DE102015101289B4

DE102015101289B4 - Verfahren für den Druckguss und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens

Info

Publication number: DE102015101289B4
Application number: DE102015101289.8A
Authority: DE
Inventors: Dirk Winterbach
Original assignee: Power-Cast Ortmann & Co KG GmbH
Current assignee: Power-Cast Ortmann & Co KG GmbH
Priority date: 2015-01-29
Filing date: 2015-01-29
Publication date: 2017-05-11
Anticipated expiration: 2035-01-30
Also published as: DE102015101289A1

Abstract

Verfahren für den Druckguss, insbesondere für den Zinkdruckguss oder Magnesiumdruckguss, im Warmkammer-Verfahren, mit zwei zueinander bewegbaren Werkzeughälften (10, 11), die im geschlossenen Zustand zwischen sich wenigstens eine Kavität (30) bilden, wobei wenigstens ein Ofen (20) vorgesehen ist, der mindestens einen Tiegel (21) aufweist, wobei im Tiegel (21) eine Schmelze (22) vorgesehen ist, die mit Hilfe von wenigstens einem Kolben (23) in die wenigstens eine Kavität (30) eingebracht wird, um beim Abkühlen zumindest einen Gegenstand zu formen, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den beiden Werkzeughälften (10, 11) mehrere Kavitäten (30) vorgesehen sind, in die Schmelze (22) eingebracht wird, um in einem Verfahrensschritt mehrere Gegenstände zu formen und dass mehrere Kolben (23) vorgesehen sind, die die Schmelze (22) in die Kavitäten (30) bringen, wobei die Kolben (23) zeitlich versetzt betätigt werden und die Kavitäten (30) so auch zeitlich versetzt mit Schmelze (22) befüllt werden.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren für den Druckguss, insbesondere für den Zinkdruckguss und den Magnesiumdruckguss und eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens. Druckgussverfahren sind hinlänglich bekannt. Hierbei wird in eine sogenannte Kavität mit viel Druck und unter hoher Geschwindigkeit eine flüssige Schmelze eingebracht, abgewartet bis die Schmelze erstarrt ist und der so entstandene Gegenstand dann ausgeworfen. Die Stückzahl, die durch ein solches Verfahren erzielt werden kann, hängt überwiegend von der Dauer des Erstarrungsprozesses ab, welcher wiederum abhängig ist von der Wandstärke des herzustellenden Gegenstandes.
Die DE 2 211 952 beschreibt eine Gießmaschine und ein Verfahren zum Gießen von Gegenständen aus Metall. Hierbei sind zwei Werkzeughälften vorgesehen, welche eine Kavität (Formhohlraum) zwischen sich bilden, in welche die flüssige Schmelze eingebracht wird, um einen Gegenstand durch Gießen herzustellen. Hier ist die Stückzahl der Maschine nicht variabel, sondern hängt, wie beschrieben, von den Abkühlzeiten des herzustellenden Werkstückes ab.
Das Dokument DE 39 31 194 A1 beschreibt eine Warmkammerdruckgussmaschine, bei der mehrere Kolben vorgesehen sind, die gleichzeitig die Schmelze in eine große Kavität hineindrücken. Diese Maschine wird verwendet, um besonders großflächige Gussstücke herzustellen.
Sieht man nun in den beiden Werkzeughälften mehrere Kavitäten vor, um mit einem Verfahrensschritt mehrere Gegenstände herzustellen, so können zwischen den Werkstücken sehr hohe Sprengkräfte auftreten, die das Werkzeug beschädigen. Außerdem ist es dann schwierig, die in den Kavitäten befindliche Luft komplett zu verdrängen, so dass es zu Lufteinschlüssen und fehlerhaften Gegenständen kommen kann. Des Weiteren ist die Schmelze bereits sehr weit abgekühlt bis sie die entfernteren Kavitäten erreicht, was ebenfalls zu fehlerhaften Gegenständen führen kann.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein bekanntes Gussverfahren dahingehend zu verbessern, dass höhere Stückzahlen erzielt werden können. Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung für die Durchführung dieses Verfahrens bereitzustellen. Diese Aufgaben werden durch die kennzeichnenden Merkmale der Ansprüche 1 und 15 gelöst, denen folgende besondere Bedeutung zukommt.
