DE19544716A1 - Druckgießmaschine mit Füllkammer und Temperierverfahren - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Temperierverfahren für eine Druckgießmaschine mit Füllkammer nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und eine Druckgießmaschine mit Füllkammer nach dem Oberbegriff des Anspruchs 12.

Das Gießsystem einer Druckgießmaschine zum Gießen von Aluminium, Zink, Magnesium, deren Legierungen und anderen Metallen besteht aus einer horizontal liegenden oder vertikal stehenden, zylindrischen Füllkammer, die im Falle der weitverbreiteten Kaltkammermaschine als unbeheizte Kaltkammer betrieben wird. Die hier weiter beschriebene horizontale Füllkammer wird über eine im formabgewandten Bereich befindliche, üblicherweise oben liegende Einfüllöffnung mit einer möglichst genau positionierten Metallschmelze befüllt. Das Befüllen, auch Dosieren genannt, erfolgt meist über eine Gießrinne oder auch durch einen Gießlöffel. Die Füllkammer wird von hinten durch den Druckkolben verschlossen. Bereits während des Einfüllens der Schmelze erwärmt sich die mit der Schmelze in Berührung stehende Innenfläche der Füllkammer sehr rasch, wobei diese Erwärmung örtlich sehr unterschiedlich ausfällt. So tritt beispielsweise direkt unter der Einfüllöffnung die stärkste Erwärmung auf, bei der die Oberfläche des Stahles deutlich über die bei etwa 550-600°C liegende Schädigungsgrenze erwärmt wird. Nach dem Befüllungsvorgang mit einem meist bei 50 bis 60% liegenden Füllgrad wird der Kolben in Bewegung gesetzt und das flüssige Metall zunächst langsam in Richtung Gießform durch den Gießkanal geschoben (Gießphase I), um es kurz vor Eintritt des Metalls in die Form mit hoher Geschwindigkeit in dieselbe einzuschießen. (Gießphase II). Normalerweise wird abschließend über den Druckkolben der Druck auf das noch flüssige Metall erhöht (Gießphase III), um das Erstarrungsdefizit auszugleichen und Gashohlräume zusammenzupressen. Der Füllgrad der Kammer wird so gewählt, daß noch in der langsamen Gießphase I die Einfüllöffnung mit Sicherheit verschlossen wird, ohne daß bereits Schmelze in den Formhohlraum gelangt.

Das Gießsystem ist beispielsweise in Ernst Brunhuber, "Praxis der Druckgußfertigung", Verlag Schiele und Schön, Berlin 1991 und in "The Diecasting Book" von Althur C. Street, Portcullis Press Ltd, Reedhill, England 1986, beschrieben.

Die aus Warmarbeitsstahl bestehende Füllkammer, auch Kaltkammer genannt, wird in ihrer Temperatur nicht geregelt.

Das bekannte Gießsystem hat eine Reihe von thermischen Nachteilen, die zu einem schwer kontrollierbaren Prozeß insbesondere im Hinblick auf die Temperatur und die Eingießgeschwindigkeit der Schmelze in die Form (Schuß) führen. So zeigen Temperaturmessungen in Füllkammern, daß die Schmelze in der Kaltkammer einen großen Temperatursturz erfährt, der je nach Verweildauer der Schmelze in der Füllkammer sowie Wanddicke und örtlichen Ausgangstemperaturen der Kammer sehr unterschiedlich ausfallen kann. Dieser Temperatursturz liegt bei einer für Aluminiumiegierungen üblicherweise praktizierten Einfülltemperatur von 700 bis 750°C zwischen 50 und 120°C. Stellt der Gießer fest, daß sein Gußteil Kaltlaufstellen besitzt, so erhöht er die Eingießtemperatur der Schmelze in die Füllkammer und vielleicht noch die Bewegungsgeschwindigkeit des Gießkolbens so lange, bis kein Kaltlauf mehr eintritt. Die Erhöhung der Schmelzetemperatur ist andererseits aber wegen der dadurch erheblich erhöhten Metallverluste (Oxidation) sowie des zusätzlichen Energiebedarfs sehr kostspielig und wegen der damit einhergehenden deutlich erhöhten Wasserstoffaufnahme der Schmelze qualitätsbeeinträchtigend. Mit der Erhöhung der Schmelzetemperatur wird auch der beim Eindosieren an der Stahlinnenwand der Füllkammer eintretende Thermoschock erheblich verstärkt, was die Lebensdauer der Füllkammer drastisch verkürzt. Das sich aus dieser Schmelzeüberhitzung zwangsläufig ergebende heißere Gießen erhöht außerdem in der Gießform den auf die Formoberfläche einwirkenden Thermoschock und vermindert somit auch die Lebensdauer der teuren Dauerform.

