verschleiß der Schmelzekammer, der beiden Kolben und der Druckgussform reduziert. Dies erhöht nicht nur die Qualität der Druckgussteile, sondern auch die Standzeit der mit der Schmelze in Berührung kommenden Baugruppen der Druckgussmaschine. Zudem sind die Energiekosten verringert, da die Schmelze nicht so stark erwärmt werden muss. Bevorzugte Schmelze-Temperaturen liegen bspw. für Aluminium zwischen 650°C und 750°C, und damit um bis zu 40° tiefer als üblich.
Im dritten Schritt, dem eigentlichen Gießvorgang, ist der Gegenkolben bspw. so weit zurückgezogen, dass seine Stirnfläche in Transportrichtung gesehen hinter der Auslassöffnung der Schmelzekammer zu liegen kommt. Er ist in dieser Position bspw. im Stillstand, was durch einen Anschlag und/oder durch eine Arretierung der Kolbenstange bewirkt oder unterstützt werden kann. Die Auslassöffnung ist somit für den Durchtritt der Schmelze zum Anschnitt der Druckgussform freigegeben, so dass die Schmelze in die Druckgussform einströmen kann. Das Einströmen wird im Wesentlichen durch den weiter vorschiebenden Schusskolben bewerkstelligt, der so lange vorgeschoben wird, bis die Druckgussform vollständig mit Schmelze gefüllt ist. Zur Steigerung der Füllgeschwindigkeit der Kavität kann der Gegenkolben bspw. auf den Schusskolben zugefahren werden, was ggf. auch in einer der Werkzeugfüllung anschließenden Nachdruckphase erfolgen kann, um die Ausbildung des Formlings ohne Einfallstellen zu gewährleisten. Luft wird in dieser Phase aus der Druckgussform durch die fortschreitende, im Optimalfall geschlossene Materialfront ausgetrieben und entweicht über die Formteilungsfuge oder sonstige Spalte. Es versteht sich, dass ein Vakuum, oder zumindest ein Unterdruck in der Druckgussform die Füllung der Kavität mit Schmelze fördern und ggf. für weiter reduzierte Porenbildung im Gussteil sorgen kann.
In einem vierten Schritt, dem Nachverdichten, kann der Nachdruck allein über den Schusskolben oder zusammen mit dem Gegenkolben auf die erstarrende Schmelze, das heißt auf die erstarrende Gießmasse, in der Druckgussform ausgeübt werden. Dieses Nachverdichten dient neben der Kompensation des Volumenschwunds beim Erstarren, der bis ca. 5% betragen kann, der vollständigen Abformung der Druckgussform und zur Vermeidung von Einfallstellen. Beim Nachverdichten wird bei einsetzender Erstarrung weitere Schmelze in die Druckgussform eingebracht. Der ausgeübte Druck trägt einerseits zu einer weiteren Verminderung eventueller Gaseinschlüsse in Form von Poren im Gussteil bei. Andererseits wird dadurch die Abformung der Gussform verbessert und Einfallstellen vermieden oder zumindest reduziert.
In einem fünften Schritt, dem Auswerfen, wird die Druckgussform durch Zurückziehen der beweglichen Aufspannplatte geöffnet und das fertige Druckgussteil mit dem Anschnitt und sonstigen anhängenden Teilen über einen oder mehrere Auswerfer oder sonstige Entnahmevorrichtungen aus der Druckgussform entfernt. Hierbei kann der Gegenkolben unterstützend eingesetzt werden, in dem bspw. der Anschnitt durch Bewegen des Gegenkolbens in Richtung Spritzkolben vor oder beim Öffnen des Gusswerkzeuges abgeschert werden kann. Bei geöffnetem Druckgusswerkzeug kann der Gegenkolben, angreifend am Anschnitt bzw. Anguss das Auswerfen des Gussteils unterstützen.
