DE19542236C2 - Verfahren zum Herstellen eines Druckguß-Verteilers mit einem ein Winkelstück enthaltenden Schmelzedurchlaß - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines beheizten Druckguß-Schmelzevertei­ lers mit einem durch diesen Verteiler verlaufenden Schmelzedurchlaß, der mehrere Winkelstücke enthält.

Die Herstellung von Mehrfachhohlraum-Druckguß­ systemen, die einen Stahl-Schmelzeverteiler, in dem der Schmelzedurchlaß an mehrere Auslässe aufgezweigt ist und der ein einteilig ausgebildetes elektrisches Heizele­ ment besitzt, ist im Stand der Technik wohlbekannt. Bei diesen Verteilern besitzt der Schmelzedurchlaß wenig­ stens einen quer verlaufenden Abschnitt, der an ein Paar von Winkelstücken aufgezweigt ist, die zu Auslaßboh­ rungen führen, die sich zur vorderen Fläche des Vertei­ lers erstrecken. Bisher sind solche Verteiler mit mit Win­ kelstücken versehenen Schmelzedurchlässen durch kreuzweises Ausbilden von Bohrungen und jeweils ein­ seitiges Verstopfen der Bohrungen oder durch Ausbil­ den von geeigneten, einander entsprechenden Rillen in zwei Platten und Verlöten dieser zwei Platten herge­ stellt worden. Diese beiden Verfahren sind aus dem Pa­ tent US 4,648,546, erteilt am 10. März 1987 an Gellert, bekannt. Außerdem ist bekannt, jedes Winkelstück in einem Stopfen vorzuformen und dann gleichzeitig das Heizelement in einem Kanal und den Stopfen in einer Bohrung, die sich von einem Ende des Verteilers er­ streckt, zu verlöten. Dies ist aus dem Patent US 4,609,138, erteilt am 2. September 1986 an Harrison, bekannt. Außerdem ist aus der EP 0 523 549 A2, Gellert u. a., veröffentlicht am 20. Januar 1993, bekannt, Schmelzdurchlaß-Winkelstücke in Einsätzen oder Stop­ fen vorzuformen, die entnehmbar in Öffnungen sitzen, die sich von der vorderen Fläche eines Verteilers er­ strecken.

Obwohl die mit diesen herkömmlichen Verfahren hergestellten Verteiler für viele Anwendungen zufrie­ denstellend sind, besitzen sie den Nachteil, daß ihre Her­ stellung sehr zeitaufwendig und daher teuer ist.

Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, diese Nachteile des Standes der Technik wenigstens teilweise zu beseitigen und ein Verfahren zum Herstel­ len eines Druckguß-Verteilers zu schaffen, in dem eine große Menge an Lötmaterial bereitgestellt wird, um vorgeformte Stopfen zu einteiligen Bestandteilen des Verteilers zu verbinden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren zum Herstellen eines Druckguß-Vertei­ lers, das die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale besitzt. Die abhängigen Ansprüche sind auf bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung gerich­ tet.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung wer­ den deutlich beim Lesen der folgenden Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform, die auf die beige­ fügten Zeichnungen Bezug nimmt; es zeigen:

Fig. 1 eine Schnittansicht eines Abschnitts eines Mehrfachhohlraum-Druckgußsystems mit einem Schmelzeverteiler gemäß einer bevorzugten Ausfüh­ rungsform der Erfindung;

Fig. 2 eine aufgeschnittene perspektivische Ansicht eines vorgeformten Stopfens, der sich in einer Position befindet, in die er in eine Bohrung im Verteiler einge­ schoben werden kann;

Fig. 3 eine Ansicht ähnlich derjenigen von Fig. 2, in der der Stopfen in der Bohrung sitzt, woraufhin dessen Drehung erfolgt;

Fig. 4 eine Ansicht, die erläutert, wie der Stopfen un­ ter Verwendung eines Winkels genau ausgerichtet wird;

Fig. 5 einen Verteiler in einer Position, in der er zum Verlöten in einen Vakuumofen eingeschoben werden kann; und

Fig. 6 eine aufgeschnittene, perspektivische Ansicht eines Abschnitts eines fertiggestellten Verteilers.

