DE2702869A1

DE2702869A1 - Porenfreies druckgussverfahren und vorrichtung zur durchfuehrung dieses verfahrens

Info

Publication number: DE2702869A1
Application number: DE19772702869
Authority: DE
Inventors: William D Kaiser
Original assignee: International Lead Zinc Research Organization Inc
Current assignee: International Lead Zinc Research Organization Inc
Priority date: 1976-01-26
Filing date: 1977-01-25
Publication date: 1977-07-28
Also published as: FR2338759A1; GB1575746A; US4085791A; AU2142577A; SE7700753L; BE850699A; NL174227C; NL7700701A; FR2338759B1; CA1087365A; JPS52101634A; AU504523B2; NL174227B

Description

International Lead Zinc Research Organiz. Inc., 292 Madison Avenue, New York, New York I00I7, USA

Porenfreies Druckgußverfahren und Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens

Die Erfindung betrifft ein Druckgußverfahren und insbesondere ein verbessertes Verfahren sowie eine Vorrichtung für ein Warmkammer-Druckgußverfahren.

Druckgießen ist ein bekannter Weg zur Formung von Gegenständen, bei dem ein flüssiges Material, wie ein geschmolzenes Metall, in einen Hohlraum gebracht wird, der in der Form des gewünschten Gegenstandes zwischen den trennbaren Formhälften gebildet wird. Das flüssige Material füllt den Hohlraum und erstarrt darin in der Form des gewünschten Gegenstandes. Die Formhälften werden dann getrennt, worauf der Gegenstand aus dem Hohlraum entfernt wird. Beim Druckgießen wird das flüssige Material unter Druck in den Hohlraum gepresst oder eingespritzt.

Obwohl der Druckguß ein relativ leichter Weg zur Formung von Gegenständen ist, insbesondere von Gegenständen mit komplexer äußerer Oberfläche, die anderweitig schwierig zu formen sind, tritt häufig Porenbildung Überall in den Gußwaren auf, die zu einer erheblichen Schwächung des gegossenen Gegenstands führt. Solche geschwächten, porösen Gegenstände sind für zahlreiche Anwendungszwecke ungeeignet. Gegenstände für diese Anwendungszwecke mußten daher mittels anderer teurerer Herstellungsverfahren erzeugt werden.

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Auch wenn das Druckgießen und die durch die Porosität der gegossenen Gegenstände bedingten Probleme bereits seit langem bekannt sind,wurde erst aus der US-PS 3 382 91o ein neuer Weg zur Vermeidung der Porenbildung in Gußartikeln bekannt. Es wird dort ein porenfreies Druckgußverfahren beschrieben, bei dem die Luft (oder ein anderes nicht reaktionsfähiges Gas oder Dampf) in dem Formhohlraum durch ein mit dem zu gießenden Material reagierendes Gas ersetzt wird. Ein solches Gas wird nachfolgend als reaktionsfähiges Gas bezeichnet.

Wenn das Material danach gegossen wird, reagiert das reaktionsfähige Gas in der Maschine mit dem Material unter Bildung fester Verbindungen anstelle von Poren oder Blasen, die die nicht reaktionsfähigen Bestandteile von in der Gießform vorhandener Luft in dem gegoßenen Artikel hervorrufen würden. So beschreibt dieses Patent z.B. das Spülen der Druckgußmaschine mit Sauerstoff, welcher mit einem geschmolzenen Metall beim Eingießen in die Druckgußmaschine unter Bildung kleiner Oxydteilchen des geschmolzenen Metalls reagiert, anstelle von Poren- oder Blasanbildung durch eingesperrtes, nicht reaktionsfähiges Gas.

Obwohl nach dem Verfahren der US-PS 3 382 91o Gegenstände ! hergestellt werden, die wesentlich porenfreier sind als nach herkömmlichen Druckgußverfahren erzeugte Gegenstände, hat sich gezeigt, daß noch immer etwas Porenbildung bei dieser ' patentierten Methode, bei der lediglich der Formhohlraum ge-I spült wird, auftritt. !

Ein Versuch, die Porenbildung in den Gußartikeln zu steuern,

aus ν
geht davon/daß Teile des Gegenstandes, die zuerst erstarren, unter Porenbildung im Gegenstand von den noch flüssigen Teilen des Materials schrumpfen. Es wird dann vorgeschlagen, die Bildung solcher Poren zu steuern, jedoch nicht auszuschalten durch Steuerung der Stellen, an denen der Gußartikel in der Maschine zuerst abkühlt und erstarrt, damit die

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Poren von der Schrumpfung des Materials in einem Bereich des Gußgegenstandes gebildet werden, der die von den Poren verursachte Schwächung verträgt oder der vom erhaltenen Endartikel entfernt werden kann.

Ein Vorschlag für die weitere Verringerung der Poren in einem in einer Druckgußmaschine, die mit einem reaktionsfähigen Gas gefüllt ist, gegossenen Gegenstand sieht die Anordnung eines verengten Einlasses am Eintritt des Materials in die Druckgußmaschine vor. Der verengte bzw. eingeschnürte Einlauf erzeugt in dem in die Maschine eingespritzten Material eine Turbulenz zwecks vollständigerer Vermischung des Materials mit dem in der Maschine vorhandenen reaktionsfähi- ; gen Gas. Selbst wenn durch diesen Vorschlag die Reaktion des Gases mit dem Material verbessert wird, wird hierdurch alleir) nicht das nicht reaktionsfähige Gas ausgeschaltet, das mit i dem Material in die Maschine injiziert -werden kann. Solche nicht reaktionsfähigen Gase in der Druckgußmaschine bilden dann Poren im Gußartikel auf die gleiche Weise, als ob die Maschine nicht mit dem reaktionsfähigen Gas vor dem Gießprozess gespült worden wäre.

