WO2018103789A1 - GIEßVORRICHTUNG, PRESSE UND VERFAHREN ZUM GIEßEN EINES BAUTEILS UND BAUTEIL - Google Patents

GIEßVORRICHTUNG, PRESSE UND VERFAHREN ZUM GIEßEN EINES BAUTEILS UND BAUTEIL Download PDF

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WO2018103789A1
WO2018103789A1 PCT/DE2017/101016 DE2017101016W WO2018103789A1 WO 2018103789 A1 WO2018103789 A1 WO 2018103789A1 DE 2017101016 W DE2017101016 W DE 2017101016W WO 2018103789 A1 WO2018103789 A1 WO 2018103789A1
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WO
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casting
tool
mold
component
tool part
Prior art date
Application number
PCT/DE2017/101016
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English (en)
French (fr)
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Martin Gaebges
Daniel Pietzka
Michael Richter
Michael Werbs
Tobias Schwarz
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Schuler Pressen Gmbh
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    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D18/00—Pressure casting; Vacuum casting
    • B22D18/02—Pressure casting making use of mechanical pressure devices, e.g. cast-forging
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D17/00—Pressure die casting or injection die casting, i.e. casting in which the metal is forced into a mould under high pressure
    • B22D17/20—Accessories: Details
    • B22D17/2015—Means for forcing the molten metal into the die
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
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    • B22D17/20—Accessories: Details
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    • B22D17/00—Pressure die casting or injection die casting, i.e. casting in which the metal is forced into a mould under high pressure
    • B22D17/20—Accessories: Details
    • B22D17/30—Accessories for supplying molten metal, e.g. in rations

Definitions

  • the invention relates to a casting device for casting a component by means of a tool, which has a mold for forming the component and the casting device has a tool holder for receiving the tool. Furthermore, the invention relates to a press and a method for casting a component and a component.
  • the casting mold is filled with melt from a central casting unit by a movement of a driven casting piston.
  • the casting unit is usually arranged outside of the casting tool, so that there is a long flow path of the melt up to the mold to be filled.
  • die casting devices and / or die casting processes are disclosed in DE 39 31 194 A1 and DE 102 56 834 A1.
  • the disadvantage is that due to the temperature loss of the melt along the flow path, the casting time is limited because the melt already begins to solidify on the flow path. This requires a high flow rate of the melt, which in turn leads to abrasive wear of the tool and / or the mold. In addition, the fluidic resistance on the flow path leads to a high required drive energy and / or a high required casting pressure in the mold. [05] The above-mentioned disadvantages exist even if the melt is not supplied centrally at one point of the mold, but is divided by a sprue system with branches in partial streams and enters the mold at several points.
  • Casting drive to adjust the speed of the melt in the casting runs by means of electromagnetic fields.
  • DE 39 31 194 AI discloses a hot chamber die casting machine with a Eingusssystem and several casting units, each casting unit consists of an oven, crucible, casting container and a press-in cylinder with pressure piston and the respective pressure piston of the plurality of casting units for the production of large-scale castings jointly controlled are.
  • DE 102 56 834 A1 claims a method and an apparatus for producing large-area workpieces in the die-casting method with a plurality of casting systems, which each have a casting cylinder and a driving hydraulic cylinder, wherein each casting cylinder is connected to the casting mold via a plurality of runners / sprues.
  • DE 196 06 806 AI has a device for thixoforming two mold halves and at least two runners, each run is fed by a separate filling chamber and the two runners are respectively arranged on the lower and the upper mold half.
  • EP 1 588 823 A1 relates to a device for producing injection-molded parts with a core part and a jacket part braced against one another, which form the mold, wherein a high-pressure feed line for the injection molding material opens into the cavity of the mold.
  • the object of the invention is to improve the state of the art.
  • a casting device for casting a component by means of a tool which has a mold for molding the component, wherein the casting device has a tool holder for receiving the tool, with at least two Dosierkavticianen, each of which is assigned a fluid connection, so that located in the metering cavities melts are transferable into the mold.
  • each dosing cavity is directly connected to the mold via a fluid connection, there is a shorter flow path to the mold. Consequently, the casting process can be performed much slower and / or with lower casting pressure than when using a central pouring unit. Consequently, the mold and / or tool wear is reduced.
  • the locally arranged metering cavity with the short fluid connection leads to a smaller closing surface of the tool and thus to a lower required closing force of the casting device and / or press.
  • the casting tool can be designed and manufactured simpler due to the omission of the sprue knot and the omitted branched sprue system.
  • the metering cavities in the tool can be manufactured together with the construction of the mold.
  • An essential idea of the invention is based on the fact that several local metering cavities are arranged close to and / or within the mold cavity, so that the mold cavity is filled by these multiple local metering cavities via a very short fluid connection in each case.
  • a casting device has at least two dosing cavities as dosing container, at least two fluid connections and a shaping tool
  • the casting device may be assigned a central melt container with liquid melt.
  • “Casting” is, in particular, a manufacturing process in which a solid material of a certain shape is formed from a liquid material (melt) after solidification. or the continuous casting.
  • a "component” is in particular an individual part of a technical complex, such as a machine or an apparatus, made of a workpiece, in particular, the component is created plastically due to a change in shape through targeted casting and / or reshaping finished or finished shapes or geometries.
  • a "tool” is in particular an object in which a machining of a workpiece and / or a casting takes place for the manufacture of a component, wherein the tool is guided by a human and / or a machine
  • the tool is used in a forming manufacturing process such as preforming, forming and / or master casting such as casting used in particular in a casting apparatus and / or a press.
  • the tool may consist of a single tool part which directly has the shape of at least two tool parts, for example a lower and an upper tool, or a plurality of tool parts which form the mold in the case of closing the tool.
  • the tool can also have other, not the form-forming tool parts.
  • the tool may have an inner contour, which is applied as an outer contour of the component to be cast.
  • a "mold” is understood to mean, in particular, a cavity of the tool whose inner contour is impressed on the workpiece as an outer contour and / or in which the cavity of the mold is poured with melt to produce the component " designated .