Bei der heute verwendeten Kaltkammer entsteht im Auftreffbereich des Gießstrahls am Boden der Kammer ein "hot-spot" und eine Strömungserosion, was rasch zu Heißrissen, Ausbröckelungen und Auswaschungen des Warmarbeitsstahles an dieser Stelle führt. Die Folge ist, daß sich erstarrende Schmelze unterschiebt, der Kolben nicht mehr ausreichend abdichtet und die Kolbenbewegung bis hin zum Kolbenklemmer beeinträchtigt wird. In der Praxis versucht häufig der Gießer, das Eintreten dieser Schädigung durch Einfüllen von Schmieröl in die Füllkammer zu verzögern, was aber durch die beim Kontakt mit dem flüssigen Metall eintretenden, heftigen Verbrennungsreaktionen zu so großen Qualitätsbeeinträchtigungen des Gießmetalles führt, daß diese Methode für Qualitätsguß ausscheidet.

Ein weiterer gravierender Nachteil ergibt sich daraus, daß eine verschlissene Füllkammer wiederholt dadurch instandgesetzt wird, daß sie innen ausgedreht wird. Dadurch verringert sich zwangsläufig mehr und mehr ihre Wanddicke mit der Folge, daß sie im stationären Betrieb immer kälter fährt.

Die Kaltkammer führt zu dem weiteren Nachteil, daß an der zu Beginn des Eindosierens relativ kalten Formwand Vorerstarrungen und Ausscheidungen von Primärphasen eintreten, die beispielsweise beim Vergießen übereutektischer Aluminiumlegierungen zu großen Qualitäts- und Fertigungsproblemen führen können. So scheiden sich aus einer Legierung vom Typ G-AlSi17 Siliziumphasen aus, die agglomerieren, sich als grobe Siliziumansammlungen im Gußstück wiederfinden und damit dessen Eigenschaften beeinträchtigen. Außerdem wirken die in der Schmelze schwimmenden Siliziumausscheidungen beim Einschuß der Schmelze in die Form wie eine Raspel und zerstören in kürzester Zeit die Formoberfläche durch mechanischen Abrieb.

Ein weiterer Schwachpunkt der Kaltkammer besteht in dem durch die asymmetrische Erwärmung des unteren Teils der Kammer und den hot-spot-Bereich zwangsläufig bedingten Verzug der Kammer, was einen relativ großen Spalt zwischen Kammer und Kolben zur Folge hat. Damit dieser Spalt nicht zu einem Kolbenklemmer führt, muß der Kolben während des gesamten Eindosier- und Gießvorganges stark gekühlt werden, damit sich zur Abdichtung eine feste Schale erstarrter Schmelze über den Spalt legt. Diese Kühlung führt aber zu einer erheblichen Schmelzeabkühlung über die gesamte Kolbenstirnfläche.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Temperierverfahren bzw. eine Druckgießmaschine mit Füllkammer zu schaffen, bei dem bzw. der die Schmelze während des Einfüllens, Vorschiebens und Einschießens in ihrer Temperatur besser kontrolliert und in ihrer Qualität verbessert und gleichzeitig der Thermoschockverschleiß sowie die Störanfälligkeit der Füllkammer verringert werden können.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Temperierverfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 bzw. eine Druckgießmaschine mit Füllkammer mit den Merkmalen des Anspruchs 12 gelöst.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird eine Füllkammer 1 mit einem im Inneren des Füllkammermantels 2 angeordneten Wärmeleitkörper 3 verwendet, wobei der Abstand "d" des Wärmeleitkörpers 3 zur inneren Oberfläche 5 der Füllkammer umgekehrt proportional dem zu erwartenden Eintrittswärmestrom von der Schmelze 4 zur inneren Oberfläche 5 ist und die absolute Dicke "d" der verbleibenden Stahlschicht 8 so bemessen ist, daß der Temperaturanstieg der Stahlschicht 8 einen vorgegebenen Höchstwert nicht überschreitet. Die Füllkammer 1 befindet sich vor dem ersten Eindosieren der Schmelze 4 auf dem gewünschten Temperaturniveau T1, z. B. nach Aufheizung mittels einer am äußeren Umfang angeordneten elektrischen Heizmanschette 10.