In einem sechsten Schritt, dem Schließen der Druckgussform, wird die bewegliche Aufspannplatte auf die feste Aufspannplatte hin vorgeschoben, bis die beiden Hälften der Druckgussform und der Schmelzetransportvorrichtung in fester Kontakt miteinander sind. Bereits vorher kann mit dem ersten Schritt begonnen werden, in dem der Schusskolben bis in seine Ausgangsstellung zurückgezogen wird, wobei die Einfüllöffnung der Schmelzekammer freigegeben wird. Der Schusskolben kann alternativ bereits beim Öffnen des Werkzeuges in seine Ausgangstellung gemäß Schritt 1 gebracht werden, da er wegen seiner maschinenfesten Anordnung an der Druckgussmaschine zum Öffnen der Form und zum Auswerfen des Gussteils nicht benötigt wird.
Als Vorteile der Verwendung der erfindungsgemäßen Druckgussmaschine und des damit möglichen Verfahrens sind insbesondere hervorzuheben:

• Reduzierung der Zykluszeit und des Gießdrucks
• Bessere mechanische und physikalische Eigenschaften der Gussteile, da weniger Gaseinschlüsse und Verunreinigungen in der Schmelze, geringerer Ausschuss wegen Lunker oder Einfallstellen
• Reduzierung der Oxidbildung des eingesetzten Gussmaterials
• kein vorzeitiges Erstarren der Schmelze mit ungenügender Nachspeisung
• kein Haften des Metalls an der Druckgussform
• geringerer Verschleiß der Druckgussformen der Spritzkolben und der Schmelzekammer
• kleinere Trennungsgrate und damit reduzierte Nacharbeit
• Möglichkeit einer laminaren Füllung der Druckgussform statt schlagartigem Eindrücken der Schmelze

Erzielt werden diese Vorteile insbesondere dadurch, dass das Gussmaterial schnell und zügig ohne Zeitverlust dem Anschnitt der Druckgussform zugeführt wird, wobei es nur eine minimale Absenkung seiner Temperatur erfährt. Es wird somit während der Einfüll- und Transportphasen annähernd auf konstanter Temperatur gehalten.
Die Erfindung betrifft weiter eine Schmelzetransportvorrichtung nach Anspruch 11 zum Einsatz an einer Metall-Druckgussmaschine, beispielsweise als separate Baugruppe zur Aus- oder Umrüstung von bestehenden Druckgussmaschinen. Die konstruktiven Einzelheiten und die Betriebsweise dieser Schmelzetransportvorrichtung entsprechen sinngemäß den bereits zuvor beschriebenen Erläuterungen der Erfindung, so dass zur Vermeidung von Wiederholungen auf weitere Ausführungen verzichtet wird. Es versteht sich, dass die Antriebe der Kolben, die integraler Bestandteil der Schmelzetransportvorrichtung sind, über Anschlüsse verfügen, mittels derer sie in Wirkverbindung mit einer geeigneten Steuereinheit der auszurüstenden Druckgussmaschine gebracht werden können. Ein Gleiches gilt sinngemäß in Bezug auf Anschlüsse für eine vorhandene Kühl- und Heizeinrichtung.
Die Erfindung wird anschließend an Hand von Ausführungsbeispielen, die in den Figuren dargestellt sind, noch näher erläutert. Es zeigen:
1 eine Druckgussmaschine nach der Erfindung in schematischer Ansicht mit geöffneter Formschließeinheit und geöffneter Schmelzetransportvorrichtung jedoch ohne Druckgusswerkzeug;
2 die Druckgussmaschine nach 1 mit geschlossener Formschließeinheit und geschlossener Schmelzetransportvorrichtung;
3 eine Detailansicht aus 1 in schematischer Darstellung im Schnitt;
4 die Schmelzetransportvorrichtung mit befüllter Schmelzekammer im Schnitt in schematischer Darstellung;
5 die Metall-Schmelzetransportvorrichtung nach der Erfindung in einer Schmelzetransport- und Gießphase;
6 die Schmelzetransportvorrichtung in einer Nachverdichtungs- und Erstarrungsphase
7 ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung bei geöffneter Druckgussform
8 das Ausführungsbeispiel nach 7 mit geschlossener Druckgussform
In 1 ist eine Zweiplatten-Druckgussmaschine 1 nach der Erfindung in schematischer Ansicht dargestellt. Gezeigt ist der geöffnete Zustand der Formschließ- und Gießeinheit 4, in welchem die bewegliche Aufspannplatte 6 von der festen Aufspannplatte 5 entfernt und die Schmelzetransportvorrichtung geöffnet ist. Eine hier nicht gezeigte Druckgussform 20 wäre somit ebenfalls geöffnet (s. 3 und 7).
