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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Metalldruckguss, welche eine Gießkammer mit einer Füllkammer, einen Gießkolben mit zugehöriger Kolbenstange, wobei diese abschnittsweise in die Füllkammer eingreifen, sowie einen Verteilerblock mit zumindest einer Munds1tückdüse und zumindest einem Laufkanal aufweist. Hierbei ist der zumindest eine Laufkanal mit der Füllkammer verbunden und die Gießkammer mit einer Öffnung versehen, durch welche eine Metallschmelze in die Füllkammer einfüllbar ist.
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Weiterhin betrifft die Erfindung eine Anordnung aufweisend eine Vorrichtung zum Metalldruckguss, eine Schalteinrichtung, eine Informationsverarbeitungseinheit, einen Heizregler, zumindest ein jeweils an, in oder im Bereich zumindest eines Heizelementes sowie zumindest einer Mundstückdüse und eines Ofenventils der Vorrichtung angeordnetes Thermoelement, zumindest einen Durchflussregler, eine Kühlmittelquelle sowie eine Inertgasquelle und eine Kühlmittelapplikationseinheit.
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Im Bereich der Automobilherstellung werden zur Herstellung von Teilen des Motors, wie beispielsweise des Kurbelgehäuses, oder auch von Teilen der Fahrzeugkarosserie Metalldruckgussverfahren eingesetzt. Hierbei besteht eine Fahrzeugkarosserie aus Teilen, welche sich über ihre Herstellungsweise hauptsächlich in drei Kategorien einteilen lassen. Die erwähnten Gussteile finden sich dabei vor allem neben Strangpressprofilen und Blechumformteilen wieder.
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An dieser Stelle finden auf dem Gebiet des Metalldruckgusses vor allem zwei Verfahren Anwendung, das Kaltkammer- sowie das Warmkammerdruckgussverfahren.
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Der Warmkammerdruckguss ist hierbei so ausgestaltet, dass die Schmelze in einem Tiegel stets auf Temperatur gehalten wird. Hierbei ist der Gießbehälter, welcher sich in einem Tiegel mit Schmelze befindet, immer in Kontakt mit der Druckgießform, wobei Gießbehälter und Druckgießform über ein Steigrohr miteinander verbunden sind. Im Rahmen des Verfahrens wird mittels eines Gießkolbens die Schmelze aus der Gießkammer in die Gießform gepresst. Der Gießbehälter wird im Anschluss an den Gießvorgang, nach erfolgter Aufwärtsbewegung des Gießkolbens, erneut mit Schmelze gefüllt, wobei diese über Öffnungen im Gießbehälter aus dem Tiegel in die Gießkammer einfließt.
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Beim Kaltkammerverfahren befindet sich im Gegensatz zum Warmkammerverfahren die Gießform nicht ständig in Kontakt mit einem Schmelztiegel. Der Ofen, welcher die Schmelze erzeugt, sowie die Druckgießmaschine sind in diesem Verfahren getrennt ausgeführt. Die für einen jeweiligen Gießvorgang benötigte Schmelze wird beispielsweise über einen Dosierlöffel oder auch eine Gießrinne in die Gießkammer eingebracht und über den Gießkolben in die Druckgießform gepresst.
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Neben Zink sind unter anderem Aluminium und Magnesium bzw. Legierungen dieser Metalle die mittels dieses Druckgussverfahrens häufig verarbeiteten Werkstoffe. Das Warmkammerdruckgussverfahren ist hierbei vor allem für Zink geeignet. Im Falle von Aluminium ist das Warmkammerdruckgussverfahren aufgrund des reaktiven Verhaltens von flüssigem Aluminium ungeeignet. Dies würde unter Umständen zu einem Auflösen des Gießbehälters führen und somit ist hier das Kaltkammerdruckgussverfahren das Fertigungsverfahren der Wahl, da kein Gießbehälter verwendet wird. Beide Verfahren lassen sich jedoch für den Druckguss von Magnesium anwenden.
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Die bei beiden Verfahren notwendigen Überläufe sowie Vakuum-, Lauf- und Anschnittkanäle bedingen jedoch bei der Herstellung eines Gussteiles, z. B. eines dünnwandigen, großflächigen Magnesiumdruckgussteiles, dass der Anteil am gesamten Kreislaufmaterial über 50 %, gar bis zu 250 % des Gussteilmaterials beträgt.