Es sind zwei Typen von Gießmaschinen bekannt. Der Typ, der ^!

häufig und hierin stets als Kaltkammer-Maschine bezeichnet ;

ist, weist eine Kammer auf, die gerade groß genug ist, um i

die Form einmal zu füllen. Diese Kammer ist im allgemeinen |

offen, um die einzelnen Schüsse des zu gießenden Materials j

aufzunehmen. Die offene Kammer kann leicht mit einem reak- ! tionsfähigen Gas .(zusammen mit der Form) gespült werden, so daß nicht reaktionsfähiges Gas nicht unter Porenbildung im Gußartikel vor dem Material in die Form gepresst wird.

Der andere Typ von Gießvorrichtung, häufig und nachfolgend als Warmkammer-Maschine bezeichnet, weist jedoch eine Kammer oder einen Ofen auf, der eine kontinuierliche Zufuhr des zu gießenden Materials faßt. Diese Kammer ist mit der Form durch

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eine geschlossene Passage für die Füllung der Form für aufeinander folgende Gießvorgänge verbunden. Soweit die Passage geschlossen und an einem Ende durch die Zufuhr des zu gießenden Materials blockiert ist, kann sie nicht leicht mit dem reaktionsfähigen Gas gespült werden.

Das Spülen der Form mit einem reaktionsfähigen Gas schließt lediglich nicht reaktionsfähiges Gas in der Passage zwischen der Form an einem und dem Material am anderen Ende ein. Das Füllen der Form zwingt dann nicht reaktionsfähiges Gas in die Form, wo es im Gußartikel Poren bildet.

Die öffnung der Passage, so daß sie wie eine Kaltkammer-Maschine gespült werden kann, ist nicht durchführbar, da das Material dann beim Füllen der Form durch die öffnung entweichen würde. In Kaltkammer-Maschinen drückt gewöhnlich ein Kolben das Material beim Einpressen in die Form von der öffnung weg. In Warmkammer-Maschinen jedoch würde ein Kolben, der das Material den Teil der Passage entlang schiebt, in dem nicht reaktionsfähiges Gas eingeschlossen ist (ein Schwanenhals, Mundstück und eine Eingu3-kanne, wie nachfolgend beschrieben), die Passage nicht erreichen, um das Material von einer öffnung für die Spülung der Passage wegzudrücken. Tatsächlich würde der Kolben das Material in Richtung auf und aus einer solchen öffnung herausdrücken. Aus diesen und anderen Gründen sind die gleichen Techniken, mit denen Kaltkammer-Maschinen gespült werden, für Warmkammer-Maschinen nicht geeignet.

Ein Vorschlag, bei dem erstmals die Reinigung von.Formhohlraum, Schwanenhals, Mundstück und Eingußkanal einer Warmkammer-Maschine von nicht reaktionsfähigem Gas ermöglicht wird, ist in der US-PS 3999 593 beschrieben. In diesem Verfahren wird eine geschlossene Passage für die Füllung einer Gußform, eines Eingußkanals, eines Mundstücks und wenigstens eines Teils eines Schwanenhalses gleichzeitig mit der Spülung des

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Formhohlraums durch das reaktionsfähige Gas gespült. Die Vorrichtung für dieses Verfahren weist eine Bohrung auf, die mit der Passage in Verbindung steht und wenigstens eine öffnung, die mit dem Formhohlraum in Verbindung steht, für den Durchgang des reaktionsfähigen Gases dazwischen zur Spülung von Luft oder eines anderen nicht reaktionsfähigen Gases und Dampf aus dem Formhohlraum und der Passage vor dem Gießen des Materials. Ein Ventil schließt die öffnung, während das Material eingespritzt wird, so daß das Material nicht durch die öffnung austreten kann. Dieses Verfahren sowie diese WarmkammerMaschine unterscheiden sich von dem erfindgsgeraäßen Verfahren und der erfindungsgemäßen Vorrichtung,können jedoch vorteilhaft hiermit zusammenwirken.

Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Gießen von Gegenständen mit stark verminderter Po- \ rosität in einer Warmkammer-Druckgußmaschine, die insbesondere für das Druckgießen von Zinklegierungen geeignet ist.

Die Erfindung wird nachfolgend in Verbindung mit einer Warmkammer-Druckgußmaschine für die Einspritzung von geschmolzenem Metall in eine Form beschrieben. Diese Vorrichtung weist trennbare Formhälften auf, die unter Bildung eines im wesentlichen geschlossenen Formhohlraums zwischen den Hälften zu- i sammengepresst werden. Der Formhohlraum bzw. die Gesenkvertiefung wird durch geschlossene Einrichtungen, die aus einem Gießtrichtersystem und einem sich durch die Eingußformhälfte in den Formhohlraum erstreckende Eingußbuchse, einem Schwanenhals und einem hohlen Mundstück bestehen, welches an einem Ende mit der Eingußbuchse und am anderen Ende mit dem Schwanenhals in Verbindung steht, mit geschmolzenem Metall gefüllt. Der Schwanenhals erstreckt sich vom Mundstück aus nach unten in einen mit geschmolzenem Metall gefüllten Vorratsofen und in diesem unter Bildung einer Kammer für einen Kolben, mit dem das geschmolzene Metall in den Formhohlraum injiziert wird, aufwärts. Eine Bohrung am oberen Ende der