Während des Einfüllens der Schmelze 4 durch die Einfüllöffnung 7 erwärmt sich zunächst der Boden 6 direkt unter der Einfüllöffnung 7 und danach eine immer größere Fläche des Bodenbereiches und mit ansteigendem Schmelzespiegel auch der seitliche Wandbereich bis zu der dem Füllgrad entsprechenden Höhe. Während dieser Einfüllperiode ist im unmittelbar unter der Einfüllöffnung befindlichen Bodenbereich 6 durch das ständige Nachströmen heißer Schmelze 4 ein deutlich höherer Wärmestrom zur Kammerwand zu verzeichnen als in den weiter entfernten Bereichen. Die in diesem Flächenbereich erfindungsgemäß dünner gehaltene Stahlschicht "d" transportiert die Wärme durch den infolge der dünneren Schicht steileren Temperaturgradienten rascher zum Wärmeleitkörper 3 als in den dicker gehaltenen Nachbarbereichen.

Der Wärmeleitkörper 3 besitzt die mindestens fünffache Wärmeleitfähigkeit des Füllkammermaterials 8, so daß bei Aufnahme und Ableitung des Wärmestromes innerhalb des Wärmeleitkörpers 3 nur ein geringer Temperaturgradient entsteht. Dieser Umstand führt zusammen mit der bewußt großvolumigen Auslegung des Wärmeleitkörpers 3 dazu, daß der untere Bezugspunkt des Temperaturgefälles der Stahlschicht (Berührungspunkt mit dem Wärmeleitkörper) fast nur um den Betrag ansteigt, um den sich der ganze Wärmeleitkörper 3 erwärmt. Somit dient erfindungsgemäß der Wärmeleitkörper 3 nicht nur als rascher Wärmeleiter, sondern gleichzeitig auch als großer, zeitweiliger Wärmespeicher.

Diese Eigenschaft, auch einen kurzzeitig hohen Wärmestrom ohne die Folge eines merklichen Anstiegs des Temperaturniveaus an der Grenzschicht zur inneren Stahlschicht aufzunehmen, ermöglicht nun, daß die Füllkammer in einem auf hoher Temperatur befindlichen Zustand befüllt werden und gleichzeitig der Temperaturanstieg der Innenwand während des Befüllens und Gießens gering gehalten werden kann. Außerdem ermöglicht sie, die Eindosiertemperatur der Schmelze einerseits und die Gießtemperatur andererseits gegenüber dem bisherigen Zustand abzusenken.

Durch den über die dünne Stahlschicht und den großvolumigen Wärmeleitkörper gewährleisteten Wärmestrom wird die Füllkammerinnentemperatur in ihrem Anstieg so gering gehalten, daß die Temperaturschädigungsgrenze des Stahles nicht überschritten wird und andererseits die Schmelzeabkühlung möglichst gering bleibt. Auch nach Beendigung des gemessen am gesamten Arbeitszyklus kürzen Eindosier- und Gießvorganges transportiert der Wärmeleitkörper in seinem Innern die Wärme weiter über den gesamten Umfang der Füllkammer, über die Länge und an die äußere Stahlschicht der Füllkammer.

Die Dicke der äußeren Stahlschicht 9 ist so bemessen, daß bei der gewünschten mittleren Temperatur der Füllkammerwand die Durchleitung der Wärme durch die äußere Stahlschicht 9 und die Abgabe an die Umgebung durch natürliche Konvektion und Strahlung etwa der Wärmemenge entspricht, die im Innern von der Schmelze aufgenommen wurde. Zu berücksichtigen ist, daß sich die Wärmeabgabe über den gesamten Arbeitszyklus erstreckt, während die Wärmeaufnahme nur kurzzeitig erfolgt.

Durch den Wärmeleitkörper 3 hat sich vor dem nächsten Eindosieren die Temperatur über den Umfang und die Länge der Füllkammer ausgeglichen und befindet sich auf dem gewünschten Niveau. Nun läuft der wärmetechnische Vorgang bei jedem folgenden Arbeitszyklus aufs neue ab.

Bei einer vorteilhaften Weiterbildung des Verfahrens wird die äußere Oberfläche der Füllkammer bei Bedarf mittels einer Temperiereinrichtung 10, z. B. einer elektrischen Beheizung, in ihrer Temperatur geregelt. Dadurch läßt sich bei Bedarf ein veränderter Füllgrad der Füllkammer, eine veränderter Zeitablauf und eine veränderte Gießtemperatur praktizieren, ohne daß sogleich die Schmelzetemperatur erhöht werden muß.