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Neben Metallen werden auch Kunststoffe durch Aufschmelzen und in Formen pressen verarbeitet. Hier ist das Spritzgießen der am weitesten verbreitete Stand der Technik, welcher zur Herstellung von Kunststoffteilen Verwendung findet. Der hierbei in eine Form unter Druck einzuspritzende Kunststoff wird zunächst aufgeschmolzen bzw. plastifiziert und anschließend unter Druck in eine entsprechende Form eingespritzt.
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Durch die
EP 0 113 866 B1 ist beispielsweise eine Einrichtung zum Warmkammerdruckguss von Nichteisenmetallen aufgezeigt, bei welcher mittels eines Gießkolbens Schmelze aus einem Gießbehälter über ein Steigrohr sowie ein beheiztes Mundstück in ein Heißkanalangusssystem geführt wird. Das Heizkanalangusssystem verfügt über mehrere Angusskanäle, wobei die in diesen Angusskanälen vorhandene Schmelze über mehrere Heizpatronen und Heizhülsen in flüssigem Zustand gehalten wird. Die Austrittsdüsen, durch welche das flüssige Metall in den formgebenden Bereich gelangt, sind hierbei von einer Heizhülse umgeben, wobei die fingerartig angeordneten Düsenspitzen nicht beheizt sind und dadurch die Schmelze nach dem Gießvorgang in diesen Düsenspitzen zumindest teilweise erstarrt.
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Die
WO 97/27988 A1 beschreibt hingegen einen Spritzgussprozess, bei welchem eine Kunststoff- oder Metallschmelze über ein Heißkanalsystem sowie eine Einspritzdüse in einen Formhohlraum injiziert wird. Die Einspritzdüse verfügt in ihrem Auslassbereich über ein Kühlsystem, wobei in einen mit Mikroporen versehenen Kühlkörper über Zuleitungen ein Kühlmittel eingeleitet werden kann. Durch die Kühlung im Übergangsbereich von Einspritzdüse zu Formhohlraum wird das geschmolzene Material in diesem Bereich nach dem Einspritzvorgang verfestigt, verschließt dadurch die Einspritzdüse und verhindert ein weiteres Nachfließen von Material in den Formhohlraum. Der dadurch im Übergangsbereich entstandene Materialpropf kann zumindest teilweise durch ein möglichst nah am Formhohlraum platziertes ringförmiges Heizelement aufgeschmolzen werden, um das Auswerfen des Spritzgussteiles aus der Form zu ermöglichen bzw. zu vereinfachen.
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Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, die Vorrichtung der eingangs genannten Art derart auszuführen, dass das Angusssystem und das Kreislaufmaterial minimiert und die Zykluszeit eines Gussvorganges reduziert werden, wobei eine stetige und genaue Beeinflussung der Viskosität einer Metallschmelze sowie deren Aggregatszustand zwischen fest und flüssig ermöglicht wird.
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Diese Aufgabe wird gelöst mit einer Vorrichtung gemäß den Merkmalen des Patentanspruches 1 und einer Anordnung gemäß den Merkmalen des Patentanspruches 10. Die Unteransprüche betreffen besonders zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung.
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Erfindungsgemäß ist also eine Vorrichtung zum Metalldruckguss vorgesehen, welche eine Gießkammer mit einer Füllkammer, einen Gießkolben mit zugehöriger Kolbenstange, wobei diese abschnittsweise in die Füllkammer eingreifen, sowie einen Verteilerblock mit zumindest einer Mundstückdüse und zumindest einem Laufkanal aufweist. Hierbei ist der zumindest eine Laufkanal mit der Füllkammer verbunden und die Gießkammer mit einer Öffnung versehen, durch welche eine Metallschmelze in die Füllkammer einfüllbar ist. Die Gießkammer ist an ihrem Außenumfang zumindest abschnittsweise von mindestens einem Kammerheizelement umfasst, die Mundstückdüse weist zumindest ein Düsenheiz- und/oder Düsenkühlelement auf und der Verteilerblock ist zumindest abschnittsweise von mindestens einem Verteilerheizelement umschlossen. Durch die quasi durchgängige Beheizung bzw. teilweise Kühlung der Komponenten, d. h. der Gießkammer, des Verteilerblockes sowie des Mundstückes und der Vorrichtung zum Metalldruckguss, könnte es möglich sein, eine Metallschmelze, insbesondere eine Nichteisen-Metallschmelze wie z. B. Magnesium oder eine Magnesiumlegierung stets in einem kontrolliert flüssigen Zustand zu halten und bei Notwendigkeit beispielsweise die Viskosität der Metallschmelze zu beeinflussen. Überdies könnte es durch die Verwendung eines Kühlelementes im Bereich des Mundstückes denkbar sein, dass