In Fig. 1 ist gezeigt wie ein Schmelzeverteiler 10 ge­ mäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung normal erweise in einer Gießform 12 angebracht ist, um eine Anzahl von beabstandeten Düsen 14 miteinander zu verbinden, um ein Mehrfachhohlraum-Drucksystem zu schaffen. Obwohl die Gießform 12 in Abhängigkeit von der Konfiguration eine größere Anzahl von Platten umfaßt, sind in diesem Fall nur eine Hohlraumplatte 16 und eine Gegendruckplatte 18 gezeigt, die mittels Bol­ zen 20 aneinander befestigt sind, um die Zeichnung nicht zu überladen. Die Gießform 12 wird durch Pumpen von Kühlwasser durch Kühlleitungen 22 in der Hohlraum­ platte 16 und in der Gegendruckplatte 18 gekühlt.

Durch einen Schmelzedurchlaß 24 wird von einem zentralen Einlaß 26 in einen zylindrischen Einlaßab­ schnitt 28 des Verteilers 10 druckbeaufschlagte Kunst­ stoffschmelze befördert. Der Schmelzedurchlaß 24 zweigt im Verteiler 10 auf und verläuft durch ein Win­ kelstück 30 und durch eine zentrale Bohrung 32 in jeder Düse 14 zu einem entsprechenden Anguß 34, der in einen der Hohlräume 36 führt. Jede Düse 14 ist auf die vordere Fläche 38 des Verteilers 10 durch Schrauben 40, welche sich durch den Verteiler 10 in die Düse 14 er­ strecken, geeignet ausgerichtet. Der Verteiler 10 wird durch ein elektrisches Heizelement 42 geheizt, das in einem Kanal 44 einteilig verlötet ist, der sich entlang der vorderen Fläche 38 des Verteilers 10 in einer vorgege­ benen Konfiguration erstreckt. Der Verteiler 10 ist zwi­ schen der Hohlraumplatte 16 und der Gegendruckplatte 18 durch einen zentralen Positionierring 46 sowie durch isolierende und elastische Abstandhalter-Elemente 48 befestigt. Dadurch wird ein isolierender Luftzwischen­ raum 50 zwischen dem Verteiler 10 und der umgeben­ den Gießform 12 geschaffen.

Jede langgestreckte Düse 14 enthält ebenfalls ein elektrisches Heizelement 52. Dieses elektrische Heiz­ element 52 ist in einen elektrisch leitenden Aluminium- oder Kupferlegierungsabschnitt 54 gegossen, der sich um einen hohlen Stahlkern 56 erstreckt. Jede Düse 14 besitzt einen äußeren Kranz 58 mit einem isolierenden Flanschabschnitt 60, der auf einem kreisförmigen Sitz 62 aufruht der sich um eine Öffnung in der Hohlraumplatte 16 erstreckt. Dadurch wird auf ähnliche Weise ein isolie­ render Luftzwischenraum 64 zwischen der beheizten Düse 14 und der umgebenden, gekühlten Hohlraumplat­ te 16 geschaffen. Obwohl sich in diesem Fall der Schmel­ zedurchlaß 24 mittig durch eine zweiteilige Düsendich­ tung 66 erstreckt die in einen mit Gewinde versehenen Sitz 68 im vorderen Ende 70 der Düse geschraubt ist, können in anderen Anwendungen viele verschiedene Angußkonfigurationen verwendet werden. Wie ersicht­ lich ist, erstreckt sich jeder der verschiedenen Zweige 72 des Schmelzedurchlasses 24 im Verteiler 10 durch einen quer verlaufenden Abschnitt 74 nach außen, dann durch das Winkelstück 30 und anschließend nach vorn durch eine Auslaßbohrung 76 zur vorderen Fläche 38, wobei die Auslaßbohrung 76 auf die durch die Düse 14 verlau­ fende zentrale Schmelzebohrung 32 ausgerichtet ist.