Bei der Druckgießmaschine mit Füllkammer besteht die zylindrische, horizontale Füllkammer 1 auf ihrer gesamten Länge oder auf einer Teillänge über ihren ganzen Umfang oder einen Teilumfang aus einem inneren Mantel 8, vorzugsweise aus einem Warmarbeitsstahl, einem direkt mit diesem metallisch fest verbundenen Wärmeleitkörper 3, vorzugsweise aus einem gut wärmeleitenden Kupferwerkstoff, und einem metallisch fest mit dem Wärmeleitkörper und an den Enden oder anderen Stellen mit dem inneren Mantel verbundenen äußeren Mantel 9, vorzugsweise ebenfalls aus einem Warmarbeitsstahl oder auch einem anderen Stahl, wobei der in die Füllkammerwand eingebettete Wärmeleitkörper 3 sich stellenweise oder flächenweise in seiner Dicke und Form unterscheiden kann.

Die Dicke des inneren Mantels "d", d. h. der Abstand der inneren Zylinderfläche 5 zum Wärmeleitkörper, ist so dimensioniert, daß sie umgekehrt proportional dem zu erwartenden Eintrittswärmestrom, d. h. dem von der eingefüllten Schmelze 4 in die innere Oberfläche der Füllkammer 5 eintretenden Wärmestrom ist. Vorteilhafterweise kann diese Dicke zwischen 0,1 und 30 mm liegen.

Diese Ausstattung der Füllkammer 1 mit einem Wärmeleitkörper 3 kann auf den der Einfüllöffnung 7 gegenüberliegenden Füllkammerbereich 6, den hot spot-Bereich, begrenzt sein oder sich auf einen bezüglich Länge und Umfang größeren Bereich bis hin zur gesamten Füllkammerlänge erstrecken.

Der Wärmeleitkörper 3 besitzt im Verhältnis zum Füllkammermaterial 8 mindestens die fünffache Wärmeleitfähigkeit, so daß bei Aufnahme und Ableitung des Wärmestromes innerhalb des Wärmeleitkörpers nur ein geringer Temperaturgradient entsteht. Dieser Umstand führt zusammen mit der bewußt großvolumigen Auslegung des Wärmeleitkörpers 3 dazu, daß der untere Bezugspunkt des Temperaturgefälles der Stahlschicht 8 (Berührungspunkt mit dem Wärmeleitkörper) fast nur um den Betrag ansteigt, um den sich der ganze Wärmeleitkörper 3 erwärmt. Somit dient erfindungsgemäß der Wärmeleitkörper 3 als rascher Wärmeleiter und gleichzeitig als großer, zeitweiliger Wärmespeicher.

Diese Eigenschaft, auch einen kurzzeitig hohen Wärmestrom ohne die Folge eines merklichen Anstiegs des Temperaturniveaus an der Grenzschicht zur inneren Stahlschicht aufzunehmen, ermöglicht nun, daß die Füllkammer in einem auf höherer Temperatur befindlichen Zustand befüllt werden und gleichzeitig der Temperaturanstieg der Innenwand während des Befüllens und Gießens gering gehalten werden kann. Außerdem ermöglicht sie, die Eindosiertemperatur der Schmelze einerseits und die Gießtemperatur andererseits gegenüber dem bisherigen Zustand abzusenken.

Durch den über die dünne Stahlschicht 8 und den großvolumigen Wärmeleitkörper 3 gewährleisteten Wärmestrom wird die Füllkammerinnentemperatur in ihrem Anstieg so gering gehalten, daß die Temperaturschädigungsgrenze des Stahles nicht überschritten und andererseits die Schmelzeabkühlung möglichst gering gehalten wird. Auch nach Beendigung des gemessen am gesamten Arbeitszyklus kürzen Eindosier- und Gießvorganges transportiert der Wärmeleitkörper 3 in seinem Innern die Wärme weiter über den gesamten Umfang der Füllkammer 1, über die Länge und an die äußere Stahlschicht der Füllkammer.