die Metallschmelze hier gezielt erstarrt werden könnte. Über die Öffnung der Gießkammer könnte unter anderem eine Metallschmelze in die Füllkammer der Gießkammer eingebracht werden und mittels des Gießkolbens durch die Füllkammer und über die Mundstückdüse in eine Gießform gepresst werden. Die z. B. aus zwei Formplatten bestehende Gießform mit einem in der Gießform vorhandenen Formholraum könnte über die Mundstückdüse mit der, über die Heiz- und/oder Kühlelemente mit wenigen Kelvin Abweichung von der Solltemperatur, z. B. im Bereich von 540 °C bis 660 °C, temperierten, Metallschmelze in die Gießform eingedrückt und im Bereich der Mundstückdüse gezielt, in wenigen Sekunden, beispielsweise mit einer Heiz- und/oder Kühlleistung von zwei bis sechs Kelvin pro Sekunde, ferner drei Kelvin pro Sekunde erstarrt und das gegossene Teil somit von der Angussstelle getrennt werden. Überdies könnte die erstarrte Metallschmelze erneut verflüssigt und in Ihrer Viskosität so reguliert werden, dass diese beispielsweise einen breiartigen Zustand annimmt und bei Öffnung der Formplatten zum Auswurf des gegossenen Teiles nicht aus der Mundstückdüse austritt. Der Zustand der Metallschmelze könnte unter anderem zwischen Niederviskos, quasi wässrigem Zustand, über hochviskos, quasi breiartigem Zustand zu fest reguliert werden. Überdies könnte zur Minimierung des Wärmeflusses von der Gießkammer in Richtung der Umgebung durch Wärmeleitung, Konvektion und/oder Strahlung die Gießkammer bzw. das zumindest eine Kammerheizelement zumindest abschnittsweise von zumindest einem Isolierelement umfasst sein. Die Anzahl der Isolierelemente könnte sich unter anderem nach der Anzahl der Kammerheizelemente richten. Weiterhin könnte sich der Laufkanal ebenso teilweise in die Gießkammer der Vorrichtung erstrecken.
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In einer besonders vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist in oder an der Öffnung der Gießkammer ein Ofenventil angeordnet, welches die Öffnung der Gießkammer verschließt. Zudem ist über dieses Ofenventil die Metallschmelze in die Füllkammer der Gießkammer unidirektional einfüllbar und die Gießkammer weist weiterhin einen Schmelzekanal auf, welcher das Ofenventil mit der Füllkammer der Gießkammer verbindet. Durch die Verwendung eines Ofenventils könnte besonders vorteilhaft ein getrennt geschlossenes System aus dem die Metallschmelze erzeugenden Ofen und der zugehörigen Gießkammer generiert werden, wobei der Ofen über das Ofenventil und dieses mit einem weiteren Schmelzekanal, welcher wiederum mit der Füllkammer verbunden ist, in Kontakt stehen könnte. Denkbar wäre hier ein Ofenventil, welches eine unidirektionale Strömung vom Ofen in Richtung der Gießkammer ermöglicht, um einen potentiellen Rückfluss der Metallschmelze in den Ofen zumindest nahezu auszuschließen. Das die Metallschmelze verarbeitende Behältnis, hier die Gießkammer, könnte von der die Metallschmelze erzeugenden Einheit, dem Ofen, getrennt werden und es wäre unter anderem nicht notwendig, dass dieses Behältnis innerhalb der Metallschmelze angeordnet wäre.
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Weist weiterhin der zumindest eine Laufkanal eine geringere Querschnittsfläche als die Füllkammer auf und befindet sich eine Mittelachse des Laufkanals unterhalb, oberhalb oder auf selber Höhe mit einer Mittelachse der Füllkammer, so ist dies als äußerst gewinnbringend anzusehen. Hierdurch könnte sich der zumindest eine Laufkanal gegenüber der Füllkammer orthogonal zur Fließrichtung der Metallschmelze und somit der Mittelachsen von Laufkanal und Füllkammer, quasi nach oben versetzt, mittig zu dieser oder nach unten versetzt befinden. Durch die unterschiedliche Anordnung des zumindest einen Laufkanals zur Füllkammer könnten z. B. verschiedene Anschnittpositionen realisiert werden. Bei einer möglicherweise nach unten versetzten Anordnung des zumindest einen Laufkanals könnte der zumindest eine Laufkanal nach einer Erstbefüllung stets mit der Metallschmelze befüllt sein. Bei einer nach oben versetzten Anordnung des zumindest einen Laufkanals könnte eine Metallschmelze nach einem Gießvorgang aus dem zumindest einen Laufkanal in die Füllkammer zurücklaufen. Dies könnte bei einer mittigen Anordnung des zumindest einen Laufkanals gegenüber der Füllkammer ebenfalls gegeben sein, jedoch ist hier die Fertigung der Anordnung möglicherweise in einfacherer Weise zu erreichen.