Das erfindungsgemäße Verfahren für den Druckguss ist ein Warmkammerverfahren und sieht vor, dass zwischen den beiden Werkzeughälften mehrere Kavitäten vorgesehen sind, in die die Schmelze eingebracht wird, um mehrere Gegenstände zu formen. Des Weiteren sind auch mehrere Kolben vorgesehen, die die Schmelze in die Mehrzahl von Kavitäten einbringen, wobei die Kolben zeitlich versetzt betätigt werden, so dass die Kavitäten auch zeitlich versetzt mit Schmelze befüllt werden. Hierdurch können durch einen einzigen Gießvorgang mehrere Gegenstände hergestellt werden. Der zeitliche Versatz der Kolben ist dabei zeitlich relativ gering in Betracht auf die Dauer eines kompletten Produktionszyklus. Die Abkühlzeit ist hierbei immer noch die am längsten dauernde Zeitspanne, so dass die Produktivität des erfindungsgemäßen Verfahrens deutlich höher ist als die eines herkömmlichen Verfahrens. Außerdem werden die erforderlichen Zuhaltekräfte durch den Zeitversatz der Kolbenbetätigung reduziert.
Bevorzugt ist die Spanne des Zeitversatzes bei der Kolbenbetätigung abhängig von Größe bzw. der Wandstärke der herzustellenden Gegenstände. So kann für jede Art von Gegenständen der entsprechende Zeitversatz angepasst werden.
In einer bevorzugten Ausführungsform sind Module vorgesehen, in welchen die Kavitäten angeordnet sind. Jedes der Module ist dabei in einer der Werkzeughälften befindlich, wobei in der oberen und der unteren Werkzeughälfte jeweils zueinander passende Paare von Modulen angeordnet sind. Hierbei kann jede der Werkzeughälften auch mehrere Module aufnehmen, wobei in einem Modul bevorzugt jeweils identisch geformte Kavitäten vorgesehen sind. Eine Werkzeughälfte kann jedoch Module mit verschieden geformten Kavitäten aufweisen. In einem derartigen Fall ist es vorteilhaft, wenn die in den unterschiedlich geformten Kavitäten herzustellenden Gegenstände ähnliche Wandstärken aufweisen, um dadurch ähnliche Abkühlzeiten zu besitzen.
Bevorzugterweise sind die Kavitäten in einem Modul möglichst symmetrisch verteilt. Diese werden dann ebenfalls symmetrisch von den Kolben mit der flüssigen Schmelze beschickt. Dies hilft dabei auftretende Sprengkräfte und benötigte Zuhaltekräfte der Werkzeuge zu minimieren.
In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel besitzt jedes der Module eine Vorspanneinheit, wie beispielsweise einen Kniehebel. Diese Vorspanneinheit sorgt dafür, dass das Modul die richtige Vorspannung aufweist, um die aufkommenden Sprengkräfte aufzunehmen und das Gussverfahren korrekt durchführen zu können. Hierzu kann an jedem der Module auch noch ein Kraftsensor vorgesehen sein, der die Zuhaltekraft, die durch die Vorspanneinheit unterstützt wird, zu überprüfen. Wird vom Kraftsensor eine Abweichung der Zuhaltekraft festgestellt, wird das Verfahren unterbrochen, um Beschädigungen an den Modulen oder Werkzeugen bzw. die Produktion von fehlerhaften oder schadhaften Gegenständen zu vermeiden. Hierbei kann jedes Modul kann höhenverstellbar ausgeführt sein, um die Module optimal im Werkzeug ausrichten zu können.
In einem besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel sind die beiden Werkzeughälften in senkrechter Richtung übereinander angeordnet. Dies hat u.a. den Vorteil, dass hierdurch beim Gießprozess ein verkürzter Gusszapfen entsteht. Dieser Gusszapfen wird üblicherweise wieder eingeschmolzen und der flüssigen Schmelze zugeführt, wofür jedoch die entsprechende Schmelzenthalpie aufgebracht werden muss.
Bevorzugterweise werden die Module, die an der unteren Werkzeughälfte angeordnet sind, durch reine Magnetkraft gehalten. Die Module an der oberen Werkzeughälfte werden zunächst ebenfalls mittels Magnetkraft an der oberen Werkzeughälfte angeordnet, dann aber nochmals mit einer zusätzlichen lösbaren Sicherung, wie beispielsweise einer Verschraubung oder einer Verclipsung gegen Herunterfallen gesichert. Dies ist notwendig, damit die einzelnen Module auch in der oberen Werkzeughälfte während des Gießprozesses und insbesondere während des Öffnens und des Schließvorgangs des Werkzeuges sicher gehalten bleiben.