Auf einem Fundament 2 ruht der Maschinentisch 3, der auf seiner Oberseite eine Formschließ- und Gießeinheit 4 trägt. Die Formschließ- und Gießeinheit 4 besitzt eine feste Aufspannplatte 5, die mit dem Maschinentisch 3 fest verbunden ist, sowie eine bewegliche Aufspannplatte 6, die an Säulen 8 geführt ist. Die bewegliche Aufspannplatte 6 ist mittels eines im Maschinentisch 3 angeordneten Antriebs 10 in Längsrichtung der Säulen 8 verschieblich und mit der festen Aufspannplatte 5 über die Säulen 8 verriegelbar. Die beiden Aufspannplatten 5, 6 tragen je eine Hälfte 21, 22 einer hier nicht gezeigten Druckgussform 20 (s. 3), die in der Formteilungsebene 7 geteilt ist. Jede der Aufspannplatten 5, 6 nimmt eine Hälfte 21, 22 der Druckgussform 20 auf. Die Druckgussform 20, die auch als Druckgusswerkzeug 20 bezeichnet wird, ist auswechselbar mit den jeweiligen Hälften 21, 22 an den zugeordneten Aufspannplatten 5, 6 befestigt, so dass je nach eingesetztem Werkzeug verschiedene Druckgussteile herstellbar sind.
Die stabilen Säulen 8 sind auf der einen Seite mit der festen Aufspannplatte 5 zum Aufbringen der Schließkraft fest verbunden und mit der beweglichen Aufspannplatte 6 verriegelt. Einzelheiten zur Art und Weise der Verriegelung der beweglichen Werkzeugaufspannplatte mit der maschinenfesten Werkzeugaufspannplatte und die daran anschließende Aufbringung der Schließkraft ist fachüblich und braucht daher im Rahmen der Erfindung nicht näher erläutert zu werden. Die anderen Enden der Säulen können, wie in 1 zu sehen, von einer weiteren maschinenfesten Platte 9 abgestützt sein. Dies ist jedoch nicht zwingend. Eine Bauform bei der nur ein Ende der Säulen 8 an der festen Aufspannplatte 5 gehalten ist, ist in Ausführung der Erfindung ohne weiteres zulässig.
Die Koordinierung der Bewegung der einzelnen Teile der Druckgussmaschine 1 und die Steuerung des gesamten Gießvorgangs erfolgt über die Steuereinheit 11, die üblicherweise als elektronische Steuerung mittels Rechner ausgebildet ist. Die Details einer solchen Steuerung sind dem Fachmann geläufig, so dass weitere Erläuterungen hierzu ebenfalls entbehrlich sind.
In 1 ist die erfindungsgemäße Metall-Schmelzetransportvorrichtung 12 gezeigt, die jedoch in dieser Darstellung nur zum Teil sichtbar ist. Sie ist in den 3 bis 8, die geschnittene Detailansichten zeigen, deutlicher erkennbar. Zu sehen ist in 1 ein Teil 38 der Schmelzekammer 13, die in die feste Aufspannplatte 5 hineinragt und bis zur Formtrennungsebene 7 reicht. Der in der Schmelzekammer 13 geführte Schusskolben 25 (in 1 nicht dargestellt) besitzt eine Kolbenstange 17 mit einer zugehörigen Führung 18 und einem steuerbaren Antrieb 16. Antrieb 16 und Führung 18 sind in einer Platte 19 gehalten, die mit dem Maschinentisch 3 verbunden ist. Auf der Seite der beweglichen Aufspannplatte 6 sind weitere Teile der Schmelzetransportvorrichtung 12 angeordnet und mit der beweglichen Werkzeugaufspannplatte verbunden. Es sind dies ein weiterer Teil 39 der Schmelzekammer 13, in welcher ein hier nicht sichtbarer Gegenkolben 26 mit einer Kolbenstange 29 angeordnet ist, sowie ein steuerbarer Antrieb 16a und eine Führung 18a der Kolbenstange 29.