  • a "tool holder” is a component which receives and / or holds the tool during casting and / or machining.
  • the tool holder in particular allows rapid replacement of the tool and / or provides an interface between tool and drive.
  • a "dosing cavity” is in particular a
  • Dosing container for melt which is arranged locally in the vicinity of, on and / or in the form.
  • the metering cavity absorbs only a portion of the melt, which is necessary for filling the mold.
  • metering cavities together produce at least the volume of melt which is necessary for completely filling the mold.
  • the metering cavity may be a recess closed on three sides in the tool and / or in the mold for receiving the melt.
  • the metering cavity may be an open-topped container which is inserted into the tool and / or the mold.
  • a "fluid connection” is, for example, a cavity which allows communication between a dosing cavity and the mold so that the melt can flow from the dosing cavity into the mold,
  • the fluid connection may be a pipe or a channel
  • fluid communication can also be a direct opening between the metering cavity and the mold, so that in this case the fluid connection has only a very short elongated extension of a few millimeters
  • the melt flows through the fluid connection, in particular due to gravity and / or due to an applied casting pressure.
  • a "melt” is in particular molten metal and / or metal alloys.
  • the casting device comprises the first metering cavity, the first fluid connection, the second metering cavity and the second fluid connection and / or a third metering cavity and a third fluid connection, a fourth metering cavity and a fourth fluid connection, a fifth metering cavity and a Fifth fluid connection and / or a further Dosierkavtician and another fluid connection.
  • dosing cavities each with a fluid connection
  • the position, number and / or size of the metering cavities depends on the mass distribution of the component to be manufactured. Above all, the production of large-area components and / or a minimization of the wall thickness and / or an increase in the strength of the component is or will be made possible.
  • the third, fourth, fifth and / or further dosing cavity corresponds in its design and function to the dosing cavity defined above.
  • a third, fourth, fifth and / or further fluid connection corresponds in its design and function to the above-defined fluid connection.
  • the tool In order to cast complex and / or large-area components, the tool has a first tool part and a second tool part, which form the shape in the case of closing.
  • the tool may also have a third, fourth, fifth and / or further tool part, especially if special geometries and / or very large-area components to be cast.
  • the first tool part and the second tool part are aligned horizontally or vertically by means of the tool holder.
  • the pouring device In order to transfer the melt from each metering cavity through the respective fluid connection into the respective mold with a corresponding pouring pressure and / or a corresponding flow rate, the pouring device has a first punch, a second punch, a third punch, a fourth punch, a fifth punch and / or a further punch, so that the melt is displaced in the respective Dosierkavitat by dipping the respective punch on the respective fluid connection in the mold.
  • a stamp In the case of a horizontal alignment of the tool parts, a stamp preferably dips into the dosing cavity from above. In the case of a vertical alignment of the tool parts, the stamp is moved laterally into the dosing cavity and must therefore seal the dosing cavity with the melt before the dosing cavity is filled. In this case, filling of the dosing cavity takes place, for example, by means of an additional filling opening arranged at the top in the dosing cavity.
  • a "stamp” (also called “metering bolt”) is in particular a component which due to its movement displaces the melt in a Dosierkavmaschine and thereby pressed by the associated fluid connection in the mold.
  • a punch may be a cylinder of solid material with or without venting. The shape of the punch is particularly matched to the inner shape of the metering cavity, so that the punch can dive flush into the associated Dosierkavtician.
  • the metering cavity is arranged on and / or in the first tool part and the punches on and / or in the second tool part or vice versa.
  • the plunger for immersion in the respective Dosierkavtician not each need their own drive, but the immersion of the punch can be realized by a movement of the first tool part and / or the second tool part.
  • the length of each stamp is matched to the corresponding end position of the movable first tool part and / or the second tool part.
  • the punches and / or the dosing cavities can be arranged flush, protruding and / or recessed on the first tool part and / or on the second tool part.
  • the metering cavities are arranged directly on and / or in the mold, so that the fluid connection or the fluid connections Length less than 50mm, in particular less than 20mm, preferably less than 5mm or have.
  • a dosing cavity may also be part of the mold.
  • the casting device has at least one casting robot and / or a melt container.
  • the metering cavities can be filled with melt by means of at least one casting robot from a melt container.
  • each dosing cavity is filled by its own casting robot, so that all dosing cavities can be filled at the same time.
  • a "pouring robot” is in particular a robot with a mounted ladle for the automated pouring of melt from the melt container into a metering cavity Inclined positions of the ladle are accurately measured by a distance measurement.
  • a "melt container” is a container into which a solid is melted to form a liquid melt, and in particular the melt for each dosing cavity to be filled is removed from the melt container by means of a casting robot or several casting robots.
  • the object is achieved by a press for casting a component, wherein the press has a drive for applying a pressing force, with a casting described above orcardi.
  • the press can be made in a smaller size.
  • large-area components in particular in a horizontal orientation, are manufactured, so that the overall height of the press is reduced compared to a vertical orientation.
  • a "press” is in particular a forming machine with rectilinear relative movement of the tool Primary forming, casting, forming, deep-drawing, joining, coating, cutting, cutting and / or modification of material properties.
  • a press is a bound, energy or force press.
  • the first tool part and / or the second tool part has or have a movable tool part and a fixed tool part, so that a movement of the stamp can be realized free of application of the pressing force via the movable tool part.
  • both the filling of the mold and the actual pressing can be realized by means of a single tool with a movable and a fixed part.
  • the object is achieved by a method for casting a component by means of a previously described casting device and / or a previously described press, comprising the following steps: Filling at least two metering cavities by means of at least one casting robot with melt,
  • the object is achieved by a component, wherein the component is manufactured according to a method described above.
  • Figure 1 is a schematic sectional view of a press with a
  • Figure 2b shows the press of Figure 2a with closed
  • FIG. 2d shows the press from FIG. 2c
  • a press 101 has a die casting apparatus 103 and a tool 105.
  • the tool 105 consists of the upper tool base plate 111, the shaping upper tool 107 and the lower tool 109.
  • the upper tool base plate 111 is fastened to a press ram 117 and has two dosing bolts 123.