Die untere Werkzeughälfte ist fest und unbeweglich montiert, während die obere Werkzeughälfte zur unteren Werkzeughälfte beweglich ist. Die obere Werkzeughälfte wird in Richtung der unteren Werkzeughälfte gefahren und dann wird mittels der Kolben die Schmelze in die Kavitäten eingebracht. Nach dem Abkühlvorgang wird die obere Werkzeughälfte wieder nach oben bewegt und die gegossenen Gegenstände durch Auswerfer aus der oberen Werkzeughälfte entfernt. Üblicherweise wird zwischen den einzelnen Gießvorgängen im Bereich der Kavitäten ein Trennmittel aufgebracht, bevor die obere Werkzeughälfte wieder auf die untere Werkzeughälfte gefahren wird, um die nächsten Gegenstände zu gießen. Dieses Trennmittel sorgt dafür, dass der im Gießprozess hergestellte Gegenstand sich gut aus der Kavität lösen lässt.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung, mit der das zuvor beschriebene Verfahren durchgeführt werden kann, umfasst eine Steuerung, die die zeitlich versetzte Bewegung der Kolben steuert. Dieser zeitliche Versatz der Kolben ist jedoch einstellbar, beispielsweise in Abhängigkeit der herzustellenden Gegenstände, der Wandstärke etc.
Weitere Vorteile und Ausführungsbeispiele ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, den Unteransprüchen sowie den Zeichnungen. In den Figuren ist eine erfindungsgemäße Vorrichtung dargestellt. Es zeigen:
1: eine erfindungsgemäße Vorrichtung mit Modulen,
2: ein oberes und ein unteres Modul der erfindungsgemäßen Vorrichtung,
3: die Draufsicht auf ein Modul.
1 zeigt eine Vorrichtung für ein Druckgussverfahren, insbesondere für den Zinkdruckguss oder den Magnesiumdruckguss. Es handelt sich hierbei um ein Warmkammerverfahren. Hierbei ist ein Ofen 20 vorgesehen, welcher einen Tiegel 21 enthält, in dem sich eine flüssige Schmelze 22 des Werkstoffes befindet, aus dem die Gegenstände hergestellt werden sollen. Ebenfalls im Tiegel 21 angeordnet ist der Kolben 23, der die warme Schmelze 22 in die Kavitäten 30 in den Modulen 31 einbringt, wenn die beiden Werkzeughälften 10, 11 geschlossen sind. Man erkennt hier, dass sowohl die obere Werkzeughälfte 10 als auch die untere Werkzeughälfte 11 jeweils mehrere Module 31 aufweist, in welchen die hier nicht dargestellten Kavitäten angeordnet sind. Die obere Werkzeughälfte 10 ist dabei senkrecht oberhalb der unteren Werkzeughälfte 11 angeordnet und wird heruntergefahren, während die untere Werkzeughälfte 11 fest und unbeweglich angeordnet ist. Die Module 31 an der unteren Werkzeughälfte 11 werden mit hier nicht dargestellten Magnetplatten gehalten und jeweils mit Hilfe eines ebenfalls nicht gezeigten Kniehebels mit einer Vorspannung versehen. Die Modelle 13 in der oberen Werkzeughälfte 10 werden bei der Montage auch erst durch Magnetkräfte gehalten, dann aber noch durch eine zusätzliche lösbare Sicherung, wie eine Verschraubung, Verclipsung oder Ähnliches zusätzlich an der oberen Werkzeughälfte 10 festgelegt. Auch die in der oberen Werkzeughälfte 10 befindlichen Module 31 werden jeweils mittels einzelner Kniehebel mit einer Vorspannung versehen.
2 zeigt das Zusammenpassen zweier Module 31. Das im oberen Bereich dargestellte Modul 31 kann in die obere Werkzeughälfte 10 montiert werden, während das weiter unten dargestellte Modul 31 in der unteren Werkzeughälfte 11 angeordnet wird. Dazwischen bildet sich die Kavität 30, die die Form der durch das Gießverfahren herzustellenden Gegenstände aufweist.
Einen weiteren Blick auf ein solches Modul 31 im unteren Werkzeug 11 zeigt 3. Auch hier erkennt man die Kavität 30, die an die Form des herzustellenden Gegenstandes angepasst ist. Die Erfindung sieht hierbei vor, dass in einem Modul 31 mehrere Kavitäten 30 vorgesehen sind, die hier jedoch alle identisch ausgeführt sind. Mehrere Module 31, die in den beiden Werkzeughälften 10, 11 montiert sind, können jedoch unterschiedlich geformte Kavitäten 30 aufweisen. Hierbei ist es vorteilhaft, wenn die herzustellenden Gegenstände in etwa gleiche Wandstärken aufweisen.
Abschließend sei noch darauf hingewiesen, dass die hier dargestellten Ausführungsformen lediglich beispielhafte Verwirklichungen der Erfindung sind. Diese ist nicht darauf beschränkt. Es sind vielmehr noch Abwandlungen und Abänderungen möglich. So können in einem Modul auch Kavitäten mit unterschiedlicher Gestaltung und Form vorgesehen sein. Auch können die Werkzeughälften horizontal zueinander angeordnet sein.
Bezugszeichenliste