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Kammer, Jedoch anfänglich unterhalb des Kolbens, läßt geschmolzenes Metall aus dem Ofen in die Kammer eintreten. Die Abwärtsbewegung des Kolbens verschließt dann die öffnung und drückt das Metall aus der Kammer durch den Schwanenhals, das Mundstück und die Eingußbuchse in die Form. Ein Schußzylinder treibt den Kolben nach unten in die Kammer, bis der Hohlraum (Kammer) voll ist. Es baut sich dann ein Druck auf und beendet die Arbeitsbewegung. Dieser Druck wird aufrechterhalten, bis das geschmolzene Metall erstarrt. Der Schußzylinder bringt dann den Kolben in eine Stellung oberhalb der Bohrung in der Kammer zwecks deren WiederauffUllung durch die Bohrung.

Bei einem Verfahren gemäß der Erfindung füllt das zu gießende Material den Schwanenhals und das Mundstück unter Verdrängung von Luft und anderen nicht reaktionsfähigen Gasen und Dampf aus dem Schwanenhals und dem Mundstück, bevor (oder während) ein reaktionsfähiges Gas nicht reaktionsfähiges Gas aus dem Formhohlraum ausspült. Da das Material und nicht das nicht reaktionsfähige Gas danach die Passage zum Formhohlraum füllt, wird nur das Material in den Formhohlraum eingedrückt.

Der Formhohlraum kann von nicht reaktionsfähigem Gas gereinigt oder gespült werden, indem das reaktionsfähige Gas zwischen öffnungen an entgegengesetzten Endendes Formhohlraums durchtritt. Der Ersatz von nicht reaktionsfähigem Gas aus dem Schwanenhals und dem Mundstück, bevor der Formhohlraum im wesentlichen gespült ist, verhindert, daß nicht reaktionsfähiges Gas in den Formhohlraum vor dem Material bei dessen Einfüllen in den Formhohlraum eingepresst wird. Es befinden sich dann lediglich Material und reaktionsfähiges Gas im Formhohlraum, wenn das Material gegossen wird. Das reaktionsfähige Gas reagiert mit dem Material im Formhohlraum unter Bildung von Teilchen einer festen Verbindung, anstatt daß Poren oder Blasen im gegossenen Material

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entstehen , die das nicht reaktionsfähige Gas gebildet hätte.

Befriedigendes Arbeiten des erfindungsgemäßen Verfahrens erfordert nicht,daß die gesamte Passage zum Formhohlraum mit Material gefüllt ist. So brauchen z.B. die Einlaufbuchse und die Spitze des Mundstücks an der Eingußbuchse nicht mit Material gefüllt zu sein, um zu verhindern, daß es vorzeitig in den Formhohlraum gegossen wird. (Das Mundstück sollte ebenfalls in Richtung auf den Schwanenhals nach unten geneigt sein, um weiteres vorzeitiges Füllen des Formhohlraums zu verhindern.) Der Fluß des reaktionsfähigen Gases durch den Formhohlraum zirkuliert dann etwas durch den offenen Raum an der Eingußbuchse und reinigt diesen im wesentlichen von nicht reaktionsfähigem Gas bei der Reinigung des Formhohlraums. Weiter kann, selbst wenn etwas nicht reaktionsfähiges Gas in einem Teil des Mundstücks verbleiben sollte, dieser Teil des Mundstücks ausreichend klein gemacht werden, damit die darin enthaltene Menge reaktionsfähiges Gas nicht zur Bildung einer unerwünscht großen Anzahl von Poren im Gußartikel ausreicht.

Der Schritt der Verdrängung von nicht reaktionsfähigem Gas i aus dem Schwanenhals und dem Mundstück erfolgt, bevor das j reaktionsfähige Gas den Formhohlraum spült. Aus der Beschreibung der Erfindung ist leicht verständlich, daß dieser S· hritt tatsächlich vollständig vor oder wenigstens teilweise während der Spülung des Formhohlraums durch das reaktions-t fähige Gas ausgeführt werden kann, so lange, wie das nicht ^! reaktionsfähige Gas, welches aus dem Schwanenhals und dem Mundstück in den Düsenhohlraum verdrängt wird, von dort durch das reaktionsfähige Gas zusammen mit dem ursprünglich im Formhohlraum vorhandenen nicht reaktionsfähigem Gas ausgespült wird. Der Ausdruck "bevor" ist demnach zu verstehen im Sinn von nicht nach Vervollständigung der Spülung des Formhohlraums mit dem reaktionsfähigen Gas.

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Die Vorrichtung zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht aus Einrichtungen zur Verdrängung von nicht reaktionsfähigem Gas aus dem Schwanenhals und dem Mundstück mit dem zu gießenden Material. Mittels weiterer Einrichtungen wird der Formhohlraum (und möglicherweise ein Endteil des Mundstücks) mit dem reaktionsfähigen Gas gespült. In der oben beschriebenen Vorrichtung veranlasst beispielsweise eine Servosteuerungseinrichtung, daß der Kolben sich in der Kammer ausreichend weit nach unten bewegt, um wenigstens den Schwanenhals und das Mundstück im wesentlichen mit Material zu füllen. Der Kolben kann dann in dieser Stellung verweilen,während der Formhohlraum mit einem reaktionsfähigen Gas gespült wird, worauf er seine Abwärtsbewegung für die Injizierung von Material in den Formhohlraum fortsetzt. Eine kompliziertere Bauweise der Vorrichtung, die weiter unten im Detail als alternative bevorzugte Ausführung beschrieben wird, weist ein Servoventil in Parallelschaltung zu einem großen Magnetventil auf. Das Servoventil bewegt den Kolben langsam und präzise gerade so weit, um Schwanenhals und Mund· stück mit dem Material zu füllen, worauf das Magnetventil später den Kolben rasch bewegt, um das Material in den Hohlraum zu drücVcen.