  • the upper tool base plate 111 is connected to the movable upper forming tool 107 via two springs 125.
  • the upper tool 107 has two spacers 128 above the
  • the lower tool 109 is attached to a press table 119 and has two metering cavities 121. On both sides of the edge of the lower tool 109 two distance cylinder 127 are attached. Below the
  • a Tischauswerferplatte 129 is arranged.
  • the metering bolts 123 are matched in their length to a lower end position of the upper tool 107.
  • the distance cylinder 127 of the lower tool 109 have an upper and a lower end position.
  • the press ram 117 With the tool 105 open, the press ram 117 is at top dead center.
  • the movable upper tool 107 has been lowered and is held with a spring force of the springs 125 in its lower position.
  • the two metering cavities 121 of the lower tool 109 are filled with a respective required melt volume from a central melt container, not shown.
  • the distance cylinder 127 in the lower tool 109 are in this case in their upper end position.
  • Upper tool base plate 111 is a ram force greater than the spring force on the upper tool 107 transferable.
  • the mold cavity 113 is closed. In this case, however, the mold cavity 113 is not yet closed to the extent that a wall thickness of a component to be manufactured is reached.
  • the closing in the closing direction 131 is continued, with the dosing bolts 123 dipping into the dosing cavities 121 and displacing the melts from the dosing cavities 121 into the directly connected mold cavity 113.
  • the closing force between upper tool 107 and lower tool 109 merely consists of a dead weight of the movable upper tool 107 and the springs 125, so that no higher casting pressure is produced in the tool 105.
  • a press with die casting and a tool with integrated Dosierkavticianen and dosing provided, which allow very short flow paths to the mold cavity, a low mold and tool wear and a low scrap material.
  • a very homogeneous component with a complex, large-area geometry is manufactured.

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Molds, Cores, And Manufacturing Methods Thereof (AREA)
  • Casting Support Devices, Ladles, And Melt Control Thereby (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Gießvorrichtung zum Gießen eines Bauteils mittels eines Werkzeuges, welches eine Form zum Ausformen des Bauteils aufweist, wobei die Gießvorrichtung eine Werkzeugaufnahme zum Aufnehmen des Werkzeuges aufweist, mit wenigstens zwei Dosierkavitäten, welchen jeweils eine Fluidverbindung zugeordnet ist, sodass in den Dosierkavitäten befindliche Schmelzen in die Form transferierbar sind. Des Weiteren betrifft die Erfindung eine Presse und ein Verfahren zum Gießen eines Bauteils.

Description

Gießvorrichtung, Presse und Verfahren zum Gießen eines
Bauteils und Bauteil
[Ol] Die Erfindung betrifft eine Gießvorrichtung zum Gießen eines Bauteils mittels eines Werkzeuges, welches eine Form zum Ausformen des Bauteils und die Gießvorrichtung eine Werkzeugaufnahme zum Aufnehmen des Werkzeuges aufweist. Des Weiteren betrifft die Erfindung eine Presse und ein Verfahren zum Gießen eines Bauteils sowie ein Bauteil.
[02] Bei üblichen Druckgießverfahren erfolgt das Füllen der Gießform mit Schmelze aus einem zentralen Gießaggregat durch eine Bewegung eines angetriebenen Gießkolbens. Hierbei ist das Gießaggregat üblicherweise außerhalb des Gießwerkzeuges angeordnet, sodass ein langer Fließweg der Schmelze bis zur zu füllenden Form besteht.
[03] Beispielsweise werden Druckgussvorrichtungen und/oder Druckgussverfahren in der DE 39 31 194 AI und der DE 102 56 834 AI offenbart.
[04] Nachteilig ist, dass aufgrund des Temperaturverlustes der Schmelze entlang des Fließweges die Gießzeit begrenzt ist, da die Schmelze bereits auf dem Fließweg zu erstarren beginnt. Dies erfordert eine hohe Strömungsgeschwindigkeit der Schmelze, welche wiederum zu einem abrasiven Verschleiß des Werkzeuges und/oder der Form führt. Zudem führt der strömungstechnische Widerstand auf dem Fließweg zu einer hohen benötigten Antriebsenergie und/oder einem hohen benötigten Gießdruck in der Form. [05] Die oben genannten Nachteile bestehen auch, wenn die Schmelze nicht zentral an einer Stelle der Form zugeführt wird, sondern über ein Angusssystem mit Verzweigungen in Teilströmen aufgeteilt wird und an mehreren Stellen in die Form eintritt.
[06] Folglich sind die bekannten Gießvorrichtungen und Gießverfahren aus oben genannten Gründen bezüglich der gefertigten Wandstärke, Festigkeit und der Fertigung von großflächigen Teilen begrenzt.
[07] Um ein Verfahren zum Herstellen von Gussbauteilen in mehreren Gießläufen zu realisieren offenbart die DE 10 2013 101 962 B3 einen elektromagnetischen
Gießantrieb, um die Geschwindigkeit der Schmelze in den Gießläufen mittels elektromagnetischer Felder einzustellen.
[08] Die DE 39 31 194 AI offenbart eine Warmkammer- Druckgussmaschine mit einem Eingusssystem und mehreren Gießeinheiten, wobei jede Gießeinheit aus einem Ofen, Tiegel, Gießbehälter und einem Einpresszylinder mit Druckkolben besteht und die jeweiligen Druckkolben der mehreren Gießeinheiten zur Herstellung großflächiger Gussstücke gemeinsam gesteuert sind.
[09] Die DE 102 56 834 AI beansprucht ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung großflächiger Werkstücke im Druckgießverfahren mit mehreren Gießsystemen, welche jeweils einen Gießzylinder und einen treibenden Hydraulikzylinder aufweisen, wobei jeder Gießzylinder über mehrere Gießläufe/Angüsse mit der Gießform verbunden ist. [10] In der DE 196 06 806 AI weist eine Vorrichtung zum Thixoforming zwei Formhälften und wenigstens zwei Gießläufe auf, wobei jeder Gießlauf von einer separaten Füllkammer gespeist wird und die beiden Gießläufe jeweils an der unteren und der oberen Formhälfte angeordnet sind.