Nun wird mit Bezug auf die Fig. 2 bis 5 das Verfahren zum Herstellen des Verteilers 10 mit diesem Schmelze­ durchlaß 24 gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben. Es wird darauf hingewiesen, daß in den Fig. 2 bis 5 der Verteiler 10 in umgedrehter Stellung dargestellt ist, so daß seine vordere Fläche 38 nach oben und seine hintere Fläche 78 nach unten weist. Wie zunächst in Fig. 2 gezeigt, wird der Verteiler 10 aus einem geeigneten Material wie et­ wa Werkzeugstahl H13 mit einer zylindrischen Bohrung 80 ausgebildet, die sich von jedem Ende 82 des Vertei­ lers 10 nach innen erstreckt und auf den quer verlaufen­ den Abschnitt 74 des Schmelzedurchlasses 24 ausgerich­ tet ist. Die zylindrische Bohrung 80 besitzt einen größe­ ren Durchmesser als der Schmelzedurchlaß 24, um eine kreisförmige Schulter 84 zu bilden, an der sie aufeinan­ dertreffen. In der vorderen Fläche 38 des Verteilers ist der Heizelementkanal 44 mit vorgegebener Konfigura­ tion ausgebildet. Das elektrische Heizelement 42 wird in den Kanal 44 eingesetzt, woraufhin ein oder mehrere zylindrische Befüllungsrohre 86 an der vorderen Fläche 38 des Verteilers 10 in Ausrichtung auf den Kanal 44 punktverschweißt werden.

Aus einem geeigneten Material wie etwa Werkzeug­ stahl H13 werden mehrere Stopfen 88 vorgeformt. Je­ der Stopfen 88 besitzt eine zylindrische äußere Oberflä­ che 90, die sich von einem inneren Ende 92 zu einem äußeren Ende 94 erstreckt, so daß der Stopfen 88 in die zylindrische Bohrung 80 im Ende 82 des Verteilers 10 paßt. Die Stopfen 88 werden so bearbeitet oder gegos­ sen, daß ein Winkelstück 30 ausgebildet wird, das sich durch den Stopfen von einem Einlaß 96 am inneren Ende 92 zu einem Auslaß 98 in der äußeren Oberfläche 90 erstreckt. Jeder Stopfen 88 ist an seinem äußeren Ende 94 mit einer Werkzeugeingrifföffnung 100 verse­ hen. Obwohl die Werkzeugeingrifföffnung als Schlitz 100 dargestellt ist, kann sie in anderen Ausführungsfor­ men andere Formen besitzen. Jeder Stopfen 88 ist mit einem Lötpulverbehälter oder -loch 102 mit vorgegebe­ ner Größe in seiner äußeren Oberfläche 90 versehen. In dieser Ausführungsform ist das Lötpulverloch 102 von der äußeren Oberfläche 90 radial nach innen gebohrt, in anderen Ausführungsformen kann es jedoch andere ge­ eignete Formen wie etwa eine Schlitzform besitzen. Im vorliegenden Fall befindet sich das Lötpulverloch 102 im wesentlichen mittig zwischen den Enden 92, 94 des Stopfens 88, wobei sich seine Mündung 104 gegenüber dem Auslaß 88 des Winkelstücks 30 befindet.