Eine weitere, nachfolgend beschriebene alternative bevorzugte Ausführungsform zeigt die besondere Zusammenwirkung von erfindungsgemäßem Verfahren und erfindungsgemäßer Vorrichtung mit Verfahren und Vonlchtung von US-PS 3 999 593. In dieser Ausführungsform ist der Schwanenhals mit einer Bohrung versehen, durch die reaktionsfähiges Gas zur Ausspü-

v or.
lung«nicht reaktionsfähigem Gas aus dem Formhohlraum ebenso wie aus dem Teil des Schwanenhalses und dem Mundstück zwischen der Eingußformhälfte und der Bohrung strömt. Die Schwanenhalspassage wird dann nur bis zur Bohrung gefüllt, worauf der verbleibende Teil des Schwanenhalses mittels dem durch die Bohrung strömenden reaktionsfähigen Gas von nicht reaktionsfähigem Gas gereinigt wird. Diese Bauweise hat den

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Vorteil der Trennung des Materials vom DUsenhohlraum, während dieser mit dem reaktionsfähigen Gas gespült wird, um besser ein vorzeitiges Gießen in den Formhohlraum zu verhindern.

Bevorzugte AusfUhrungsformen der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnungen, durch die die Erfindung nicht beschränkt werden soll, erläutert.

Fig. 1 zeigt, teilweise im Querschnitt, schematisch eine bevorzugte Ausführungsform zur Durchführung des Verfahrens.

Fig. 2 zeigt schematisch einen Teil einer weiteren bevorzugten Ausführungsform zur Durchführung des Verfahrens.

Fig. J3 zeigt schematisch, teilweise im Querschnitt, eine weitere bevorzugte Ausführungsform zur Durchführung des Verfahrens.

In Fig. 1 wird der Formhohlraum, bzw. die Gesenkvertiefung ' Io mit einem flüssigen Material, wie geschmolzenem Metall 12j über einen Schwanenhals 14 und ein Mundstück 24 des weiter ! oben allgemeiner beschriebenen Typs gefüllt. Das Metall 12 ι wird in einem Vorratsofen 16 unter Bildung eines kontinuier- i liehen geschmolzenen Vorrats erhitzt. ^!

Das geschmolzene Metall tritt in eine im allgemeine senkrechte Kammer 18 an einem Ende des Schwanenhalses durch eine Bohrung 2o ein, die die Kammer mit dem Vorrat an geschmolzenem Metall im Vorratsofen 16 verbindet. Ein Schwanenhalskolben 22 befindet sich dann in einer Stellung (siehe Phantomzeichnung) oberhalb der Bohrung 2o, um den Eintritt des Metalls in den Teil der Kammer unterhalb des Kolbens zu ermöglichen. Der Kolben wird dann in der Kammer bis zu der voll ausgezeichneten Position nach unten bewegt, wodurch flüssiges Metall durch einen Durchgang 23,der von dem Schwanenhals und dem Mundstück gebildet wird, auf ein Niveau gepresst wird, bei

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dem das geschmolzene Metall gerade das Ende des Γ-'undstUcks erreicht. Das Mundstück ist bis zu der Eingußbuchse 28 nach oben geneigt, so daß das geschmolzene Metall dann den Durchgang in Schwanenhals und Mundstück ausfüllt und sämtliche Luft oder anderes nicht reaktionsfähiges Gas aus diesem Durchgang verdrängt.

Das Mundstück grenzt am Eingußloch oder Eingußkanal 28 an eine stationäre Formhälfte 26 derart, daß der Durchgang 23 mit dem Eingußkanal in Verbindung steht. Der Eingußkanal ' steht mit dem Formhohlraum Io in Verbindung.

Ein Ende des Formhohlraums weist einen Luft- und Sauerstoffauslaß 3o auf. Die aus dem Durchgang 23 bei dessen Füllung mit dem geschmolzenen Metall verdrängte Luft verdrängt dann ein gleiches Volumen aus dem Formhohlraum durch den Auslaß 3o.

An dem von dem Luft- und Sauerstoffauslaß 3o entferntenEnde weist der Formhohlraum einen Sauerstoffeinlaß 32 auf, der mit einer U-förmigen Kammer 34 in Verbindung steht, die Seiten aufweist, welche die offene Seite der Kammer gegen die Formhäften 26 und 27 am Einlaß 32 abdichtet. Ein Rohr 36 verbindet die Kammer J>h mit einer Quelle von Sauerstoff (oder einem anderen reaktionsfähigen Gas).