Die Dicke der äußeren Stahlschicht 9 ist so bemessen, daß bei der gewünschten mittleren Temperatur der Füllkammerwand die Durchleitung der Wärme durch die äußere Stahlschicht und die Abgabe an die Umgebung durch natürliche Konvektion und Strahlung etwa der Wärmemenge entspricht, die im Innern von der Schmelze 4 aufgenommen wurde. Zu berücksichtigen ist, daß sich die Wärmeabgabe über den gesamten Arbeitszyklus erstreckt, während die Wärmeaufnahme nur kurzzeitig erfolgt.

Durch den Wärmeleitkörper 3 hat sich vor dem nächsten Eindosieren die Temperatur über den Umfang und die Länge der Füllkammer ausgeglichen und befindet sich auf dem gewünschten Niveau T1. Nun läuft der wärmetechnische Vorgang bei jedem folgenden Arbeitszyklus aufs neue ab.

Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird die äußere Oberfläche der Füllkammer in ihrer Temperatur bei Bedarf mittels einer Temperiereinrichtung 10, z. B. einer elektrischen Beheizung geregelt. Dadurch läßt sich bei Bedarf ein veränderter Füllgrad der Füllkammer, eine veränderter Zeitablauf und eine veränderte Gießtemperatur praktizieren, ohne daß sogleich die Schmelzetemperatur erhöht werden muß.

Eine Variante der Erfindung kann darin bestehen, daß zwei oder noch mehr Wärmeleitkörper verwendet werden, die vorteilhafterweise für den Fall, daß sie aneinander angrenzen, durch eine thermische Sperre entkoppelt sein können. So könnte der der Einfüllöffnung gegenüberliegende Bereich im Innern der Füllkammerwand einen separaten Wärmeleitkörper aufweisen, der beispielsweise zusätzlich einen inneren Temperierkanal zur Flüssigkeitstemperierung (Kühlung oder Beheizung) enthält.

Die sichere Funktion des erfindungsgemäßen inneren Wärmeleitkörpers 3 erfordert einen ungehinderten Wärmeübergang an den jeweiligen Berührungsflächen von Füllkammermaterial - insbesondere des inneren Mantels 8 - und Wärmeleitkörper. Die hierfür unabdingbare feste und dauerhafte Verbindung der Materialien wird durch einen Hochtemperatur-Hochdruck-Diffusionsvorgang erzeugt.

Vorteilhafterweise kann beispielsweise im Wärmeleitkörper in der Nähe des inneren Mantels ein Mantelthermoelement vorgesehen werden, bei welchem der Mantel metallisch fest durch eine Hochtemperatur-Hochdruck-Diffusion mit dem umgebenden Material verbunden wurde.

Die vorliegende Erfindung erbringt den Vorteil, daß sie die Anwendung einer auf einem höheren Temperaturniveau befindlichen "Thermo-Kammer" mit exakt einstellbaren sowie reproduzierbaren thermischen Verhältnissen ermöglicht und dadurch sowohl ein kälteres Befüllen als auch ein kälteres Gießen möglich wird. Durch die Begrenzung der Innenflächentemperatur der Füllkammer wird deren Lebensdauer erheblich verlängert und ein weitgehend störungsfreies Gießen ermöglicht, was für die Produktivität der Fertigung und die Qualität der Gußteile entscheidende Verbesserungen erbringt. Das über den Umfang und die Länge gleichförmige Temperaturfeld (isotherme Verhältnisse) erbringt den Vorteil einer verzugsfreien Füllkammer. Dadurch kann der Spalt zwischen Druckkolben 11 und Füllkammerwand 2 gering gehalten werden, was eine exakte und reibungsarme Kolbenbewegung und damit in einem entscheidenden Punkt reproduzierbare Gießbedingungen ermöglicht. Dadurch kann auch der Kolbenverschleiß gering gehalten und die Kolbenkühlung im Gießtakt während der Eindosierperiode zurückgenommen werden.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Im folgenden wird die Erfindung anhand von in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen erläutert.

Fig. 1a zeigt einen Längsschnitt durch die erfindungsgemäße Füllkammer 1 mit einem in die Füllkammerwand zwischen einem inneren Mantel 8 und äußeren Mantel 9 eingebetteten Wärmeleitkörper 3. Die Dicke "d" des inneren Mantels, die vorteilhafterweise zwischen 0,1 und 30 mm liegen kann, ist in dem der Einfüllöffnung 7 gegenüberliegenden Füllkammerbereich 6 deutlich verringert. Der Querschnitt in Fig. 1b zeigt, daß der Wärmeleitkörper 3 sich in diesem Beispiel über den gesamten Umfang als geschlossener Ringkörper erstreckt. Es ist zu erkennen, daß sich die Verjüngung des inneren Mantels nur bis zum Winkel α, der den Einflußbereich des hot-spots markiert, erstreckt.