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Eine eigens viel versprechende Ausführungsform der Erfindung liegt darin, dass sich der zumindest eine Laufkanal im Verteilerblock in zumindest zwei separate Kanalteile verzweigt und in und/oder an dem Verteilerblock zumindest zwei Mundstückdüsen angeordnet sind, die mit den separaten Kanalteilen verbunden sind. Beispielsweise könnte der sich verzweigende Laufkanal einen T-förmigen Verlauf aufweisen. Aufgrund der Teilung könnte besonders vorteilhaft z. B. die in der Füllkammer befindliche und mittels Gießkolben in den Laufkanal gedrückte Metallschmelze aufgeteilt und den zumindest zwei Mundstückdüsen zugeführt werden. Hierdurch könnte es ferner möglich sein, dass mehr als ein Angusspunkt in einer Gießform realisiert wird. Unter Umständen könnten auch mehrere Gießformen gleichzeitig befüllt werden.
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Als insbesondere funktional stellt sich dar, wenn der Verteilerblock und die Gießkammer als zweiteilige Anordnung vorliegen und der Verteilerblock gegenüber der Gießkammer drehbar ausgeführt ist. Der Verteilerblock könnte somit gegenüber der Gießkammer entkoppelt sein und die Füllkammer oder der Teil des zumindest einen Laufkanals, welcher sich in der Gießkammer erstreckt, gegenüber dem Laufkanal oder dem Teil des Laufkanals, welcher sich in dem Verteilerblock erstreckt, mittels einer Dichtung, beispielsweise einer Keramikdichtung, abgedichtet sein. Durch die Möglichkeit der Rotation des Verteilerblockes könnte es beispielsweise erreicht werden, dass verschiedene Angusspunkte in Abhängigkeit einer tauschbaren, spezifischen Gussform in Verbindung mit z. B. einer azentrischen Positionierung einer Mundstückdüse oder mehreren Mundstückdüsen realisiert werden. Denkbar wäre überdies ebenso der Einsatz in Verbindung mit einem Rotationsgießverfahren zur Erzeugung von Gussteilen mit einem Innenhohlraum.
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Zudem kann eine Ausführungsform als eindeutig vorteilhaft betrachtet werden, wenn an der Vorrichtung eine feste Formplatte und eine bewegliche Formplatte, welche Teile eines Werkzeuges bilden, angeordnet sind und zumindest die feste Formplatte mindestens eine Ausnehmung aufweist, in welcher bzw. welchen Informations- und/oder Energie- und/oder Stoffleitungen und weiterhin Stabilisierungsstücke anordenbar sind und diese Stabilisierungsstücke mit einer Rückseite der festen Formplatte flächenbündig abschließen. Dies könnte zum Vorteil haben, dass an den im Bereich des Werkzeuges befindlichen Komponenten der Vorrichtung, beispielsweise der Mundstückdüse bzw. des Verteilerblockes, möglicherweise zusätzliche Thermosensoren angebracht und diese über Informations-, Energie- und/oder Stoffleitungen angekoppelt werden, wobei diese in den Ausnehmungen des Werkzeuges angeordnet sein könnten. Dies wäre ebenso für Informations-, Energie- und/oder Stoffleitungen für das Düsenheiz- und/oder Düsenkühlelement sowie das Verteilerheizelement denkbar. Um eine möglichst ebene Rückfläche der festen Formpatte, beispielsweise zur Befestigung an einer Aufspannplatte, zu ermöglichen, könnten in den Ausnehmungen Stabilisierungsstücke eingebracht sein. Die Ausnehmungen könnten unter anderem als Ausfräsungen ausgeprägt sein.
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In einer darüber hinaus besonders erfolgverheißenden Weiterbildung ist zwischen dem Verteilerblock und dem Werkzeug zumindest ein Federelement angeordnet, wodurch sich das Werkzeug gegenüber der Vorrichtung verschiebt und ein Luftpolster zur thermischen Isolierung zwischen Werkzeug und Verteilerblock entsteht. Hierdurch könnte das Werkzeug nicht in direktem Kontakt mit der Vorrichtung stehen und somit beispielsweise ein Wärmefluss von der Vorrichtung in das Werkzeug aufgrund von Wärmeleitung minimiert werden. Ein denkbarer Versatz zwischen Werkzeug, d. h. unter anderem den Formplatten, und dem Verteilerblock könnte im Bereich von 0,2 Millimeter bis 1,0 Millimeter, insbesondere 0,5 Millimeter, liegen.