[11] Die EP 1 588 823 AI betrifft eine Vorrichtung zum Herstellen von Sprit zguss-Formteilen mit gegeneinander verspannten Kernteil und Mantelteil, welche die Form ausbilden, wobei in den Hohlraum der Form eine Hochdruckzuführung für das Spritzgussmaterial mündet.
[12] Aufgabe der Erfindung ist es, den Stand der Technik zu verbessern .
[13] Gelöst wird die Aufgabe durch eine Gießvorrichtung zum Gießen eines Bauteils mittels eines Werkzeuges, welches eine Form zum Ausformen des Bauteils aufweist, wobei die Gießvorrichtung eine Werkzeugaufnahme zum Aufnehmen des Werkzeuges aufweist, mit wenigstens zwei Dosierkavitäten, welchen jeweils eine Fluidverbindung zugeordnet ist, sodass in den Dosierkavitäten befindliche Schmelzen in die Form transferierbar sind.
[14] Somit entfällt oder entfallen ein zentrales Gießaggregat und/oder ein Angusssystem mit Verzweigungen.
[15] Dadurch, dass jede Dosierkavität über eine Fluidverbindung direkt mit der Form verbunden ist, besteht ein kürzerer Fließweg bis zur Form. Folglich kann der Gießprozess deutlich langsamer und/oder mit geringerem Gießdruck durchgeführt werden als bei Verwendung eines zentralen Gießaggregates. Folglich verringert sich der Form- und/oder Werkzeugverschleiß.
[16] Da kein komplex verzweigtes Angusssystem verwendet wird, sondern jeweils eine Fluidverbindung, welche eine Dosierkavität als lokalen Schmelzevorrat mit der zu füllenden Form direkt verbindet, reduziert sich gewichtsmäßig der Anteil der erstarrten Schmelze, welcher nach dem erfolgten Gießvorgang in der Fluidverbindung verbleibt. Folglich werden der zu entsorgende Abfall und/oder das Kreislaufmaterial reduziert.
[17] Im Hinblick auf die projizierte Werkzeugfläche führt die lokal angeordnete Dosierkavität mit der kurzen Fluidverbindung zu einer geringeren Schließfläche des Werkzeuges und somit zu einer geringeren erforderlichen Schließkraft der Gießvorrichtung und/oder Presse.
[18] Des Weiteren kann das Gießwerkzeug aufgrund des entfallenden Angussknotens und des entfallenden verzweigten Angusssystems einfacher gestaltet und gefertigt werden. Insbesondere können die Dosierkavitäten im Werkzeug zusammen mit dem Bau der Form gefertigt werden.
[19] Ein wesentlicher Gedanke der Erfindung beruht darauf, dass mehrere lokale Dosierkavitäten nahe an und/oder innerhalb der Formkavität angeordnet werden, sodass die Formkavität von diesen mehreren lokalen Dosierkavitäten über jeweils eine sehr kurze Fluidverbindung gefüllt wird.
[20] Folgendes Begriffliche sei erläutert [21] Ein „Gießvorrichtung" ist insbesondere eine Vorrichtung zum Gießen eines Bauteils. Eine Gießvorrichtung weist insbesondere mindestens zwei Dosierkavitäten als Dosierbehälter, mindestens zwei Fluidverbindungen und ein formgebendes Werkzeug auf. Der Gießvorrichtung kann ein zentraler Schmelzebehälter mit flüssiger Schmelze zugeordnet sein.
[22] „Gießen" ist insbesondere ein Fertigungsverfahren, bei dem aus einem flüssigen Werkstoff (Schmelze) nach einem Erstarren ein fester Körper bestimmter Form entsteht. Zum Gießen wird insbesondere ein Werkzeug als Dauerform verwendet. Zum Gießen gehören insbesondere das Druckgießen, Kokillengießen und/oder das Stranggießen.
[23] Ein „Bauteil" ist insbesondere ein aus einem Werkstück gefertigtes Einzelteil eines technischen Komplexes, wie zum Beispiel einer Maschine oder eines Apparates. Das Bauteil entsteht insbesondere plastisch aufgrund einer Formveränderung durch gezieltes Gießen und/oder Umformen. Somit weist ein Bauteil insbesondere fast fertige oder fertige Formen oder Geometrien auf.
[24] Ein „Werkzeug" ist insbesondere ein Objekt, bei dem ein Bearbeiten eines Werkstückes und/oder ein Gießen zum Fertigen eines Bauteils erfolgt, wobei das Werkzeug durch einen Menschen und/oder eine Maschine geführt wird. Bei einem Werkzeug handelt es sich insbesondere um ein Formwerkzeug. Das Werkzeug wird insbesondere in einem formgebenden Fertigungsverfahren, wie Vorformen, Umformen und/oder Urformen wie Gießen, verwendet. Das Werkzeug wird insbesondere in einer Gießvorrichtung und/oder einer Presse eingesetzt. Das Werkzeug kann aus einem einzigen Werkzeugteil, welches direkt die Form aufweist, aus mindestens zwei Werkzeugteilen, beispielsweise einem Unter- und einem Oberwerkzeug, oder mehreren Werkzeugteilen, welche im Falle des Schließens des Werkzeuges die Form ausbilden, bestehen. Des Weiteren kann das Werkzeug auch weitere, nicht die formausbildende Werkzeugteile aufweisen. Das Werkzeug kann eine Innenkontur aufweisen, welche als Außenkontur dem zu gießenden Bauteil aufgebracht wird.
[25] Unter einer „Form" wird insbesondere ein Hohlraum des Werkzeuges verstanden, dessen Innenkontur als Außenkontur dem Werkstück aufgeprägt wird und/oder bei dem der Hohlraum der Form mit Schmelze zum Fertigen des Bauteils ausgegossen wird. Eine Form wird insbesondere auch als „Formkavität" bezeichnet .