2 zeigt den geschlossenen Zustand der Druckgussmaschine 1, in welchem der Transport der Schmelze 34 und der Gussvorgang erfolgen kann. Die verwendeten Bezugszeichen haben hier und in sämtlichen weiteren Figuren dieselbe Bedeutung wie in 1. In 1 und 2 ist die Metall-Druckgussform 20 entfernt, um die Anordnung der Schmelzetransportvorrichtung 12 sichtbar zu machen, und um zu zeigen, dass die Schmelzetransportvorrichtung 12 einen festen und von der jeweils verwendeten Druckgussform 22 unabhängigen Bestandteil der eigentlichen Druckgussmaschine 1 darstellt. Jede zum Einsatz kommende Druckgussform 22 ist jedoch so konstruiert, dass sie durch Aufspannen ihrer beiden Hälften 21, 22 auf die zugehörigen Aufspannplatten 5, 6 in funktionalen Eingriff mit der Schmelzetransportvorrichtung 12 gelangt. Die beiden Hälften 21, 22 der Druckgussform 20 weisen hierfür durchgehende Bohrungen auf, die den Dimensionen der Schmelzetransportvorrichtung 12 angepasst sind, sowie eine Form und Lage des Anschnitts 24, die einen Übertritt der Schmelze von der Auslassöffnung 37 (s. 4) der Schmelzekammer 13 in die Druckgussform 20 gestatten.
3 zeigt im Schnitt eine Detailansicht der Formschließ- und Gießeinheit 4 im geöffneten Zustand mit eingesetzter Druckgussform 20. Die beiden Hälften 21, 22 der Druckgussform 20 sind über nicht gezeigte Mittel mit der jeweils zugehörigen Aufspannplatte 5, 6 fest verbunden. Die Hälften 21, 22 weisen durchgehende Bohrungen oder Ausnehmungen auf, welche es gestatten, dass die beiden Teile 38 bzw. 39 der Schmelzekammer 13 der Schmelzetransportvorrichtung 12 in die jeweiligen Hälften 21, 22 der Druckgussform 20 hineinragen und bevorzugt an der Formtrennebene mit der jeweiligen Hälfte 21, 22 des Druckgusswerkzeuges 20 abschließen. Die Auslassöffnung 37 der Schmelzekammer 13 und der Anschnitt 24 der Druckgussform 20 sind hierbei in Deckung gebracht. Beide Durchtritte für die Schmelze 34 sind hier auf der Seite der festen Aufspannplatte 5 angeordnet, wie in 4 zu sehen ist, jedoch ist eine Ausbildung der beiden Durchtritte auf der jeweils beweglichen Seite der Schmelzetransportvorrichtung 12 oder eine gemeinsame Ausbildung durch die festen und beweglichen Seiten ebenfalls vom Erfindungsgedanken umfasst. Beide Kolben, der Schusskolben 25 und der Gegenkolben 26, befinden sich in der zurückgezogenen Ausgangsstellung. Die Einfüllöffnung 32 für den Eintrag der Schmelze 34 ist vom Schusskolben 25 freigegeben.