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Weist der Gießkolben stirnseitig zumindest eine Öffnung sowie am Umfang zumindest eine Ausnehmung auf, in welcher bzw. in welchen zumindest ein Spreizring angeordnet ist bzw. sind und die zumindest eine stirnseitige Öffnung des Gießkolbens ist bzw. sind über Druckkanäle mit der zumindest einen Ausnehmung verbunden, dann stellt sich dies als äußert funktional dar, da die Metallschmelze durch die Bewegung des Gießkolbens in der Füllkammer in Richtung des Laufkanals, durch die Druckkanäle strömt und Druck auf die Spreizringe ausübt, sich hierdurch die Spreizringe in radialer Richtung aufspreizen und gegen die Wand der Füllkammer gedrückt werden. Hierdurch könnte in ausdrücklich gewinnbringender Form eine Abdichtung des hinter dem Gießkolben befindlichen Teiles der Füllkammer gegenüber der Metallschmelze erfolgen. Es bestünde hierbei die Möglichkeit, dass der zumindest eine Spreizring und/oder der Gießkolben aus einer Cobalt-Legierung, beispielsweise Stellite, welche Anteile von Chrom, Wolfram, Nickel, Molybdän und/oder Kohlenstoff enthalten könnte, gefertigt ist bzw. sind, um z. B eine hohe Beständigkeit gegen Verschleiß wie Korrosion oder Abrasion bei hohen Einsatztemperaturen zu gewährleisten. Die Spreizringe könnten ebenso auf einem Konus des Kolbens angeordnet sein.
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Überdies kann man eine Weiterbildung als überaus zweckmäßig ansehen, bei der die am Gießkolben angeordnete Gießkolbenstange über ein Koppelelement mit einem Antriebsstrang eines Gießantriebes verbunden und über dieses Koppelelement zumindest teilweise gegenüber dem Antriebsstrang thermisch isoliert ist. Hierdurch könnte man unter Umständen bewirken, dass der Gießkolben sowie die an dem Gießkolben angeordnete Gießkolbenstange gegenüber dem Antriebsstrang des Gießantriebes thermisch entkoppelt, d. h. der Wärmefluss zwischen Gießkolbenstange und Antriebstrang, z. B. aufgrund von Wärmeleitung, weitgehend minimiert wird. Hierzu könnten in dem Koppelelement z. B. Isolationselemente aus thermisch isolierenden Materialien wie Keramiken mit einer geringen Wärmeleitfähigkeit eingesetzt werden oder das Koppelelement aus einem solchen Material bestehen. Aufgrund der thermischen Entkopplung über das Koppelelement könnte eine Abkühlung des Gießkolbens minimiert und somit mögliche Anhaftungen erstarrter Metallschmelze an dem Gießkolben weitgehend verhindert werden.
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Erfindungsgemäß ist weiterhin eine Anordnung vorgesehen, aufweisend eine erfindungsgemäße Vorrichtung, eine Schalteinrichtung, eine Informationsverarbeitungseinheit, einen Heizregler, zumindest ein jeweils an, in oder im Bereich des zumindest einen Heizelementes sowie der zumindest einen Mundstückdüse und des Ofenventils der Vorrichtung angeordnetes Thermoelement, zumindest einen Durchflussregler, eine Kühlmittelquelle sowie eine Inertgasquelle und eine Kühlmittelapplikationseinheit, wobei bei dieser Anordnung die Kühlmittelquelle mit der Kühlmittelapplikationseinheit und diese mit der zumindest einen Mundstückdüse sowie dem Ofenventil der Vorrichtung, die Inertgasquelle mit dem Durchflussregler und dieser mit der Gießkammer jeweils über eine Stoffleitung das zumindest eine Heizelement über zumindest eine Energieleitung und die Thermoelemente jeweils über Informationsleitungen, der Heizregler sowie die Kühlmittelapplikationseinheit mit der Schalteinheit und der Heizregler sowie der Durchflussregler mit der Informationsverarbeitungseinheit über jeweils Steuerleitungen miteinander verbunden sind. Der Heizregler könnte zur Steuerung der in der Vorrichtung vorhanden Heizelemente dienen, wobei dieser Informationen mit der Informationsverarbeitungseinheit austauschen könnte. Hierbei könnte die Informationsverarbeitungseinheit z. B. als Personal Computer ausgeprägt sein, welcher unter anderem die Visualisierung von Daten und/oder auch Steuer- oder Regelaufgaben übernehmen könnte. Der Heizregler könnte die über die Informationsleitungen übertragenen Daten der Thermoelemente