10: Obere Werkzeughälfte
11: Untere Werkzeughälfte
20: Ofen
21: Tiegel
22: Schmelze
23: Kolben
30: Kavität
31: Modul

Claims

Verfahren für den Druckguss, insbesondere für den Zinkdruckguss oder Magnesiumdruckguss, im Warmkammer-Verfahren, mit zwei zueinander bewegbaren Werkzeughälften (10, 11), die im geschlossenen Zustand zwischen sich wenigstens eine Kavität (30) bilden, wobei wenigstens ein Ofen (20) vorgesehen ist, der mindestens einen Tiegel (21) aufweist, wobei im Tiegel (21) eine Schmelze (22) vorgesehen ist, die mit Hilfe von wenigstens einem Kolben (23) in die wenigstens eine Kavität (30) eingebracht wird, um beim Abkühlen zumindest einen Gegenstand zu formen, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den beiden Werkzeughälften (10, 11) mehrere Kavitäten (30) vorgesehen sind, in die Schmelze (22) eingebracht wird, um in einem Verfahrensschritt mehrere Gegenstände zu formen und dass mehrere Kolben (23) vorgesehen sind, die die Schmelze (22) in die Kavitäten (30) bringen, wobei die Kolben (23) zeitlich versetzt betätigt werden und die Kavitäten (30) so auch zeitlich versetzt mit Schmelze (22) befüllt werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Spanne des Zeitversatzes der Betätigung der Kolben (23) abhängig von Größe und Wandstärke der herzustellenden Gegenstände ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass jede Kavität (30) in einem Modul (31) befindlich ist, welches in einer der Werkzeughälften (10, 11) angeordnet ist.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass in einer Werkzeughälfte (10, 11) mehrere Module (31) angeordnet sind, welche jeweils modulweise identisch geformte Kavitäten (30) aufweisen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Kavitäten (30) möglichst symmetrisch innerhalb eines Moduls (31) verteilt sind.
Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass jedes der Module (31) eine Vorspanneinheit besitzt.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorspanneinheit als Kniehebel ausgeführt ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass jedes der Module (31) einen Kraftsensor besitzt, der die Zuhaltekraft überwacht.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren unterbrochen wird, wenn der Kraftsensor Abweichungen in der Zuhaltekraft feststellt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Modul (31) höhenverstellbar ausgeführt ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Werkzeughälften (10, 11) in senkrechter Richtung übereinander angeordnet sind.
Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 10 und 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Module (31) an der unteren Werkzeughälfte (11) durch Magnetkraft gehalten werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 10 und 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Module (31) an der oberen Werkzeughälfte (10) durch Magnetkraft und eine zusätzliche lösbare Sicherung, wie eine Verschraubung, gehalten werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die untere Werkzeughälfte (11) fest ist und dass die obere Werkzeughälfte (10) zur unteren Werkzeughälfte (11) beweglich ist.
Vorrichtung zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass eine Steuerung vorgesehen ist, die die zeitlich versetzte Bewegung der Kolben (23) steuert, wobei dieser zeitliche Versatz je nach herzustellendem Gegenstand einstellbar ist.