Die 4 zeigt eine weitere Detailansicht der Formschließ- und Gießeinheit 4 in der Befüllungsphase der Schmelzekammer 13. Die bewegliche Aufspannplatte 6 ist durch den zugehörigen Antrieb 10 der Druckgussmaschine 1 in die Schließstellung der Druckgussform 20 verfahren und die beiden Werkzeugaufspannplatten 5, 6 sind über den maschinenimmanenten Verriegelungsmechanismus mit einander verriegelt, wobei die Schließkraft für das Zuhalten der Druckgussform 20 aufgebracht ist. Die beiden Hälften 21, 22 der Druckgussform 20 sind somit in fester und dichter Anlage aneinander gegen jegliche Verschiebung gesichert. Der Gegenkolben 26 ist so weit in Richtung auf den Schusskolben 25 nach vorne verfahren, dass der zwischen den Stirnflächen 27, 28 der beiden Kolben 25, 26 vorhandene Abstand ein Volumen definiert, das größer ist als für den Guss erforderlich. In diesem Zustand wird über eine nicht gezeigte Dosiereinheit Schmelze 34 in die Schmelzekammer 13 eingefüllt. Der Schusskolben 25 befindet sich hierbei in seiner zurückgezogenen Position, in welcher die Einfüllöffnung 32 für die Schmelze 34 freigegeben ist. Die Auslassöffnung 37 für die Schmelze 34 und der Anschnitt 24 der Druckgussform 20, über welchen der Eintritt der Schmelze 34 in die Druckgussform 20 stattfindet, sind auf der schmelze-abgewandten Seite des Gegenkolbens 26 durch den Gegenkolben 26 von der Schmelze getrennt.
In 5 ist die Formschließ- und Gießeinheit 4 unmittelbar vor Beginn der Gießphase in schematischer Darstellung gezeigt. Spätestens jetzt muss die Schließkraft für das Zuhalten der Druckgussform 20 aufgebracht sein. Der Gegenkolben 26 ist so weit zurückgezogen, dass die Auslassöffnung 37 der Schmelzekammer 13 freigegeben ist und die Schmelze 34 über den Anschnitt 24 in den Formhohlraum 23 der Druckgussform 20 eintreten kann. Über der Schmelze 34 ggf. vorhandene Luft tritt vor der Schmelze 34 in den Formhohlraum 23 ein und entweicht aufgrund des sich aufbauenden Drucks durch den vorrückenden Schusskolben 25 über die Formatmung der Druckgussform 20 ins Freie. Der Gegenkolben 26 befindet sich während dieser Phase in Ruhe, was bspw. durch einen Anschlag 35 oder die Arretierung seiner Kolbenstange 29 bewirkt oder unterstützt sein kann.
Der Schusskolben 25 wird durch den zugehörigen Antrieb 16 (s. 1 und 2) weiter in Richtung auf Gegenkolben 26 zu bewegt, wobei seine Vorschubgeschwindigkeit von der Steuereinrichtung 30 der Schmelzetransportvorrichtung 12 vorgegeben wird. Die Vorschubgeschwindigkeit des Schusskolbens 25 kann demnach optimal an den Ablauf des Gießvorgangs angepasst werden und nach dessen Fortschritt unabhängig gesteuert werden. Durch die Vorwärtsbewegung des Schusskolbens 25 wird die Schmelze 34 unter sich ständig erhöhendem Druck in den Formhohlraum 23 der Druckgussform 20 gepresst, bis diese vollständig mit Schmelze 34 gefüllt ist. Danach beginnt die in 6 dargestellte Phase des Nachverdichtens und des Erstarrens des Druckgussteils 40 in der Druckgussform 20.
In der in 6 gezeigten Nachdruck- Phase wird durch den Schusskolben 25 ein hoher Druck auf die erstarrende Schmelze 34 ausgeübt und gehalten. Hierdurch wird durch Nachdrücken von Schmelze 34 in den Formhohlraum 23 der beim Erstarren des Druckgussteils 40 auftretende Schwund kompensiert und die Verfestigung des Druckgussteils 40 unter Druck bewirkt. Beides führt zu einer Verringerung von Poren- und Lunkerbildung sowie zu einer Verringerung von Einfallstellen, was die Qualität des Druckgussteils 40 erhöht.