Die Füllkammer 1 besitzt in diesem Ausführungsbeispiel zusätzlich an ihrem äußeren Umfang einen elektrischen Mantelheizer 10, mit dem die Vorwärmung der Füllkammer zum ersten Arbeitstakt sowie bei Bedarf auch eine zusätzliche Feintemperaturregelung der Oberfläche durchgeführt werden kann.

Fig. 2a zeigt einen Längsschnitt durch die erfindungsgemaße Füllkammer 1 für ein zweites Ausführungsbeispiel. In Fig. 2b ist der Querschnitt abgebildet. Die Füllkammer 1 besteht hier lediglich im Bereich des der Einfüllöffnung 7 gegenüberliegenden Füllkammermantels aus einem inneren Mantel 8, einem äußeren Mantel 9 und einem zwischen dem äußeren und inneren Mantel eingebetteten Wärmeleitkörper 3. Die Dicke "d" des inneren Stahlmantels ist am geringsten unmittelbar im Auftreffpunkt der Schmelze und der unmittelbaren Umgebung und vergrößert sich dann mit zunehmendem Abstand vom hot spot. Für eine praktische Anwendung einer Füllkammer mit einem Innendurchmesser von 40 mm könnte die Dicke "d" beispielsweise einen geringsten Wert von 2 mm aufweisen und sich dann bis auf 5 mm erhöhen. Im Querschnitt ist zu sehen, daß bei dem hier ausgewählten zweiten Ausführungsbeispiel der Wärmeleitkörper 3 sich nur bis zur halben Umfangshöhe erstreckt.

In Fig. 3 ist der Temperatur-Weg-Verlauf für die erfindungsgemäße Füllkammer aufgetragen. Die gestrichelte Kurve zeigt den Temperaturverlauf vor dem Eindosieren der Schmelze. Die ausgezogene Kurve gibt den Verlauf nach dem Eindosieren, aber vor dem Gießen wieder. Anhand der Fig. 1 und 3 soll nun der Ablauf des Verfahrens geschildert werden. Vor Beginn der Gießserie wird die gesamte Füllkammer 1 durch den elektrischen Mantelheizer 10 auf die gewünschte Temperatur T1 gebracht und der Heizer wird auf Temperaturregelung einer Bezugstemperatur T2 für den stationären Betriebszustand umgeschaltet. Nach Ablauf einer Wartezeit, die etwa einem Arbeitszyklus entspricht, wird die erste Schmelzeportion eindosiert. Der innere Mantel 8 erwärmt sich zunächst instationär, bis sich der Wärmeleitkörper 3 wärmetechnisch einkoppelt und damit der stationäre Zustand erreicht ist. Von diesem Zeitpunkt an bleibt die innere Oberflächentemperatur für die Dauer des Schmelzekontaktes nahezu konstant und bewegt sich lediglich etwa um den geringfügigen Betrag nach oben, um den sich der gesamte Wärmeleitkörper 3 erwärmt.

Nach dem Vergießen der Schmelze 4 bricht der Wärmestrom in die Füllkammer abrupt ab. In der Zeitperiode bis zum nächsten Eindosieren (etwa die zehnfache Zeitperiode der Eindosier- und Gießperiode) verteilt der Wärmeleitkörper 3 die Wärme durch innere Wärmeleitung gleichmäßig über den Umfang und die Länge. Gleichzeitig strömt ein Teil der Wärme über den Temperaturgradienten des äußeren Mantels 9 an die Umgebung. Diese Wärmemenge entspricht im Idealfall genau der von innen zugeführten Wärmemenge. Wird mehr Wärme an die Umgebung abgegeben, so gleicht der elektrische Heizer 10 den Differenzbetrag aus.

Die Erfindung kann überall da eingesetzt werden, wo thermische Systeme örtlich unterschiedlich stark und im Vergleich zum gesamten Arbeitstakt jeweils nur kurzzeitig erwärmt werden.