Wie in Fig. 2 gezeigt, wird der Stopfen 88 mit nach oben gerichteter Mündung 104 des Lötpulverlochs 102 orientiert, woraufhin eine vorgegebene Menge von Löt­ material 106 in das Lötpulverloch 102 geschüttet wird. Das Lötmaterial 106 wird außerdem auf das Heizele­ ment 42 im Kanal 44 im Verteiler 10 und in die Befül­ lungsrohre 86 geschüttet. In dieser Ausführungsform ist das Lötmaterial 106 ein Nickellegierungs-Pulver, in an­ deren Ausführungsformen können jedoch andere geeig­ nete wärmeleitende Materialien verwendet werden, fer­ ner kann statt des Pulvers eine Paste verwendet werden. Wenn das Lötmaterial 106 in das Lötpulverloch 102 geschüttet worden ist, wird der Stopfen in die entspre­ chende zylindrische Bohrung 80 im Ende 82 des Vertei­ lers 10 eingeschoben, wobei sein inneres Ende 92 gegen die kreisförmige Schulter 84 anschlägt. Anschließend wird ein geeignetes Werkzeug 108 dazu verwendet, den Stopfen 88 in eine vorgegebene Position in der Bohrung 80 zu drehen, in der die Mündung 104 des Lötpulver­ lochs 102 nach unten gerichtet ist. Es ist wesentlich, daß das Winkelstück 30 im Stopfen 88 auf den restlichen Schmelzedurchlaß 24 ausgerichtet ist. Obwohl sich so­ mit der in das Winkelstück 30 führende Einlaß 96 mittig im Stopfen 88 befindet, um auf den quer verlaufenden Abschnitt 74 des Schmelzedurchlasses 24 ausgerichtet zu werden, müssen die Länge des Winkelstücks 30 im Stopfen 88 und die Position, in die es gedreht werden muß, genau bestimmt werden, um auch die korrekte Ausrichtung auf den Auslaß 98 des Winkelstücks 30 sicherzustellen. In dieser Ausführungsform besitzt das Werkzeug 108 ein Blatt 110, das in den Schlitz 100 im äußeren Ende 94 des Stopfens 88 paßt, sowie einen fla­ chen Handgriff 112, der die genaue Bestimmung der Position des Werkzeugs 108 und somit des Winkelstücks 30 erleichtert indem ein Winkel 114 oder eine andere Vorrichtung verwendet wird, wie in Fig. 4 gezeigt ist. Selbstverständlich können andere geeignete Werkzeu­ ge und Anordnungen verwendet werden, um jeden Stopfen 88 in die korrekte Position zu drehen. Der Ver­ teiler 10, der sich in der gezeigten aufrechten Position befindet wird anschließend in einen Vakuumofen 116 eingeschoben und in Übereinstimmung mit einem kon­ trollierten Zyklus auf eine Temperatur von 1066°C er­ hitzt, die über dem Schmelzpunkt des Nickellegierungs- Lötpulvers 106 liegt. Während der Ofen 116 allmählich erhitzt wird, wird er auf ein relativ hohes Vakuum eva­ kuiert, um im wesentlichen den gesamten Sauerstoff zu beseitigen. Anschließend wird der Unterdruck durch teilweises Wiederbefüllen des Ofens 116 mit einem Inertgas wie etwa Argon oder Stickstoff verringert, um eine Zerstäubung zu vermeiden. Dadurch wird das Löt­ pulver 106 geschmolzen, welches nach unten aus der offenen Mündung 104 des Lötpulverlochs 102 und an­ schließend durch die Kapillarwirkung in den Raum zwi­ schen der äußeren Oberfläche 90 des Stopfens 88 und der umgebenden Bohrung 80 fließt. Das Lötpulver 106 im Kanal 44 und in den Befüllungsrohren 86 schmilzt auf ähnliche Weise und fließt nach unten, um das Heizele­ ment 42 abzudecken. Der kontrollierte Zyklus des Va­ kuumofens 116 wird anschließend dadurch vervollstän­ digt, daß er allmählich unter Zuführung eines Inertgases wie etwa Stickstoff allmählich abgekühlt wird, um die Stopfen 88 in den Bohrungen 80 sowie das Heizelement 42 im Kanal 44 einteilig zu verlöten. Das Löten der Nickellegierung auf diese Weise in einem Vakuumofen 116 erzeugt eine gleichmäßige metallurgische Haftung zwischen der Nickellegierung und dem Stahl, wodurch eine gleichmäßige Wärmeströmung weg vom Heizele­ ment 42 und in die Stopfen 88 geschaffen wird. Nach der Entnahme aus dem Vakuumofen 116 wird der Verteiler 10 in der Weise bearbeitet, daß die Befüllungsrohre 86 entnommen werden und ein sauberes Endprodukt ge­ schaffen wird. Wie in Fig. 6 gezeigt, wird anschließend ausgehend von der vorderen Fläche 38 des Verteilers 10 zum Auslaß 98 des Winkelstücks 30 in jeden Stopfen 88 eine Auslaßbohrung 76 gebohrt. Wie oben erwähnt, wird jeder Stopfen 88 in Längsrichtung durch Anschla­ gen an der Schulter 84 und in Winkelrichtung durch das Werkzeug 108 genau in der Bohrung 80 positioniert, wodurch sichergestellt ist, daß die Auslaßbohrung 76 in Ausrichtung auf den Auslaß 98 des entsprechenden Winkelstücks 30 gebohrt wird.