auswerten und über einen Soll-Ist-Vergleich eine gewünschte Temperatur, wie z. B. von 540 °C bis 660 °C, in den jeweiligen Bereichen der entsprechenden Heizelemente, wie Düsenheiz- und/oder Düsenkühlelement, Verteilerheizelement und/oder Kammerheizelement regulieren, wobei der Heizregler über die Schalteinheit mit den Thermoelementen verbunden sein könnte. Die entsprechenden Heizelemente könnten ebenfalls direkt mit der Schalteinheit verbunden sein und über diese die notwendige Energie zum Erreichen einer gewünschten Heizleistung und somit Temperatur beziehen. Zudem könnte mittels der Kühlmittelapplikationseinheit ein Kühlmittel über das Düsenheiz- und/oder Düsenkühlelement an der Mundstückdüse sowie direkt am Ofenventil appliziert werden, wobei die Kühlmittelapplikationseinheit wiederum über die Schalteinheit mit dem Heizregler verbunden sein könnte. Diese Kühlmittelapplikationseinheit könnte unter anderem als Kohlenstoffdioxid-Impuls-Gerät ausgeprägt sein. Überdies könnte die Gießkammer der Vorrichtung mit einem vorgegebenen Volumenstrom an Inertgas, geregelt durch den Durchflussregler, geflutet werden, um unerwünschte Reaktionen mit Luftbestandteilen wie Sauerstoff zu vermeiden. Als in der Kühlmittelquelle vorhandenes Kühlmittel könnte hierbei Kohlenstoffdioxid eingesetzt werden, als Inertgas in der Inertgasquelle wäre beispielsweise Argon, Stickstoffdioxid oder ebenso Kohlenstoffdioxid denkbar.
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Die Erfindung lässt zahlreiche Ausführungsformen zu. Zur weiteren Verdeutlichung ihres Grundprinzips ist eine davon in der Zeichnung dargestellt und wird nachfolgend beschrieben. Diese zeigt in
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1 eine Darstellung einer Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung;
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2a, 2b, 2c Weiterbildungen der Vorrichtung mit verschiedenen Anschnittpositionen;
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3 eine Weiterbildung der Vorrichtung mit gegenüber der Gießkammer drehbarem Verteilerblock;
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4 einen sich in zwei Kanalteile verzweigenden Laufkanal;
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5 ein an der Vorrichtung anordenbares Werkzeug;
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6 die Verschiebung des Werkzeuges gegenüber der Vorrichtung;
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7 ein über ein Koppelelement an einen Gießantrieb angebundenen Gießkolben;
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8 eine Weiterbildung der erfindungsgemäßen Anordnung;
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9a, 9b, 9c Darstellungen einer Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit unterschiedlichen Gießkolbenpositionen.
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1 zeigt eine Vorrichtung 1 zum Metalldruckguss, welche eine Gießkammer 2 mit einer Füllkammer 3, einem Gießkolben 4 mit zugehöriger Kolbenstange 5, wobei diese abschnittsweise in die Füllkammer 3 eingreifen, sowie einen Verteilerblock 6 mit zwei Mundstückdüsen 7 und einem Laufkanal 8 aufweist. Der Laufkanal 8 ist mit der Füllkammer 3 verbunden und die Gießkammer 2 ist mit einer Öffnung 9 versehen, in welcher ein Ofenventil 15 angeordnet ist, welches diese Öffnung 9 der Gießkammer 2 verschließt. Über dieses Ofenventil 15 ist eine Metallschmelze in die Füllkammer 3 der Gießkammer 2 unidirektional einfüllbar. Weiterhin weist die Gießkammer 2 einen Schmelzekanal 16 auf, welcher das Ofenventil 15 mit der Füllkammer 3 der Gießkammer 2 verbindet. Überdies ist die Gießkammer 2 an ihrem Außenumfang 10 von sieben Kammerheizelementen 11 sowie sieben Isolierelementen 12 umfasst. Die Mundstückdüsen 7 weisen ein Düsenheiz- und/oder Düsenkühlelement 13 auf und der Verteilerblock 6 ist von zwei Verteilerheizelementen 14 umschlossen. Zudem weist der Laufkanal 8 eine geringere Querschnittsfläche als die Füllkammer 3 auf und die Mittelachse 17 des Laufkanals 8 befindet sich unterhalb der Mittelachse 18 der Füllkammer 3.