Die Formhälfte 27 ist beweglich und kann von der stationären Formhälfte 26 entlang von Stangen 38 mittels eines hydraulischen Zylinders 39 durch Verschieben getrennt werden.Während die Formhälften von einander getrennt werden, kann ein vorher gegossener Gegenstand aus dem Formhohlraum entfernt werden. Der hydraulische Zylinder 39 läßt dann die bewegliche Formhäfte 27 in Richtung auf die feststehende Formhälfte 26 gleiten, wodurch die Form im wesentlichen geschlossen wird. Bei der Annäherung des beweglichen Teils 27 an die stationäre Formhälfte 26 wird eine gleitende Dichtung mit der Kammer

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3^ gebildet, so daß Sauerstoff, der der Kammer durch das Rohr 36 zugeführt wird, durch den Sauerstoffeinlaß (und zwischen die Formhälften) zu fließen beginnt, bevor noch die Formhälften vollständig zusammen sind. Der Sauerstoff spült Luft (oder andere nicht reaktionsfähige Gase oder Dämpfe) aus dem Hohlraum der Form durch den Luft- und Sauerstoffauslaß 3o aus.

Bei einer gewählten Zeit vor dem Aufhören des Sauerstoffflusses in den Einlaß 32 wird der Schwanenhalskolben 22 auf die in Fig. 1 voll ausgezeichnete Stellung bewegt, wodurch Luft aus dem Durchgang 23 durch das Material 12 verdrängt wird. Die aus dem Durchgang 23 gezwungene Luft tritt in den Formhohlraum ein und wird hieraus durch den aus dem Einlaß 32 kommenden Sauerstoff verdrängt. Der Einlaß 32 befindet sich bevorzugt am Boden der Form, um vorteilhaft Restwärme aus den Formhälften auszunutzen, wodurch die im Formhohlraum eingesperrte Luft erhitzt wird, die dann dazu neigt, in Richtung des Sauerstoffauslasses 3o am entgegengesetzten oberen Ende der Form aufzusteigen.

Die beschriebenen Verfahrensschritte werden bevorzugt gleich* zeitig ausgeführt, um die Zeit zwischen den Gießvorgängen auf einem Minimum zu halten. Die Reihenfolge kann Jedoch geändert werden, ohne von der Erfindung abzuweichen, so lange der Durchgang 23 im wesentlichen mit dem Material gefüllt wird, bevor der Sauerstoff aufhört, durch den Formhohlraum zu fließen.

Der Schwanenhalskolben 22 bewegt sich dann in die (in Fig. 1 gestrichelt als Phantombild gezeichnete) unterste Stellung, um geschmolzenes Metall durch den Durchgang 23 und durch den Eingußkanal 28 in den Hohlraum Io zu pressen. Das Ausmaß der Bewegung des Kolbens reicht aus, um genügend geschmolzenes Metall in den Formhohlraum zu injizieren und den Formhohlraum zu fUllen und Druck auf das geschmolzene Metall bis zu

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dessen Erstarrung aufrechtzuerhalten. Gleichzeitig reagiert das reaktionsfähige Gas, das die Luft im Formhohlraum ersetzt hat, mit dem geschmolzenen Metall unter Bildung von Teilchen einer festen Verbindung (eines Oxyds) anstelle von Poren- oder Blasenbildung, die Luft oder ein anderes nicht reaktionsfähiges Gas oder Dampf im gegossenen Material bilden würde. Nach dem Abkühlen und Erhärten des geschmolzenen Metalls werden die Formhälften getrennt, um den porenfreien Gußartikel aus dem Formhohlraum zu entfernen.

Der S^hwanenhalskolben 22 wird durch einen Schußzylinder 4o zwischen oberster und unterster Stellung bewegt. Der Schußzylinder ist mit Flüssigkeitsdruckleitungen 42 verbunden, die sich vom Schußzylinder zu einem Drucksammler 44, einer Druckpumpe 46 und einem Reservoir mit Hydraulik-Flüssigkeit 48 erstrecken. Ein servogesteuertes Ventil 5o ist elektrisch leitend mit einem Servomechanismus 54 verbunden, der elektrisch leitend an einem Verschiebungsüberträger 56 angeschloisen ist. Dieser Verschiebungsüberträger weist eine Stange auf, die mechanisch mit dem Schwanenhalskolben 22 zur Bewegung mit diesem verbunden ist. Die Bewegung der Stange 58 mit dem Schwanenhalskolben 22 veranlasst den Verschiebungs-Uberträger zur Erzeugung eines elektrischen Signals, das proportional dem Ausmaß der Bewegung der Stange 58 und des verbundenen Schwanenhalskolbens ist. Geeignete Verschiebungs-Überträger sind im Handel erhältlich. Wenn daher die Vorrichtung wie angegeben arbeitet, kann ein Signal an einen (nicht| gezeichneten) Magnetschalter in dem Servomechanismus anzeigen^ daß die Formhälften 26 und 27 zusammengekommen sind. Die Servoschaltung sendet dann ein elektrisches Signal an den j Aktivator 52 für das servogesteuerte Ventil aus, der das Servoventil 5o derart in Betrieb setzt, daß Druckflüssigkeit zum Schußzylinder 4o fließt, um den Schwanenhalskolben 22 in die in Fig. 1 gezeigte oberste Stellung zu bewegen.

Geht der Schwanenhalskolben nach unten, so ändert sich das vom VerschiebungsUberträger ausgehende elektrische Signal

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proportional bis es einen Wert erreicht, der anzeigt (bestimmt aus früheren volumetrischen Berechnungen oder nach der Trial- und Error-Methode), daß der Schwanenhalskolben die in Fig. 1 voll ausgezeichnete Position erreicht hat, in der der Durchgang 23 im wesentlichen mit geschmolzenem Metall gefüllt ist.