Im Gebrauch wird nach der Montage und Anbrin­ gung in einer in Fig. 1 gezeigten Gießform 12 dem Heiz­ element 42 im Verteiler 10 und den Heizelementen 52 in den Düsen 14 elektrische Leistung zugeführt, um sie auf eine vorgegebene Betriebstemperatur zu erhitzen. Dann wird von einer (nicht gezeigten) Gießmaschine dem zentralen Einlaß 26 des Schmelzedurchlasses 24 entsprechend einem vorgegebenen Zyklus druckbeauf­ schlagte Schmelze zugeführt. Die Schmelze zweigt auf und fließt durch jeden quer verlaufenden Abschnitt 74 und durch das darauf ausgerichtete Winkelstück 30 nach außen und in die zentrale Bohrung 32 jeder zugehörigen Düse 14. Anschließend setzt sie ihren Weg durch die ausgerichtete Düsendichtung 66 und den Anguß 34 in einen Hohlraum 36 fort. Wenn die Hohlräume 36 gefüllt sind und eine geeignete Verdichtungs- und Kühlungspe­ riode verstrichen ist, wird der Einspritzdruck wegge­ nommen, woraufhin das Schmelze-Fördersystem druck­ entlastet wird, um ein Fädenziehen durch die offenen Angüsse 34 zu vermeiden. Anschließend wird die Gieß­ form geöffnet, um die gegossenen Produkte auszuwer­ fen. Nach dem Auswerfen wird die Gießform 12 erneut geschlossen, woraufhin der Zyklus mit einer von der Größe der Hohlräume 34 und vom Typ des zu gießen­ den Materials abhängigen Zykluszeit kontinuierlich wiederholt wird.

Obwohl die Beschreibung des Verfahrens zum Her­ stellen von Druckguß-Schmelzeverteilern mit einem durch ein Winkelstück verlaufenden Schmelzedurchlaß mit Bezug auf eine bevorzugte Ausführungsform gege­ ben worden ist, kann der Fachmann selbstverständlich verschiedene Abwandlungen vornehmen, ohne vom Umfang der Erfindung abzuweichen, der durch die fol­ genden Ansprüche definiert ist.

Zum Beispiel kann der Verteiler 10, der hier mit einer im allgemeinen rechtwinkligen Form mit nur zwei En­ den 82 gezeigt ist, in anderen Anwendungen eine kom­ plexere Konfiguration mit mehr Enden 82 besitzen. Ob­ wohl ferner der Heizelementkanal 44 hier in der vorde­ ren Fläche 38 des Verteilers 10 ausgebildet ist, kann er in anderen Ausführungsformen an der hinteren Fläche 78 des Verteilers 10 vorgesehen sein, wobei das Lötloch 102 auf derselben Seite des Stopfens 88 gebohrt sein, auf der sich auch der Auslaß 90 des Winkelstücks 30 befin­ det, wobei dann der Verteiler 10 in umgekehrter Rich­ tung in den Vakuumofen 116 geladen wird.