[26] Eine „Werkzeugaufnahme" ist ein Bauteil, welches das Werkzeug während des Gießens und/oder der Bearbeitung aufnimmt und/oder hält. Die Werkzeugaufnahme erlaubt insbesondere einen schnellen Wechsel des Werkzeuges und/oder stellt eine Schnittstelle zwischen Werkzeug und Antrieb dar.
[27] Eine „Dosierkavität" ist insbesondere ein
Dosierbehälter für Schmelze, welcher lokal in der Nähe, an und/oder in der Form angeordnet ist. Die Dosierkavität nimmt insbesondere nur einen Teil der Schmelze auf, welcher zum Füllen der Form notwendig ist. Die verschiedenen Teilschmelzen der einzelnen lokal angeordneten Dosierkavitäten ergeben insbesondere zusammen mindestens das Schmelzevolumen, welches zum vollständigen Füllen der Form notwendig ist. Bei der Dosierkavität kann es sich um eine dreiseitig geschlossene Vertiefung im Werkzeug und/oder in der Form zur Aufnahme der Schmelze handeln. Ebenso kann es sich bei der Dosierkavität um einen oben offenen Behälter handeln, welcher in das Werkzeug und/oder die Form eingesetzt ist.
[28] Eine „Fluidverbindung" ist beispielsweise ein Hohlraum, welcher eine Verbindung zwischen einer Dosierkavität und der Form ermöglicht, sodass die Schmelze aus der Dosierkavität in die Form fließen kann. Bei der Fluidverbindung kann es sich um ein Rohr oder einen Kanal handeln. Eine Fluidverbindung kann aber auch eine direkte Öffnung zwischen der Dosierkavität und der Form sein, sodass hierbei die Fluidverbindung nur eine sehr kurze längliche Ausdehnung von wenigen Millimetern hat. Die Schmelze fließt durch die Fluidverbindung insbesondere aufgrund der Gravitation und/oder durch einen aufgebrachten Gießdruck .
[29] Bei einer „Schmelze" handelt es sich insbesondere um geschmolzenes Metall und/oder Metalllegierungen.
[30] In einer weiteren Ausführungsform weist die Gießvorrichtung die erste Dosierkavität, die erste Fluidverbindung, die zweite Dosierkavität und die zweite Fluidverbindung und/oder eine dritte Dosierkavität und eine dritte Fluidverbindung, eine vierte Dosierkavität und eine vierte Fluidverbindung, eine fünfte Dosierkavität und eine fünfte Fluidverbindung und/oder eine weitere Dosierkavität und eine weitere Fluidverbindung auf.
[31] Somit können mehrere Dosierkavitäten mit jeweils einer Fluidverbindung lokal entsprechend der Form des zu gießenden Bauteils und/oder weiteren Anforderungen an das Bauteil angeordnet werden. Hierbei richtet sich die Lage, Anzahl und/oder Größe der Dosierkavitäten nach der Masseverteilung des zu fertigenden Bauteils. Vor allem wird oder werden dadurch die Fertigung von großflächigen Bauteilen und/oder eine Minimierung der Wandstärke und/oder eine Erhöhung der Festigkeit des Bauteils ermöglicht.
[32] Die dritte, vierte, fünfte und/oder weitere Dosierkavität entspricht in ihrer Ausgestaltung und Funktion der oben definierten Dosierkavität.
[33] Eine dritte, vierte, fünfte und/oder weitere Fluidverbindung entspricht in ihrer Ausführung und Funktion der oben definierten Fluidverbindung.
[34] Um komplexe und/oder großflächige Bauteile zu gießen, weist das Werkzeug ein erstes Werkzeugteil und ein zweites Werkzeugteil auf, welche im Falle des Schließens die Form ausbilden .
[35] Selbstverständlich kann das Werkzeug auch noch ein drittes, viertes, fünftes und/oder weiteres Werkzeugteil aufweisen, insbesondere wenn besondere Geometrien und/oder sehr großflächige Bauteile gegossen werden sollen. [36] In einer weiteren Ausführungsform sind das erste Werkzeugteil und das zweite Werkzeugteil mittels der Werkzeugaufnahme horizontal oder vertikal ausgerichtet.
[37] Gegenüber der üblichen vertikalen Ausrichtung der Werkzeugteile und Form beim herkömmlichen Gießen, ist somit auch eine horizontale Anordnung der Werkzeugteile und der Form möglich.
[38] Um die Schmelze aus jeder Dosierkavitat durch die jeweilige Fluidverbindung in die jeweilige Form mit einem entsprechenden Gießdruck und/oder einer entsprechenden Fließgeschwindigkeit zu transferieren, weist die Gießvorrichtung einen ersten Stempel, einen zweiten Stempel, einen dritten Stempel, einen vierten Stempel, einen fünften Stempel und/oder einen weiteren Stempel auf, sodass die Schmelze in der jeweiligen Dosierkavitat durch Eintauchen des jeweiligen Stempels über die jeweilige Fluidverbindung in die Form verdrängt wird.
[39] Bei einer horizontalen Ausrichtung der Werkzeugteile taucht ein Stempel bevorzugt von oben in die Dosierkavitat ein. Bei einer vertikalen Ausrichtung der Werkzeugteile wird der Stempel seitlich in die Dosierkavitat bewegt und muss deshalb die Dosierkavitat bereits vor dem Befüllen der Dosierkavitat mit Schmelze abdichten. In diesem Fall erfolgt das Befüllen der Dosierkavitat beispielsweise durch eine oben angeordnete zusätzliche Befüllöffnung in der Dosierkavität .
[40] Ein „Stempel" (auch „Dosierbolzen" genannt) ist insbesondere ein Bauteil, welches aufgrund seiner Bewegung die Schmelze in einer Dosierkavität verdrängt und dadurch durch die zugehörige Fluidverbindung in die Form drückt. Bei einem Stempel kann es sich beispielsweise um einen Zylinder aus massivem Material mit oder ohne Entlüftung handeln. Die Form des Stempels ist insbesondere auf die innere Form der Dosierkavität abgestimmt, sodass der Stempel bündig in die zugehörige Dosierkavität eintauchen kann .