Claims (22)

1. Temperierverfahren für eine Druckgießmaschine mit einer zylindrischen Füllkammer (1), die an ihrer Stirnseite mit einer Form verbunden ist und die in der Nähe der gegenüberliegenden Seite eine Einfüllöffnung (7) zum Einfüllen einer Metallschmelze (4) aufweist und einem in der Füllkammer (1) beweglichen Druckkolben (11), wobei eine Portion der Metallschmelze (4) in die Füllkammer (1) eingefüllt wird und dabei der sofort durch Wärmeübergang von der Schmelze zur Oberfläche (5) der Füllkammerinnenwand einsetzende Wärmestrom in der Füllkammerwand (8) durch Wärmeleitung abgeleitet wird und sich die Oberfläche der Füllkammerinnenwand hierbei entsprechend dem übergehenden Eintrittswärmestrom und dem durch die Wärmeleitfähigkeit des Füllkammermaterials (8) bestimmten Ableitungswärmestrom entsprechend den Gesetzen der Wärmeleitung erwärmt, die örtlichen Wärmeströme sich mit der durch den Druckkolben (11) anschließend in Richtung der Stirnseite bewegten Schmelze verändern und mit dem erfolgten Einschuß der Schmelze (4) in den Formhohlraum nur noch im Bereich des in der Füllkammer an der Stirnseite verbleibenden und erstarrenden Preßrestes (12) ein Wärmestrom zur Füllkammerinnenwand gegeben ist, bis sich der Vorgang mit dem erneuten Eindosieren im nächsten Arbeitstakt wiederholt, dadurch gekennzeichnet, daß die Ableitung der Wärmeströme in der Füllkammerwand (2) durch einen oder mehrere im Innern der Füllkammerwand (2) in einem Teilbereich oder über die gesamte Füllkammer angeordneten, fest mit dem inneren und äußeren Wandbereich der Füllkammer verbundenen Wärmeleitkörper (3) in der Weise bestimmt wird, daß der zunächst durch den inneren Füllkammermantel (8) mit der Dicke "d" aufgenommene Wärmestrom rasch von dem mindestens fünffach so gut wärmeleitenden und ein genügend großes Wärmeaufnahmevermögen besitzenden Wärmeleitkörper (3) aufgenommen und für den kürzeren Zeitraum des Kontaktes der Schmelze mit der Füllkammerinnenwand überwiegend in diesem gespeichert wird, daß die Dicke "d" des zwischen dem Wärmeleitkörper und der zylindrischen Innenfläche (5) der Füllkammer liegenden Füllkammermaterials (8) umgekehrt proportional dem örtlich zu erwartenden Wärmeübergang von der Schmelze zur Innenwand eingestellt ist, daß der Wärmeleitkörper (3) über den längeren Zeitraum bis zum nächsten Eindosieren von Schmelze die über den kürzeren Zeitraum aufgenommene Wärme so innerhalb der gesamten Füllkammerwand (2) verteilt, daß entlang der konzentrischen Umfangsschichten der Wand und über die Länge der Kammerwand diese gleichmäßig temperiert ist und im stationären Zustand die bis zum Ende des Arbeitstaktes über die gesamte Oberfläche der Füllkammer wieder abgegebene Wärmemenge der zu Beginn aufgenommenen Wärmemenge entspricht.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die äußere Oberflächentemperatur der Füllkammer durch eine zusätzliche Temperiereinrichtung geregelt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Einfüllöffnung (7) gegenüberliegend ein Wärmeleitkörper in der Füllkammerwand plaziert ist, der vom übrigen Wärmeleitkörper durch eine thermische Sperre getrennt ist und ein eigenes, in den Wärmeleitkörper eingelagertes Kühlrohrsystem für eine Flüssigkeitskühlung besitzt.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schichtdicke "d" zwischen 0,1 und 30 mm liegt.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die mittlere Dicke des Wärmeleitkörpers mindestens das fünffache der geringsten Dicke "d" des inneren Mantels der Füllkammer beträgt.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Materialien der Füllkammer und des Wärmeleitkörpers metallische Werkstoffe sind.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß für einen inneren Mantel und einen äußeren Mantel der Füllkammer unterschiedliche Materialien verwendet werden.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Füllkammermaterial und dem Wärmeleitkörpermaterial eine durch einen Hochtemperatur-Hochdruck-Metalldiffusionsvorgang hergestellte Verbindung besteht.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Füllkammermaterial ein Warmarbeitsstahl ist.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Material des Wärmeleitkörpers ein Kupferwerkstoff ist.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß in der Füllkammerwand, vorzugsweise im Wärmeleitkörper, ein Mantelthermoelement angeordnet ist, dessen Mantel mittels eines zuvor durchgeführten Hochtemperatur- Hochdruck-Diffusionsprozesses fest mit dem Umgebungsmaterial verbunden ist.