In 6 ist das Ende der Gießphase gezeigt, in welcher das Druckgussteil 40 unter Druck erstarrt, bevor es nach dem Öffnen der Druckgussform 20 mittels einer Verschiebung des Gegenkolbens 26 oder durch einen eigenen – hier nicht gezeigten – Auswerfer ausgeworfen werden kann. Als ein Auswerfer kann bevorzugt der Gegenkolben 26 verwendet werden, der durch Verschiebung nach vorne das fertig gegossene und erstarrte Druckgussteil 40 mitsamt den im Anschnitt und in der Schmelzekammer vorhandenen Anguss von der Druckgussform löst. Die beiden Hufspannplatten 5, 6 mit den jeweiligen Hälften 21, 22 der Druckgussform 20 befinden sich hierbei in der in 1 und 3 gezeigten geöffneten Position, worauf der nächste Zyklus eines Gießvorgangs beginnen kann.
7 und 8 zeigen ein weiteres Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Schmelzetransportvorrichtung 12 mit einem weitgehend symmetrischen Aufbau. An der festen Aufspannplatte 5 ist ein erster Teil 38 der Schmelzetransportvorrichtung 12 angeordnet, welcher die Schmelzekammer 13, mit der Einfüllöffnung 32 und der Auslassöffnung 37 enthält. An diesem Teil 38 ist auch der Schusskolben 25 mit der Kolbenstange 17 und der hier nicht gezeigte Antrieb 16 montiert. Dieser Bereich entspricht dem entsprechenden Teil 38 des zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiels, wobei die 7 den geöffneten Zustand und 8 den geschlossenen Zustand der Formschließ- und Gießeinheit 4 zeigen.
Der andere, mit der beweglichen Aufspannplatte 6 verbundene Teil 39 der Schmelzetransportvorrichtung 12 weist zur Führung des Gegenkolbens 26 ein Rohr auf, dessen Länge zumindest der gemeinsamen Dicke der beweglichen Aufspannplatte 6 und zugehöriger Hälfte 22 der Druckgussform 20 entspricht. Bevorzugt ist in einer weiteren Ausführungsform für das Rohr die selbe Länge wie für die Schmelzekammer 13 vorzusehen. Die beiden Teile unterscheiden sich insbesondere dadurch, dass in der Schmelzekammer 13 eine Einfüllöffnung 32 für die Schmelze 34 und eine Auslassöffnung 37 zur Druckgussform 20 vorhanden sind. Der Innendurchmesser und die Wandstärke des Rohres 39 entsprechen derjenigen der Schmelzekammer 13, 38, mit welcher das Rohr nach der Montage fluchten sollte.
Für den Gegenkolben 26 ist in den 7 und 8 eine äußere Führung 18a gezeigt, die in gleicher Weise auch für den Schusskolben 25 vorhanden sein kann, wie in den 1 und 2 zu sehen ist. Diese Führungen 18, 18a bilden Teile der jedem Kolben 25, 26 zugeordneten Antriebe 16, 16a. Die beiden Teile 38, 39 der Schmelzetransportvorrichtung 12 sind somit bevorzugt weitgehend symmetrisch, was für die Herstellung und Ersatzteilhaltung günstig ist.
Die Betriebsweise des zweiten Ausführungsbeispiels der Erfindung entspricht im Wesentlichen derjenigen des ersten Ausführungsbeispiels nach den 3 bis 6. Ein Unterschied besteht jedoch darin, dass nach den 7 und 8 kein Anschlag 35 für den Gegenkolben 26 an oder in der beweglichen Aufspannplatte vorhanden ist, gegen den die Rückseite des Gegenkolbens 26 im zurückgezogenen Zustand anliegen kann. Ein solcher Anschlag kann jedoch vom Antrieb 16a dynamisch vorgeben werden, bspw. je nach Dicke der beweglichen Druckgusswerkzeughälfte 22. Dabei muss der Gegenkolben 26 durch den Antrieb 18a so stabil in der in den 7 und 8 gezeigten zurückgezogenen Position gehalten werden können, dass er dem hohen Druck in der Nachdruck-Phase standhält.