[41] In einer weiteren Ausführungsform der Gießvorrichtung sind die Dosierkavität am und/oder im ersten Werkzeugteil und die Stempel am und/oder im zweiten Werkzeugteil oder umgekehrt angeordnet .
[42] Somit benötigen die Stempel für das Eintauchen in die jeweilige Dosierkavität nicht jeweils einen eigenen Antrieb, sondern das Eintauchen der Stempel kann durch eine Bewegung des ersten Werkzeugteils und/oder des zweiten Werkzeugteils realisiert werden. Hierzu wird die Länge jedes Stempels auf die entsprechende Endlage des beweglichen ersten Werkzeugteils und/oder des zweiten Werkzeugteils abgestimmt. Die Stempel und/oder die Dosierkavitäten können bündig, hervorstehend und/oder zurückstehend am ersten Werkzeugteil und/oder am zweiten Werkzeugteil angeordnet sein.
[43] Um die Menge an erstarrter Schmelze nach dem Gießen und somit den Anfall an Abfall- und/oder Kreislaufmaterial und die Sprengfläche klein zu halten, sind die Dosierkavitäten direkt an und/oder in der Form angeordnet, sodass die Fluidverbindung oder die Fluidverbindungen eine Länge kleiner 50mm, insbesondere kleiner 20mm, bevorzugt kleiner 5mm aufweist oder aufweisen.
[44] Somit kann eine Dosierkavität auch Bestandteil der Form sein.
[45] Es ist besonders vorteilhaft, wenn die Fluidverbindung lediglich als eine direkte Öffnung zwischen der Dosierkavität und der Form ausgeführt ist.
[46] Zudem wird durch eine sehr kurze Fluidverbindung das Luftvolumen in der Fluidverbindung reduziert, welches vor dem Gießen vorliegt, sodass weniger Luft beim Gießen in die Form eingetragen wird. Dadurch wird ein homogeneres Bauteil gegossen .
[47] In einer weiteren Ausführungsform weist die Gießvorrichtung wenigstens einen Gießroboter und/oder einen Schmelzebehälter auf.
[48] Dadurch können die Dosierkavitäten mittels wenigstens eines Gießroboters aus einem Schmelzebehälter jeweils mit Schmelze befüllt werden. Bevorzugt wird jede Dosierkavität durch einen eigenen Gießroboter befüllt, sodass alle Dosierkavitäten zeitgleich befüllt werden können.
[49] Ein „Gießroboter" ist insbesondere ein Roboter mit einem montierten Gießlöffel zum automatisierten Schöpfen von Schmelze aus dem Schmelzebehälter in eine Dosierkavität. Beim Schöpfen durch den Gießroboter wird insbesondere die erforderliche Schmelzemenge zum jeweiligen Befüllen der Dosierkavität durch positionsgenaues Schrägstellen des Gießlöffels über eine Wegmessung exakt gemessen .
[50] Ein „Schmelzebehälter" ist ein Behälter, in den ein Feststoff zu einer flüssigen Schmelze geschmolzen wird. Aus dem Schmelzebehälter wird mittels eines Gießroboters oder mehreren Gießrobotern insbesondere die Schmelze für die jeweils zu füllende Dosierkavität entnommen.
[51] In einem weiteren Aspekt der Erfindung wird die Aufgabe gelöst durch eine Presse zum Gießen eines Bauteils, wobei die Presse einen Antrieb zum Aufbringen einer Presskraft aufweist, mit einer zuvor beschriebenen Gieß orrichtung .
[52] Somit kann über den Antrieb der Presse nicht nur eine Presskraft aufgebracht werden, sondern zuvor auch über eine Bewegung eines Werkzeugteils durch Eintauchen der Stempel in die Dosierkavitäten die Form gefüllt werden. Somit ist oder sind kein separater Antrieb und/oder separate Hydraulikzylinder für die Stempelbewegung notwendig.
[53] Folglich lässt sich die Presse in einer kleineren Bauform ausführen. Zudem können mit der erfindungsgemäßen Presse auch großflächige Bauteile, insbesondere bei einer horizontalen Ausrichtung, gefertigt werden, sodass die Bauhöhe der Presse gegenüber einer vertikalen Ausrichtung verringert ist.
[54] Eine „Presse" ist insbesondere eine Umformmaschine mit geradliniger Relativbewegung des Werkzeuges. In einer Presse werden insbesondere Fertigungsverfahren wie Urformen, Gießen, Umformen, Tiefziehen, Fügen, Beschichten, Trennen, Schneiden und/oder Änderung von Stoffeigenschaften durchgeführt. Eine Presse ist insbesondere eine weggebundene, energiegebundene oder kraftgebundene Presse.
[55] In einer weiteren Ausführungsform der Presse weist oder weisen das erste Werkzeugteil und/oder das zweite Werkzeugteil ein bewegliches Werkzeugteil und ein festes Werkzeugteil auf, sodass über das bewegliche Werkzeugteil eine Bewegung der Stempel frei von einem Aufbringen der Presskraft realisierbar ist.
[56] Durch die Aufteilung des ersten und/oder des zweiten Werkzeugteils in ein bewegliches Werkzeugteil und ein festes Werkzeugteil kann über das bewegliche Werkzeugteil zunächst die Stempelbewegung zum Füllen der Form und anschließend über eine Bewegung des festen Werkzeugteils ein Verdichten und Nachdrücken der Schmelze und ein Pressen des gegossenen Bauteils aufgrund des Aufbringens der Presskraft auf das feste Werkzeugteil und das bewegliche Werkzeugteil erfolgen. Somit kann mittels eines einzigen Werkzeuges mit einem beweglichen und einem festen Teil sowohl das Füllen der Form als auch das eigentlich Pressen realisiert werden.