Falls eine Verweilzeit vor der Füllung des Formhohlraums mit dem geschmolzenen Metall gewünscht ist (z.B. zwecks einer kontinuierlichen Spülung des Formhohlraums mit Sauerstoff), veranlasst dieses Signal an die Servosteuerung, diese ein Signal an den Aktivator 52 zu geben, um das Servoventil 5o zu schließen. Der Schwanenhalskolben verbleibt dann in der voll ausgezeichneten Stellung, bis der Servomechanismus ein weiteres Signal an den Aktivator für das Servoventil gibt. Das weitere Signal kann beispielsweise durch einen Zeitschalter (nicht gezeichnet) im Servomechanismus oder durch ein Signal an einen Magnetschalter (nicht gezeichnet) im Servomechanismus erzeugt werden, welches anzeigt, daß es an der Zeit ist, das geschmolzene Metall in den Formhohlraum zu injizieren.

Der Servomechanismus sendet dann ein weiteres Signal an den Aktivator aus, der das Servoventil 5o zwecks Bewegung des Schwanenhalskolbens in dessen unterste Stellung in Fig. 1 wieder öffnet. Der Kolben bewegt sich mit vorgegebener Geschwindigkeit abwärts, bis die Bewegung durch d-.-n Gegendruck gestoppt wird, der sich bei der Füllung der Form aufbaut. Es ist wichtig, daß der Druck auf das Metall aufrechterhalten bleibt, bis dieses erstarrt ist. Drr Servomechanismus ser.det dann ein Signal an den Aktivator, so daß das Servoventil ^o den FlUssigkeitsfluß umkehrt und veranlasst, daß der Scnu3-zylinder den Schwanenhalskolben auf seine höchste Stellung hebt, damit später der beschriebene Zyklus wiederholt werden kann.

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ORIGINAL INSPECTED

Eine weitere bevorzugte Ausführungsform ist in Fig. 2 dargestellt, worin die Servosteuerung für den Schwanenhalskolben 22 von der in der Fig. 1 abweicht. Das Magnetventil 6o (Fig. 2) weist eine hohe Flüssigkeitsströmungskapazität auf, wodurch eine rasche Abwärtsbewegung des Schwanenhalskolbens 22 gewährleistet wird, was bekanntlich für die Einspritzung des Materials in die Form erwünscht ist. Ein Servoventil für; eine solche rasche Bewegung des Schwanenhalskolbens würde die Verwendung eines sehr großen und rasch ansprechenden Ven-j tils erfordern, was sehr teuer wäre. Magnetventile mit der j gleichen Kapazität sind wesentlich billiger.

Um daher sowohl die rasche Bewegung des Schwanenhalskolbens, j die für die Einspritzung des Materials in die Form erwünscht ! ist, als auch die langsamere Bewegung des S'hwanenhalskolbens : für eine präzisere Steuerung seiner Bewegung für die Verdrängung von Luft aus dem Schwanenhals sicherzustellen, wird ein Servoventil 5o' mit den Flüssigkeitsleitungen 42 verbunden, '. parallel zu dem großen Magnetventil 6o. Das Servoventil 5ο¹ hat eine geringere Durchflußkapazität als das Ventil 6o, um Flüssigkeit langsamer durch das Ventil zum Schußzylinder 4o zu führen, nachdem eine Aktivierung durch ein Signal vom Steuerungsmechanismus 54' (wie für das Ventil 5o in Fig. 1 beschrieben) erfolgt ist. Der Schwanenhalskolben 22 bewegt sich dann langsam unter Füllung des Durchgangs im Schwanenhals 14 und Mundstück 24 mit dem Material abwärts (wie in Fig. 1 gezeigt).

Wenn der Kolben sich ausreichend bewegt hat, um den Durch- · gang mit Material zu füllen, liefert der Verschiebungsüberträjer 56 ein dieser Bewegung proportionales Signal an die Servosteuerung 54'. Die Servosteuerung 54* sendet dann ein Signal an die Servosteuerungseinrinhtung 62, welches das Ventil 5o* schließt. Die Servosteuerung 54* kann dann eine Verweilzelt (wie in Verbindung mit Fig. 1 beschrieben) bewirken, und sendet dann ein Signal an den Aktivator 52* des Magnet-

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AZ

ventils aus, aurch welches das Kontrollver.til co geöff-et wird. Der hohe Flüssigkeitsfluß durch das Kontrollven*:!! 6<: bewegt dann ra.^ch den Schwanenhalskolben für die Einsprit^ur_o des Materials in die Form.

Das Servoventil 5o' kann auch eine langsame Rückkehr ο ir-r Aufwärtsbewegung des Schwanenhalskolb^ns bewirken, nachdem das Material in die Form eingespritzt wuroe, "alls gewünsch* Zu diesem Zweck sendet die Servosteuerung 5^' —ω Slpti-Ij ar. die Servosteuerungseinrichtung 6^ zur Bewegung des Servovetitils 5c¹ in eine Position aus, in der es die Flüssigkeit~- leitungen 42 quer - bzw. über Kreuz - schaltet. Der geringere Flüssigkeitsdurchfluß durch das Ventil 5o^? wi.ri dann gegenüber dem Fluß während der Bewegung des Schv^nenhalsVcolbe::«? zwecks Verdrängung der Luft aus dem Duroiv.ang umgekehrt, wo-

urch der Schwanenhalskolben langsam ge^robe.i wird. Der beschriebene Zyklus von Operationen kann wiederholt werden.