Claims (4)

1. Verfahren zum Herstellen eines Druckguß-Ver­ teilers (10) mit einem von einer hinteren Fläche (78) zu einer vorderen Fläche (38) des Verteilers (10) verlaufenden Schmelzedurchlaß (24), der wenig­ stens einen quer verlaufenden Abschnitt (74) auf­ weist, der an mehrere Winkelstücke (30) verzweigt, wobei jedes Winkelstück (30) im Schmelzedurchlaß (24) einen Einlaß (96), der sich von dem wenigstens einen quer verlaufenden Abschnitt (74) des Schmel­ zedurchlasses (74) erstreckt, sowie einen Auslaß (98) umfaßt, der sich zu einer nach vorn zur vorde­ ren Fläche (38) verlaufenden Auslaßbohrung (76) erstreckt, wobei das Verfahren die folgenden Schritte enthält:
Vorformen mehrerer Stopfen (88), wovon jeder ein inneres Ende (92) und eine im allgemeinen zylindri­ sche äußere Oberfläche (90) besitzt, wobei sich je­ des Winkelstück (30) dazwischen erstreckt,
einteiliges Verlöten jedes Stopfens (88) in einer Bohrung (80), die sich von einem Ende des Vertei­ lers (10) nach innen erstreckt, wobei der Einlaß (96) auf den quer verlaufenden Abschnitt (74) des Schmelzedurchlasses (24) ausgerichtet ist, und
einteiliges Verlöten eines elektrischen Heizele­ ments (42) in einem daran angepaßten Kanal (74), der sich entweder in der hinteren Fläche (78) oder in der vorderen Fläche (38) des Verteilers (10) be­ findet, indem das Heizelement (42) in den Kanal (44) eingesetzt wird, anschließend in den Kanal längs des Heizelements (42) ein hochleitendes Löt­ material eingegeben wird, der Verteiler (10) und das Heizelement (42) in einen Vakuumofen (116) gegeben werden, wobei entweder die hintere Flä­ che (78) oder die vordere Fläche (38) des Verteilers (10) nach oben weist, und der Verteiler (10) und das Heizelement (42) im Vakuumofen (116) unter ei­ nem Teilvakuum entsprechend einem vorgegebe­ nen Zyklus auf eine vorgegebene Temperatur er­ hitzt werden, wodurch jeder Stopfen (88) in der Bohrung (80) einteilig verlötet wird und das Lötma­ terial schmilzt und um das Heizelement (42) im Ka­ nal (44) fließt um das Heizelement (42) im Kanal (44) einteilig zu verlöten,
gekennzeichnet durch die folgenden Schritte:

• a) in jedem Stopfen (88) Ausbilden eines Löt­ lochs (102) mit einer offenen Mündung (104) in der zylindrischen äußeren Oberfläche (90) und Herstellen einer Werkzeugeingrifföffnung (100) in einem äußeren Ende (94) des Stopfens (88),
• b) Orientieren jedes Stopfens (88) in der Wei­ se, daß die Mündung (104) des Lötlochs (102) nach oben weist, und Eingeben einer vorgege­ benen Menge von Lötmaterial (106) in das Loch (102),
• c) Einsetzen jedes Stopfens (88) in die entspre­ chende Bohrung (80), die sich von einem Ende des Verteilers (10) nach innen erstreckt,
• d) Einsetzen eines Werkzeugs (108) in die Werkzeugeingrifföffnung (100) am äußeren Ende (94) jedes Stopfens (88) und Drehen des Stopfens (88) in eine vorgegebene Lötposition, wobei die Mündung (104) des Lötlochs (102) anschließend nach unten weist,
• e) nach dem Verlöten der Stopfen (88) in den entsprechenden Bohrungen (80) im Vakuum­ ofen (116) Ausbilden einer Auslaßbohrung (76), die sich von der vorderen Fläche (38) des Verteilers (10) zum Auslaß (98) jedes Stopfens (88) erstreckt.

2. Verfahren zum Herstellen eines Druckguß-Ver­ teilers nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Lötloch (102) in jedem Stopfen (88) von der zylindrischen äußeren Oberfläche (90) radial nach innen gebohrt wird.

3. Verfahren zum Herstellen eines Druckguß-Ver­ teilers nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Lötloch (102) in jedem Stopfen (88) in Längsrichtung des Stopfens (88) im wesentlichen mittig gebohrt wird.

4. Verfahren zum Herstellen eines Druckguß-Ver­ teilers nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Werkzeugeingrifföffnung (100), die im äu­ ßeren Ende (94) jedes Stopfens (88) ausgebildet wird, ein Schlitz ist.