[57] In einem zusätzlichen Aspekt der Erfindung wird die Aufgabe gelöst durch ein Verfahren zum Gießen eines Bauteils mittels einer zuvor beschriebenen Gießvorrichtung und/oder einer zuvor beschriebenen Presse mit folgenden Schritten : - Befüllen von wenigstens zwei Dosierkavitäten mittels wenigstens eines Gießroboters mit Schmelze,
- Schließen des ersten Werkzeugteils und des zweiten Werkzeugteils zum Ausbilden der Form,
- Eintauchen von jeweils einem Stempel in die jeweilige Dosierkavität durch eine Bewegung des ersten Werkzeugteils oder des zweiten Werkzeugteils und Verdrängen der Schmelze aus den Dosierkavitäten durch die Fluidverbindungen in die Form,
- Verbinden der Schmelzen in der Form zu einem homogenen Bauteil .
[58] Somit wird ein vereinfachtes Verfahren zum Gießen eines Bauteils bereitgestellt, bei dem über lokal angeordnete Dosierkavitäten ein Füllen der Form und somit ein Gießen des Bauteils erfolgt. Vor allem ermöglicht das Verfahren das Gießen eines homogenen und/oder großflächigen Bauteils .
[59] In einem weiteren Aspekt der Erfindung wird die Aufgabe gelöst durch ein Bauteil, wobei das Bauteil nach einem zuvor beschriebenen Verfahren gefertigt ist.
[60] Aufgrund der Anpassung der Lage, Anzahl und/oder Größe der Dosierkavitäten an die Masseverteilung des zu fertigenden Bauteils wird ein sehr homogenes Bauteil mit erhöhter Festigkeit gefertigt. Zudem können Bauteile mit geringeren Wandstärken und/oder großflächigere Bauteile gefertigt werden. [61] Im Weiteren wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen
Figur 1 eine schematische Schnittdarstellung einer Presse mit einer
Druckgießvorrichtung und einem geöffneten Werkzeug mit Dosierkavitäten und Dosierbolzen,
Figur 2a die Presse aus Figur 1 mit geöffnetem
Werkzeug und gefüllten Dosierkavitäten,
Figur 2b die Presse aus Figur 2a mit geschlossenem
Werkzeug und eingetauchten Dosierbolzen,
Figur 2c die Presse aus Figur 2b mit weiterem
Eintauchen der Dosierbolzen und
Nachverdichten, und
Figur 2d die Presse aus Figur 2c bei
Konstanthalten der Presskraft.
[62] Eine Presse 101 weist eine Druckgießvorrichtung 103 und ein Werkzeug 105 auf. Das Werkzeug 105 besteht aus der Oberwerkzeuggrundplatte 111, dem formgebenden Oberwerkzeug 107 und dem Unterwerkzeug 109. Die Oberwerkzeuggrundplatte 111 ist an einem Pressenstößel 117 befestigt und weist zwei Dosierbolzen 123 auf. Die Oberwerkzeuggrundplatte 111 ist über zwei Federn 125 mit dem beweglichen formgebenden Oberwerkzeug 107 verbunden. Das Oberwerkzeug 107 weist oben zwei Distanzelemente 128 gegenüber der
Oberwerkzeuggrundplatte 111 auf. [63] Das Unterwerkzeug 109 ist an einem Pressentisch 119 befestigt und weist zwei Dosierkavitäten 121 auf. Beidseitig am Rand des Unterwerkzeugs 109 sind zwei Distanz zylinder 127 angebracht. Unterhalb des
Pressentisches 119 ist eine Tischauswerferplatte 129 angeordnet .
[64] Im Falle des Schließens des Werkzeuges 105 bilden das Oberwerkzeug 107 und das Unterwerkzeug 109 die Formkavität 113 aus.
[65] Die Dosierbolzen 123 sind in ihrer Länge auf eine untere Endlage des Oberwerkzeuges 107 abgestimmt. Die Distanz zylinder 127 des Unterwerkzeuges 109 weisen eine obere und eine untere Endlage auf.
[66] Folgende Arbeitsgänge werden mit der Presse 101, der Druckgießvorrichtung 103 und dem Werkzeug 105 realisiert:
[67] Bei geöffnetem Werkzeug 105 befindet sich der Pressenstößel 117 im oberen Totpunkt. Das bewegliche Oberwerkzeug 107 wurde abgesenkt und wird mit einer Federkraft der Federn 125 in seiner unteren Lage gehalten. Mittels zweier nicht gezeigter Gießroboter werden die beiden Dosierkavitäten 121 des Unterwerkzeugs 109 mit einem jeweils benötigten Schmelzevolumen aus einem nicht gezeigten zentralen Schmelzebehälter befüllt. Die Distanz zylinder 127 im Unterwerkzeug 109 stehen hierbei in ihrer oberen Endlage.
[68] Nach dem Befüllen der Dosierkavitäten 121 wird durch eine Bewegung des Pressenstößels 117 nach unten in eine Schließrichtung 131 das Werkzeug 105 geschlossen. Dabei wird zum einen das Oberwerkzeug 107 weiterhin zusätzlich zur Gewichtskraft durch die wirkenden Federn 125 mit einer vorgewählten Kraft nach unten gedrückt und zum anderen nun zusätzlich beim Schließen des Werkzeuges nach oben entgegen der Schließrichtung 131 gedrückt, bis die Distanzelemente 128 einen Weg zwischen dem beweglichen Oberwerkzeug 107 und der Oberwerkzeuggrundplatte 111 begrenzen. Erst beim Anschlag der Distanzelemente 128 an die
Oberwerkzeuggrundplatte 111 ist eine Stößelkraft größer als die Federkraft auf das Oberwerkzeug 107 übertragbar.
[69] Durch das Aufsetzen des Oberwerkzeuges 107 auf die Distanz zylinder 127 des Unterwerkzeuges 109 wird die Formkavität 113 geschlossen. Hierbei wird die Formkavität 113 jedoch noch nicht soweit geschlossen, dass eine zu fertigende Wandstärke eines zu fertigenden Bauteils erreicht ist. Das Schließen in Schließrichtung 131 wird fortgesetzt, wobei die Dosierbolzen 123 in die Dosierkavitäten 121 eintauchen und die Schmelzen aus den Dosierkavitäten 121 in die direkt angeschlossene Formkavität 113 verdrängen. Hierbei besteht die Schließkraft zwischen Oberwerkzeug 107 und Unterwerkzeug 109 lediglich aus einem Eigengewicht des beweglichen Oberwerkzeugs 107 und der Federn 125, sodass im Werkzeug 105 kein höherer Gießdruck entsteht.