Pig. J) zeigt eine weitere bevorzugte Ausführungsforn, die geeignet ist, das erfindungsgemäße Verfahren in Verbindung Tilt Verfahren und Vorrichtung der US-PS J> 99? 593 durchzuführen. Bei dieser Ausführungsform ist ce¹-· Sauerstoffeii.laß .*?' sls Bohrung in dem Durchgang 23' de^c .^chwenenhais^s l-¹ ausgestaltet.

Der VerschiebungsUbertrager 56 liefert ein der Bewegung de? Schwanenhalskolbens 22 proportionales Signal an eine C<;rvosteuerung 5^^fl derart, daß die Servosteuerung 5^'* da? Servoventil 5o schließt, wenn der Schwanenhalskolber. den D^jrchgang 23' lediglich bis zum Niveau des Sl lerstof feinlaE'.es Λ2' gefüllt hat. Danach wird Sauerstoff durch r!en Einla3 Z2' züge f'Jhrt, nxr Luft aus dem verbleibenden Teil des Durchgangs ?'i and aus dem Formhohlraum Io auszuspülen. Die Lu ^rt j^ri etwas Sauerstoff entweichen aus dem Formhohlraum dürr'- He luft- um! Sauerstoff auslasse 3o' . Die Luft in dem. Pcrr..v.;;-1-reurr Io und in einem Teil des Durchgangs 23' zum Sauerstoffeinlaß 32' wird dann durch Sauerstoff ersetzt, der rit dem

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ORDIN INSPECTED

geschmolzenen Metall reagiert, wenn dieses in den Formhohlraum durch den Kolben mittels weiterer Steuerungssignale der Servosteuerung 54' (wie das in Verbindung mit der Steuerung 54 in Fig. 1 beschrieben wurde) eingespritzt wird.

Ein Spülventil 7o verschließt den Sauerstoffe!nlaß 32' bei der Einspritzung des geschmolzenen Metalls in die Form, um ein Entweichen des Metalls durch den Sauerstoffeinlaß zu verhindern.

Diese Ausführungsform verbessert die von Fig. 1 insoweit, als das geschmolzene Metall nicht bis zu einer Stellung unmittelbar in Nachbarschaft zum Eingußkanal 28 gehoben wird, sondern hiervon durch die Entfernung zwischen dem Eingußkanal 28 und dem Sauerstoffeinlaß 32' getrennt ist.

An der in Fig. 1 gezeigten Ausführungsform wird klar, daß eine leichte Überfüllung des Durchgangs 23 ein verfrühtes Eingießen des Metalls 12 in den Formhohlraum ermöglicht. Ein solches vorzeitiges Eingießen ist unerwünscht, weil beispielsweise hierdurch ein Teil des Formhohlraums verstopft werden kann, wodurch die nachfolgende Spülung oder richtige Füllung des Formhohlraums mit geschmolzenem Metall verhindert wird.

In der Ausführungsform von Fig. 3 ermöglicht andererseits \ eine geringere überfüllung des Durchgangs 23' über den Sau- j erstoffeinlaß 32' hinaus ein Eingießen des geschmolzenen Me-! tails in den Formhohlraum nicht, da der Durchgang 23* geneigt: ist. Das durch den Einlaß 32' danach zugeführte reaktionsfähige Gas fließt noch immer durch den teilweise begrenzten Einlaß 32' (oder perlt selbst durch einen kleinen Anteil des den Einlaß 32' blockierenden Materials), um den Durchgang 23' und den Formhohlraum wie vorstehend beschrieben zu spülen. Diese Verfahrensweise gewährleistet eine raschere und/oder vollständigere Spülung als die Verfahrensweise von Fig. 1,

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da keine Luft in einem Totraum eingeschlossen ist.

Es ist weiter möglich, den Sauerstoffeinlaß 32* derart zu kontrollieren, daß die Ausführungsform von Fig. 3 den Durchgang 23', wenn dieser mit dem Material lediglich bis zu einem Niveau etwas unterhalb des gewünschten gefüllt ist, vollständiger spült als die in Fig. 1 gezeigte Ausführungform den Durchgang 23 unter den gleichen Bedingungen spülen würde. Wenn der Durchgang 23 in der in Fig. 1 gezeigten Ausführungsform mit dem Metall 12 lediglich bis zu einem Niveau etwas unterhalb des in der Fig. 1 angegebenen gefüllt wurde, wird etwas Luft zwischen dem Metall 12 und dem Eingußkanal 28 noch immer durch das reaktionsfähige Gas ausgespült; jedoch würde eine solche Spülung lediglich auf Diffusion oder Verwirbelung des reaktionsfähigen Gases in dem Raum oberhalb des Metalls beruhen, da der direkteste Fließweg für das reaktionsfähige Gas vom Einlaß 32 zum Auslaß 3o verläuft. Andererseits ist in der in Fig. 3 gezeigten Ausführungsform der Sauerstoffeinlaß 32' auf die Oberfläche des Metalls 12 im Durchgang 23' hin gerichtet. Wenn sich das Metall auf einem Niveau etwas unterhalb des in der Fig. gezeichneten befindet, fließt das reaktionsfähige Gas noch immer in Richtung auf das Metall bei dessen Eintritt in den Durchgang 23' ,um Luft aus dem Raum oberhalb des Metalls auszutragen.