Es liegt im Rahmen der Erfindung, dass der Gegenkolben 26 bei dem zweiten Ausführungsbeispiel im Verlauf des Gießens noch hinter die in 7 und 8 gezeigte Position zurückgezogen und in der eigentlichen Gießphase wieder nach vorne in die gezeigte Endposition für die Nachdruck-Phase gebracht werden kann. Dies eröffnet weitere Möglichkeiten der Optimierung der Prozesse beim Gießen.
Bezugszeichenliste

1: Druckgussmaschine
2: Fundament
3: Maschinentisch
4: Formschließ- und Gießeinheit
5: feste Aufspannplatte
6: bewegliche Aufspannplatte
7: Formteilungsebene
8: Säule
9: Platte
10: Antrieb
11: Steuereinheit
12: Schmelzetransportvorrichtung
13: Schmelzekammer
14: Dosiereinheit
15: Kolben
16: Antrieb
16a: Antrieb
17: Kolbenstange
18: Führung
18a: Führung
19: Platte
20: Metall-Druckgussform
21: erste Hälfte der Druckgussform
22: zweite Hälfte der Druckgussform
23: Formhohlraum
24: Anschnitt
25: Schusskolben
26: Gegenkolben
27: Stirnfläche Schusskolben
28: Stirnfläche Gegenkolben
29: Kolbenstange
30: Steuereinrichtung
32: Einfüllöffnung
34: Schmelze
35: Anschlag
36: Wandung
37: Auslassöffnung
38: erster Teil
39: zweiter Teil
40: Druckgussteil

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 4209868 A1 [0002, 0003, 0003, 0004, 0013]
DE 4310755 C2 [0005]
JP 2000-24767 A [0006]

Claims

Zwei-Platten-Metall-Druckgussmaschine (1) mit einem ortsfesten Teil, an dem eine maschinenfeste erste Werkzeugaufspannplatte (5) angeordnet ist, und einem beweglichen Teil, an dem eine an Säulen (8) geführte bewegliche zweite Werkzeugaufspannplatte (6) angeordnet ist, wobei an jeder Werkzeugaufspannplatte (5, 6) eine Hälfte (21, 22) einer wechselbaren Metall-Druckgussform (20) aufnehmbar ist, und mit einer mit beiden Werkzeugaufspannplatten (5, 6) in Verbindung stehenden Metall-Schmelzetransportvorrichtung (12) zur Beschickung der wechselbaren Druckgussform (20) mit metallischer Schmelze (34), wobei die Schmelzetransportvorrichtung (12) aufweist: – eine Schmelzekammer (13), die sich in Schmelzetransportrichtung erstreckt, die in einem Endbereich (31) eine Einfüllöffnung (32) für die metallische Schmelze (34) aufweist und die mit einer Auslassöffnung (37) in einem weiteren Endbereich eine Einlassöffnung der wechselbaren Druckgussform (20) für die metallische Schmelze zumindest teilweise überdeckt, – einen in der Schmelzekammer (13) gleitend geführten ersten Kolben (25), der dem ortsfesten Teil der Druckgussmaschine (1) zugeordnet ist, und – einen in der Schmelzekammer (13) gleitend geführten zweiten Kolben (26), der auf der zum ersten Kolben (25) entgegengesetzten Seite der Schmelzekammer (13) angeordnet und dem beweglichen Teil der Druckgussmaschine (1) zugeordnet ist, wobei – die Stirnflächen (27, 28) der beiden Kolben (25, 26) einander zugewandt angeordnet sind, – der erste Kolben (25) und der zweite Kolben (26) über eine Steuereinrichtung (30) zeitlich gesteuert in der Schmelzekammer (13) unabhängig voneinander verschiebbar sind, und – die Schmelzetransportvorrichtung (12) als Baugruppe der Druckgussmaschine (1) an die jeweilige, wechselbare Druckgussform (20) ankoppelbar ist.
Druckgussmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schmelzetransportrichtung (13) im Wesentlichen horizontal ausgerichtet ist, und die Einfüllöffnung (32) für die Schmelze (34) in die Schmelzekammer (13) und die Auslassöffnung (37) für die Schmelze (34) zur Druckgussform (20) jeweils an der Oberseite der Schmelzekammer (13) liegen.
Druckgussmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schmelzetransportrichtung (12) im Wesentlichen vertikal ausgerichtet ist, wobei die Einfüllöffnung (32) für die Schmelze (34) im oberen Endbereich und die Auslassöffnung (37) der Schmelze (34) zur Druckgussform (20) im unteren Endbereich der Schmelzekammer (13) ausgebildet ist.
Druckgussmaschine nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Schmelzetransportvorrichtung (12) zumindest in Teilbereichen beheizbar und/oder kühlbar ist.
Druckgussmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (30) der Schmelzetransportvorrichtung (12) in die elektronische Steuerung (11) der Druckgussmaschine (1) integriert ist.
Druckgussmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Schmelzetransportvorrichtung (12) mit der Druckgussform (20) kraftschlüssig und/oder formschlüssig gekoppelt ist.
Druckgussmaschine nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindung zwischen der Schmelzetransportvorrichtung (12) und der Druckgussform (20) über komplementäre Formgebung der Kontaktflächen eines zwischen ihnen ausgebildeten Kopplungsbereiches erfolgt.
Druckgussmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass für die Verschiebung der Kolben (25, 26) elektromotorische, hydraulische oder pneumatische Mittel vorhanden sind, die mit der elektronischen Steuerung (11) der Druckgussmaschine (1) wirkverbunden sind.
Druckgussmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Schmelzekammer (13) zweiteilig ausgebildet ist, wobei ein erster Teil (38) mit der festen Aufspannplatte (5) und der andere, zweite Teil (39) mit der beweglichen Aufspannplatte (6) verbunden ist.
Druckgussmaschine nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Teil (38) der Schmelzekammer die Einfüllöffnung (32) und/oder die Auslassöffnung (37) für die Schmelze (34) aufweist.
Metall-Schmelzetransportvorrichtung zum Einbau in eine Zwei-Platten-Metall-Druckgussmaschine, wobei die Schmelzetransportvorrichtung (12) aufweist: – eine Schmelzekammer (13), die sich in Schmelzetransportrichtung erstreckt, die in einem Endbereich (31) eine Einfüllöffnung (32) für die metallische Schmelze (34) und die eine in einem Kopplungsbereich der Schmelzetransportvorrichtung (12) angeordneten Auslassöffnung (37) aufweist, an welchen eine Druckgussform (20) ansetzbar ist, – einen in der Schmelzekammer (13) gleitend geführten ersten Kolben (25), der dem Ortsfesten Teil der Druckgussmaschine (1) zuordbar ist, und einen in der Schmelzekammer (13) gleitend geführten zweiten Kolben (26), der auf der zum ersten Kolben (25) entgegengesetzten Seite der Schmelzekammer (13) angeordnet und dem beweglichen Teil der Druckgussmaschine (1) zuordbar ist, wobei – die Stirnflächen (27, 28) der beiden Kolben (25, 26) einander zugewandt angeordnet sind, und – der erste Kolben (25) und der zweite Kolben (26) in der Längsrichtung der Schmelzekammer (13) unabhängig voneinander gesteuert verschiebbar sind.
Metall-Schmelzetransportvorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Schmelzekammer (13) zweiteilig aufgebaut ist, wobei ein erster Teil (38) eine Einfüllöffnung (32) für die Schmelze (34) aufweist und zumindest der Führung des ersten Kolbens (25) dient und der andere, zweite Teil (39) der zumindest zeitweisen Führung des zweiten Kolbens (26) dient.
Metall-Schmelzetransportvorrichtung nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Schmelzetransportvorrichtung (12) zumindest in Teilbereichen beheizbar und/oder kühlbar ist.
Metall-Schmelzetransportvorrichtung nach Anspruch 11, 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass je ein steuerbarer elektrischer, hydraulischer oder pneumatischer Antrieb für jeden Kolben (25, 26) vorgesehen ist.