[70] Das Füllen der Formkavität 113 wird beendet, wenn die Distanzelement 128 zwischen der festen
Oberwerkzeuggrundplatte 111 und dem beweglichen Oberwerkzeug 107 aufsitzen und eine Kraft übertragen. Daraufhin werden die Distanz zylinder 127 im Unterwerkzeug 109 entlastet und die Oberwerkzeuggrundplatte 111 und das bewegliche Oberwerkzeug 107 werden weiter in Schließrichtung 131 bewegt, bis das Werkzeug 105 soweit geschlossen ist, dass die eigentlichen Wandstärke des zu gießenden Bauteils erreicht ist. Dabei tauchen die Dosierbolzen 123 weiter in die Dosierkavitäten 121 ein und verdichten das gegossene Bauteil. Bei diesem Nachverdichten wird gleichzeitig über eine gesamte Fläche des Werkzeuges 105 die Stößelkraft auf das gegossene Bauteil ausgeübt.
[71] Die Stößelkraft wird aufrechterhalten und nach einem Erstarren des gegossenen Bauteils wird das Werkzeug 105 geöffnet. Anschließend wird das Bauteil zur Entnahme über die Tischauswerferplatte 129 im Pressentisch 119 angehoben.
[72] Somit wird eine Presse mit Druckgießvorrichtung und einem Werkzeug mit integrierten Dosierkavitäten und Dosierbolzen bereitgestellt, welche sehr kurze Fließwege bis zur Formkavität, einen geringen Form- und Werkzeugverschleiß und einen geringen Materialausschuss ermöglichen. Zudem wird ein sehr homogenes Bauteil mit einer komplexen, großflächigen Geometrie gefertigt.
Bezugszeichenliste 101 Presse
103 Druckgießvorrichtung
105 Werkzeug
107 Oberwerkzeug
109 Unterwerkzeug
111 Oberwerkzeuggrundplatte
113 Formkavität
117 Pressenstößel
119 Pressentisch
121 Dosierkavität
123 Dosierbolzen
125 Feder
127 Distanz zylinder
128 Distanzelement
129 Tischauswerferplatte 131 Schließrichtung

Claims

Patentansprüche :
1. Gießvorrichtung (103) zum Gießen eines Bauteils mittels eines Werkzeuges (105), welches eine Form (113) zum Ausformen des Bauteils aufweist, wobei die Gießvorrichtung eine Werkzeugaufnahme (111, 119) zum Aufnehmen des Werkzeuges aufweist, gekennzeichnet durch wenigstens zwei Dosierkavitäten (121), welchen jeweils eine Fluidverbindung zugeordnet ist, sodass in den Dosierkavitäten befindliche Schmelzen in die Form transferierbar sind.
2. Gießvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Gießvorrichtung die erste Dosierkavität , die erste Fluidverbindung, die zweite Dosierkavität und die zweite Fluidverbindung und/oder eine dritte Dosierkavität und eine dritte Fluidverbindung, eine vierte Dosierkavität und eine vierte Fluidverbindung, eine fünfte Dosierkavität und eine fünfte Fluidverbindung und/oder eine weitere Dosierkavität und eine weitere Fluidverbindung aufweist.
3. Gießvorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Werkzeug ein erstes Werkzeugteil (107) und ein zweites Werkzeugteil (109) aufweist, welche im Falles des Schließens die Form ausbilden .
4. Gießvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Werkzeugteil und das zweite Werkzeugteil mittels der Werkzeugaufnahme horizontal oder vertikal ausgerichtet sind.
5. Gießvorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Gießvorrichtung einen ersten Stempel (123), einen zweiten Stempel, einen
90 dritten Stempel, einen vierten Stempel, einen fünften Stempel und/oder einen weiteren Stempel aufweist, sodass die Schmelze in der jeweiligen Dosierkavität durch Eintauchen des jeweiligen Stempels über die jeweilige Fluidverbindung in die Form verdrängt wird.
Gießvorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Dosierkavitäten am und/oder im ersten Werkzeugteil und die Stempel am und/oder im zweiten Werkzeugteil oder umgekehrt angeordnet sind.
Gießvorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Dosierkavitäten direkt an und/oder in der Form angeordnet sind, sodass die Fluidverbindung oder die Fluidverbindungen eine Länge kleiner 50mm, insbesondere kleiner 20mm, bevorzugt kleiner 5mm aufweist oder aufweisen.
Gießvorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Gießvorrichtung wenigstens einen Gießroboter und/oder einen
Schmelzebehälter aufweist.
Presse zum Gießen eines Bauteils, wobei die Presse einen Antrieb zum Aufbringen einer Presskraft aufweist, gekennzeichnet durch eine Gießvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8.
Presse nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Werkzeugteil und/oder das zweite Werkzeugteil ein bewegliches Werkzeugteil (107) und ein festes Werkzeugteil (111) aufweist oder aufweisen, sodass über das bewegliche Werkzeugteil eine Bewegung der Stempel frei von einem Aufbringen der Presskraft realisierbar ist .
91
1. Verfahren zum Gießen eines Bauteils mittels einer Gießvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8 und/oder einer Presse nach Anspruch 9 oder 10, gekennzeichnet durch folgende Schritte:
- Befüllen von wenigsten zwei Dosierkavitäten mittels wenigstens eines Gießroboters mit Schmelze,
- Schließen des ersten Werkzeugteils und des zweiten Werkzeugteils zum Ausbilden der Form,
- Eintauschen von jeweils einem Stempel in die jeweilige Dosierkavität durch eine Bewegung des ersten Werkzeugteils oder des zweiten Werkzeugteils und Verdrängen der Schmelzen aus den Dosierkavitäten über die Fluidverbindungen in die Form,
- Verbinden der Schmelzen in der Form zu einem homogenen Bauteil .
2. Bauteil, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauteil nach einem Verfahren nach Anspruch 11 gefertigt ist.
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