In der in Fig. 3 gezeigten Ausführungsform ist das Niveau des Metalls 12 (gegenüber der Ausführungsform in der parallelen Anmeldung) gegen den Sauerstoffeinlaß 32' erhöht, während der Sauerstoff den Teil des Durchgangs 23' spült, der sich zum Formhohlraum hin erstreckt. Auf diese Weise kann der Sauerstoffeinlaß 32' im Abstand vom Metall 12 im Vorratsofen 16 entlang des Schwanenhalses lV angeordnet sein und dennoch das Niveau des Metalls im Durchgang 23 am Einlaß 32' aufweisen. Durch Anordnung des Einlasses 32' im Abstand vom Niveau des Metalls im Vorratsofen kann die Temperatur des Einlasses 32' etwas gegen die hohe Temperatur, bei der das Metall im Vorratsofen gehalten wird, vermlrtiert werden.

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Es wird hierdurch weniger Warne auf das Spülventil 7o übertragen, wodurch erwünschterweise die Betriebstemperatur des Ventils verringert wird. Weiter kann es zweckmäßig beim Bau der Vorrichtung sein, den Einlaß in räumlichem. Abstand vom Vorratsofen anzuordnen.

Zusätzlich zu den beschriebenen Ausführungsformen sind andere Variationen von Verfahren und Vonichtung möglich.

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Claims

Patentansprüche

1. Verfahren der Verminderung der Porenbildung bei einem Druckguß-Warmkammer-Verfahren, bei dem der Formhohlraum durch einen Schwanenhals und ein Mundstück gefüllt wird, dadurch gekennzeichnet, daß man

I. nicht reaktionsfähiges Gas aus Schwanenhals und Mundstück durch das Gießmaterial verdrängt,

II. den Formhohlraum mit einem reaktionsfähigen Gas spült _t _und

III. den Formhohlraum durch Schwanenhals und Mundstück mit dem Gießmaterial in der Weise füllt, daß im wesentlichen kein nicht reaktionsfähiges Gas beim Einfüllen des Gießmaterials in den Formhohlraum gepresst wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ersatz des nicht reaktionsfähigen Gases in Schwanenhals und Mundstück durch das Gießmaterial im wesentlichen erfolgt, bevor der Formhohlraum mit dem reaktionsfähigen Gas gespült wird.

J>. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das nicht reaktionsfähige Gas aus Schwanenhals und Mundstück durch das Gießmaterial nur bis zu einem Einlaß für das reaktionsfähige Gas im Schwanenhals verdrängt wird und zusätzlich der Teil des Schwanenhalses und des Mundstücks zwischen Einlaß und Formhohlraum ebenso wie der Formhohlraum selbst mit dem reaktionsfähigen Gas gespült werden.

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4. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Ansprüchen 1-3, bestehend aus einem Vorratsbehälter aus Gießmaterial; einem Schwanenhals und einem Mundstück für die Füllung des Formhohlraums zwischen Vorratsbehälter und Form; Einrichtungen zum Ausspülen von nicht reaktionsfähigem Gas mittels eines reaktionsfähigen Gases wenigstens aus dem Formhohlraum; sowie Einrichtungen zur Verdrängung von nicht reaktionsfähigem Gas aus Schwanenhals und Mundstück durch das Gießmaterial vor der Spülung des Formhohlraums mit reaktionsfähigem Gas.

5, Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtungen zur Verdrängung von nicht reaktionsfähigem Gas aus Schwanenhals und Mundstück im einzelnen bestehen aus : einer Kammer, die mit dem Vorratsbehälter für das Gießmaterial und einem beweglich darin angeordneten Kolben zum Transport des Materials aus dem Vorratsbehälter in den Formhohlraum in Verbindung steht; einem Schußzylinder für die Bewegung dos Kolbens; einem mit dem Kolben verbundenen v«rschiebungsüberträger für die Erzeugung eines die Bewegung des Kolbens anzeigenden Signals; Einrichtungen zur Beaufschlagung des Schußzylinders mit Druckflüssigkeit; einem servogesteuerten Ventil in der Einrichtung zur Beaufschlagung des Schußzylinders mit Druckflüssigkeit; und einem mit Servoventil und Verschiebungsträger verbundenen Servosteuerungsmechanismus zur Steuerung des Ventils in Abhängigkeit von dem vom VerschieLungsüberträger ausgehenden Signal zum Einlass von Druckflüssigkeit in den Schußzylinder.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Verdrängung von nicht reaktionsfähigem Gas und der nachfolgenden Füllung des Formhohl-

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raums mit dem Gießmaterial besteht aus:

a) einem zweiten Steuerventil, das mit den Druckflüssigkeitseinrichtungen parallel mit dem servogesteuerten Ventil verbunden ist, wobei das servogesteuerte Ventil eine geringere Durchflußkapazität als das zweite Steuerventil aufweist und

b) Einrichtungen in der Servosteuerung zur betätigung des servogesteuerten Ventils für die Bewegung des Kolbens mit einer geringeren Geschwindigkeit und danach Betätigung des zweiten Steuerventils für die Bewegung des Kolbens bei höherer Geschwindigkeit.

7. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Spülung des Formhohlraums mit reaktionsfähigem Gas einen Einlass für das reaktionsfähige Gas aufweist, der mit dem Schwanenhals und wenigstens einer Auslassöffnung des Formhohlraums in Verbindung steht und weiter dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Verdrängung von nicht reaktionsfähigem Gas aus wenigstens dem Schwanenhals den Schwanenhals nur zwischen dem Vorratsbehälter für das Gießmaterial und dem Einlass für das reaktionsfähige Gas zur Verdrängung von nicht reaktionsfähigem Gas hieraus füllt.

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