12. Druckgießmaschine mit einer zylindrischen Füllkammer (1), die an ihrer Stirnseite mit einer Form verbunden ist und die in der Nähe der gegenüberliegenden Seite eine Einfüllöffnung (7) zum Einfüllen einer Metallschmelze (4) aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß im Innern der Füllkammerwand (2) in einem Teilbereich oder über die gesamte Füllkammer ein oder mehrere Wärmeleitkörper (3) mit der mindestens fünffachen Wärmeleitfähigkeit des Füllkammermaterials angeordnet sind, daß diese fest mit dem sie umgebenden inneren (8) und äußeren (9) Wandbereich der Füllkammer verbunden sind, daß der örtliche Abstand "d" des Wärmeleitkörpers (3) von der inneren Oberfläche (5) der Füllkammer (entsprechend die örtliche Dicke des inneren Füllkammermantels 8) so gewählt wird, daß "d" umgekehrt proportional dem örtlich zu erwartenden Wärmeübergangsstrom von der Schmelze zur Innenwand ist, daß die Dicke bzw. das Volumen des Wärmeleitkörpers so gewählt wird, daß das sich daraus ergebende Wärmespeichervermögen genügt, um den Anstieg der Temperatur des Wärmeleitkörpers an seiner Verbindungsfläche zum inneren Füllkammermaterial (8) auf einen vorgegebenen Wert und damit unter Berücksichtigung des Abstandes "d" auch den Anstieg der Wandtemperatur an der Innenfläche auf einen anderen bestimmten Maximalwert zu begrenzen, daß der Wärmeleitkörper in seinen wärmetechnischen Eigenschaften, seiner geometrischen Form und seiner Dicke und Länge im Verhältnis zur gesamten Füllkammergeometrie so beschaffen ist, daß er unter Berücksichtigung seiner Wärmeleitfähigkeit über den längeren Zeitraum bis zum nächsten Eindosieren von Schmelze die über den kürzeren Zeitraum aufgenommene Wärme so innerhalb der gesamten Füllkammer verteilt, daß entlang der konzentrischen Umfangsschichten der Wand und über die Länge der Kammerwand diese gleichmäßig temperiert ist.

13. Druckgießmaschine nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß an der zylindrischen Außenfläche der Füllkammer eine zusätzliche in der Temperatur regelbare Temperiereinrichtung vorhanden ist.

14. Druckgießmaschine nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Einfüllöffnung gegenüberliegend ein Wärmeleitkörper in der Füllkammerwand plaziert ist, der vom übrigen Wärmeleitkörper durch eine thermische Sperre getrennt ist und ein eigenes, in den Wärmeleitkörper eingelagertes Kühlrohrsystem für eine Flüssigkeitskühlung besitzt.

15. Druckgießmaschine nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Schichtdicke "d" zwischen 0,1 und 30 mm liegt.

16. Druckgießmaschine nach einem der Ansprüche 12 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die mittlere Dicke des Wärmeleitkörpers mindestens das fünffache der geringsten Dicke "d" des inneren Mantels der Füllkammer beträgt.

17. Druckgießmaschine nach einem der Ansprüche 12 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Materialien der Füllkammer und des Wärmeleitkörpers metallische Werkstoffe sind.

18. Druckgießmaschine nach einem der Ansprüche 12 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß für einen inneren Mantel und einen äußeren Mantel der Füllkammer unterschiedliche Materialien Druckgießmaschine verwendet werden.

19. Druckgießmaschine nach einem der Ansprüche 12 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Füllkammermaterial und dem Wärmeleitkörpermaterial eine durch einen Hochtemperatur-Hochdruck- Metalldiffusionsvorgang hergestellte Verbindung besteht.

20. Druckgießmaschine nach einem der Ansprüche 12 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß das Füllkammermaterial ein Warmarbeitsstahl ist.

21. Druckgießmaschine nach einem der Ansprüche 12 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß das Material des Wärmeleitkörpers ein Kupferwerkstoff ist.

22. Druckgießmaschine nach einem der Ansprüche 12 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß in der Füllkammerwand, vorzugsweise im Wärmeleitkörper, ein Mantelthermoelement angeordnet ist, dessen Mantel mittels eines zuvor durchgeführten Hochtemperatur-Hochdruck-Diffusionsprozesses fest mit dem Umgebungsmaterial verbunden ist.