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Die 2a, 2b und 2c zeigen einen Teil der Vorrichtung 1, wobei der Laufkanal 8 eine geringere Querschnittsfläche als die Füllkammer 3 aufweist. Hierbei befindet sich in 2a die Mittelachse 17 des Laufkanals 8 unterhalb, in 2b oberhalb und in 2c auf selber Höhe mit der Mittelachse 18 der Füllkammer 3. Weiterhin zeigen die Figuren die Öffnung 9 der Gießkammer 2, in die ein Ofenventil 15, welches in 1 dargestellt ist, anordenbar ist. Die Gießkammer 2 weist zudem einen Schmelzekanal 16 auf, welcher mit der Füllkammer 3 der Gießkammer 2 verbunden ist.
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In 3 ist eine Weiterbildung der Vorrichtung 1 dargestellt, bei welcher der Verteilerblock 6 und die Gießkammer 2 als zweiteilige Anordnung vorliegen und der Verteilerblock 6 gegenüber der Gießkammer 2 drehbar ausgeführt ist. Der Verteilerblock 6 ist dabei in zwei sich unterscheidenden Winkelpositionen WP1, WP2 dargestellt, welche einen Relativwinkel α einschließen.
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4 zeigt die mit dem Laufkanal 8 verbundene Füllkammer 3 der Gießkammer 2, wobei sich der Laufkanal 8 im Verteilerblock 6 in zwei separate Kanalteile 19 verzweigt. Der Verteilerblock 6 verfügt über zwei Mundstückdüsen 7, wobei diese mit den separaten Kanalteilen 19 verbunden sind. An dem Verteilerblock 6 sowie den Mundstückdüsen 7 sind überdies zwei Verteilerheizelemente 14 sowie jeweils ein Düsenheiz- und/oder Düsenkühlelement 13 angeordnet. Der Laufkanal 8 und die Füllkammer 3 weisen wiederum unterschiedliche Querschnittsflächen auf.
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5 zeigt ein an der Vorrichtung 1, dargestellt in 1, angeordnetes Werkzeug 23, wobei dieses Werkzeug 23 unter anderem durch eine feste Formplatte 21 und eine bewegliche Formplatte 22 gebildet ist. Die feste Formplatte 21 weist dabei mehrere Ausnehmungen 24 auf, in welchen Informationsleitungen 25 und/oder Energieleitungen 26 und/oder Stoffleitungen 27, dargestellt in 8, anordenbar sind. Weiterhin ist in einer der Ausnehmungen 24 ein Stabilisierungsstück 28 angeordnet, welches mit der Rückseite 29 der festen Formplatte 21 flächenbündig abschließt. Das Werkzeug 23 umschließt hier zumindest teilweise den Verteilerblock 6, welcher in einer weiteren Ausnehmung 47 des Werkzeuges 23 angeordnet ist.
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In 6 ist die Anordnung von Federelementen 30 zwischen dem Verteilerblock 6 und dem Werkzeug 23 dargestellt. Hierdurch wird das Werkzeug 23 gegenüber der Vorrichtung 1, dargestellt in 1, verschoben und es entsteht ein Luftpolster 48 zur thermischen Isolierung zwischen Werkzeug 23 und Vorrichtung 1.
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7 zeigt einen in die Füllkammer 3 der Gießkammer 2 eingreifenden Gießkolben 4, wobei über eine Zufuhr 46 ein Inertgas 44 in die Füllkammer eingeleitet wird. Dieser Gießkolben 4 weist stirnseitig zwei Öffnungen 31 sowie am Umfang 32 eine Ausnehmung 33 auf, in welcher ein Spreizring 34 angeordnet ist. Die stirnseitigen Öffnungen 31 des Gießkolbens 4 sind weiterhin über Druckkanäle 35 mit der Ausnehmung 33 verbunden. Überdies ist die am Gießkolben 4 angeordnete Kolbenstange 5 über ein Koppelelement 36 mit dem Antriebsstrang 37 eines Gießantriebes 38 verbunden. Das Koppelelement 36 dient hierbei der zumindest teilweisen thermischen Isolierung gegenüber dem Antriebsstrang 37 des Gießantriebes 38.
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In 8 ist eine Anordnung dargestellt, welche eine Vorrichtung 1, eine Schalteinrichtung 39, eine Informationsverarbeitungseinheit 40, einen Heizregler 41, mehrere im Bereich der Kammerheizelemente 11 sowie der zwei Mundstückdüsen 7 und des Ofenventils 15 der Vorrichtung 1 angeordnete Thermoelemente 49, einen Durchflussregler 42, eine Kühlmittelquelle 43 sowie eine Inertgasquelle 44 und eine Kühlmittelapplikationseinheit 45 aufweist. Die Kühlmittelquelle 43 ist dabei mit der Kühlmittelapplikationseinheit 45 und diese mit den zwei Mundstückdüsen 7 sowie dem Ofenventil 15 der Vorrichtung 1, die Inertgasquelle 44 mit dem Durchflussregler 42 und dieser mit der Gießkammer 2 jeweils über eine Stoffleitung 27, die Kammerheizelemente 11 über eine Energieleitung 26 und die Thermoelemente 49 jeweils über eine Informationsleitung 25, der Heizregler 41 sowie die Kühlmittelapplikationseinheit 45 mit der Schalteinrichtung 39 und der Heizregler 41 sowie der Durchflussregler 42 mit der Informationsverarbeitungseinheit 40 jeweils über eine Steuerleitung 20 miteinander verbunden.
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Die 9a, 9b, 9c und 9d zeigen eine Weiterbildung der Vorrichtung 1, wobei die Gießkammer 2 eine Öffnung 9 aufweist. In 9a ist das Einbringen einer Metallschmelze in die Füllkammer 3 der Gießkammer 2 über die Öffnung 9 dargestellt. Die Mundstückdüse 7 ist hierbei über einen erstarrten Teil 50 der Metallschmelze verschlossen. 9b zeigt die Vorrichtung 1 nach Befüllung der Füllkammer 3 mit der Metallschmelze, was zu einem anfänglichen Füllstand F führt. Der Gießkolben 4 befindet sich in einer Position P1. Wie 9c weiterhin darlegt, ist der Gießkolben 4 innerhalb der Füllkammer 3 in eine Position P2 bewegt, welche sich näher an der Mundstückdüse 7 befindet als die Position P1 des Gießkolbens 4. Hierdurch ist der Füllstand F der Metallschmelze in der Füllkammer 3 gestiegen. In den 9b sowie 9c ist die Mundstückdüse 7 weiterhin durch einen erstarrten Teil 50 der Metallschmelze verschlossen. 9d zeigt den Gießkolben 4 in einer Position P3, welche sich wiederum näher an der Mundstückdüse 7 befindet, als die Position P2. Der Füllstand F der Metallschmelze ist weiter gestiegen, wobei die Metallschmelze bereits nahezu das gesamte Volumen der Füllkammer 3 vor dem Gießkolben 4 ausfüllt. Die Mundstückdüse 7 ist durch ein Aufschmelzen des erstarrten Teiles 50 der Metallschmelze mittels des Düsenheiz- und/oder Düsenkühlelementes 13 geöffnet, wodurch die Metallschmelze aus der Mundstückdüse 7 austreten kann.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Vorrichtung
- 2
- Gießkammer
- 3
- Füllkammer
- 4
- Gießkolben
- 5
- Kolbenstange
- 6
- Verteilerblock
- 7
- Mundstückdüse
- 8
- Laufkanal
- 9
- Öffnung
- 10
- Außenumfang
- 11
- Kammerheizelement
- 12
- Isolierelement
- 13
- Düsenheiz- und/oder Düsenkühlelement
- 14
- Verteilerheizelement
- 15
- Ofenventil
- 16
- Schmelzekanal
- 17, 18
- Mittelachse
- 19
- Kanalteil
- 20
- Steuerleitung
- 21
- Feste Formplatte
- 22
- Bewegliche Formplatte
- 23
- Werkzeug
- 24
- Ausnehmung
- 25
- Informationsleitung
- 26
- Energieleitung
- 27
- Stoffleitung
- 28
- Stabilisierungsstück
- 29
- Rückseite
- 30
- Federelement
- 31
- Öffnung
- 32
- Umfang
- 33
- Ausnehmung
- 34
- Spreizring
- 35
- Druckkanal
- 36
- Koppelelement
- 37
- Antriebsstrang
- 38
- Gießantrieb
- 39
- Schalteinrichtung
- 40
- Informationsverarbeitungseinheit
- 41
- Heizregler
- 42
- Durchflussregler
- 43
- Kühlmittelquelle
- 44
- Inertgasquelle
- 45
- Kühlmittelapplikationseinheit
- 46
- Zufuhr
- 47
- Ausnehmung
- 48
- Luftpolster
- 49
- Thermoelement
- 50
- Erstarrter Teil der Metallschmelze
- α
- Relativwinkel
- F
- Füllstand
- P1, P2, P3
- Position
- WP1, WP2
- Winkelposition
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- EP 0113866 B1 [0010]
- WO 97/27988 A1 [0011]
