[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung des Unterdrucks bei einer Druckgießmaschine
insbesondere einer Vakuum-Druckgießmaschine nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Stand der Technik:
[0002] Aus der EP 0 051 310 B1 ist eine Druckgießmaschine bekanntgeworden, die nach dem
sogenannten Vakuum-Druckgießverfahren arbeitet. Bei diesem Verfahren wird die Metallschmelze
aus einem Warmhalteofen über ein Ansaugrohr in die Gießkammer mittels Unterdruck angesaugt,
wobei der Unterdruck über einen Absaugkanal in der Formteilungsfläche der Gießform
aufgebracht wird. Wie in der zitierten Literaturstelle weiterhin beschrieben, stellt
sich bei Druckgießmaschinen auch das Problem einer ausreichenden Entgasung der Schmelze
während des Gießvorganges dar. Zwar wird durch Anwendung des Vakuum-Druckgießverfahrens
eine Verbesserung durch ein Absaugen der im Saugrohr, in der Gießkammer sowie in der
Gießform enthaltenen Gase erzielt. Versuche haben jedoch gezeigt, daß aufgrund von
vorhandenem Restgas und von Verwirbelungen der Schmelze sowie sonstigen Verunreinigungen
noch erhebliche Qualitätseinbußen hinzunehmen sind. Um eine Verbesserung zu erzielen,
wurden in den in der oben genannten Literaturstelle weiterhin zitierten Veröffentlichungen
vorgeschlagen, mehrere Vakuumanschlüsse zur Verbesserung der Evakuierung vorzusehen.
Insbesondere schlägt diese zitierte Literaturstelle selbst vor, einen weiteren Vakuumanschluß
durch den Gießkolben selbst vorzunehmen.
[0003] Der an die Gießform angelegte Unterdruck (Vakuum) kann so lange wirksam sein, bis
die Gießform durch die Vorschubbewegung des Gießkolbens mit flüssigem Metall gefüllt
ist, wobei sich an der Gießform ein Ventil mit einem hydraulisch betätigbaren Sperrkolben
befindet, der ein Eindringen der Metallschmelze in den Absaugkanal verhindert.
[0004] Aus der Literaturstelle "Gießerei" 69 (1982) Heft 19, Seite 521/527 wird bei einem
derartigen Gießverfahren darauf hingewiesen, daß die Zeitdauer des angelegten Vakuums
von Bedeutung ist. Die Vakuumeinwirkzeit ist neben der Größe des eingestellten Unterdrucks
demnach ein wichtiger Parameter, um eine richtige und effektive Evakuierung der einzelnen
Teile, nämlich Saugrohr, Gießkammer und Druckgießform zu erzielen.
Vorteile der Erfindung:
[0005] Das erfindungsgemäße Verfahren mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1
bezweckt und erreicht eine erhebliche Verbesserung beim Evakuieren der Luft insbesondere
beim bekannten Vakuum-Druckgießverfahren. Das Verfahren kann auch beim normalen Druckgußverfahren
zur Evakuierung der Luft angewandt werden.
[0006] Der Erfindung liegt der Kerngedanke zugrunde, daß das angelegte Vakuum nicht nur
hinsichtlich seiner Größe, d. h. hinsichtlich des hergestellten Unterdrucks sowie
hinsichtlich der Einschaltdauer berücksichtigt wird, sondern das Vakuum kann darüber
hinaus den jeweiligen Bedingungen des Druckgießverfahrens genauestens angepaßt werden.
Dies geschieht erfindungsgemäß durch eine Regelung des Vakuums über die Zeitdauer
der Unterdruckbeaufschlagung, d. h. das angelegte Vakuum wird in seiner Größe sowie
seiner Zeitdauer einer genauesten Regelung unterworfen. Hierdurch kann auch der Einlauf
der Schmelze über das Saugrohr in die Gießkammer und in die Gießform zu jedem Zeitpunkt
reguliert werden, so daß - gegebenenfalls in Verbindung mit weiteren Hilfsmaßnahmen
- eine optimale Befüllung sowohl der Gießkammer als auch ein optimaler Gießprozeß
beim Gießvorgang selbst erzielt werden kann. Weiterhin können Turbulenzen der Metallströmung
vermieden werden. Grundsätzlich wird eine optimale Entgasung des Metalls erzielt.
Durch eine kontinuierliche Regelung oder Steuerung des absoluten Druckes des Vakuums
während des Gießprozesses werden damit erhebliche Verbesserungen an den Druckgießerzeugnissen
erzielt. Gemäß der Erfindung wird insbesondere auch eine genaue Regulierung des Vakuums
im Hinblick auf einen unerwünschten vorzeitigen Eintritt der Metallschmelze in den
Formhohlraum während der Gießkammerbefüllung vermieden, was zu unerwünschten Fließspuren
auf dem Gußteil führt.
[0007] In den Unteransprüchen sind vorteilhafte und zweckmäßige Weiterbildungen des erfindungsgemäßen
Verfahrens angegeben. Besonders vorteilhaft hierbei ist die kontinuierliche oder diskontinuierliche
Regelung des Vakuums gegebenenfalls mit Einhaltung von Haltezeiten bei bestimmten
Unterdrücken.
[0008] Die Erfindung wird näher am Beispiel einer Vakuum-Druckgießmaschine beschrieben,
die in der Zeichnung dargestellt und unter Angabe weiterer Vorteile in der nachfolgenden
Beschreibung näher erläutert ist. Es zeigt
- Fig. 1
- eine Seitenansicht einer Gießkammer mit Gießkolben sowie Ansaugrohrzuführung zu einer
Warmhalteeinrichtung.
Beschreibung eines Ausführungsbeispiels:
[0009] Die Erfindung wird anhand einer Vakuum-Druckgießmaschine beschrieben. Sie läßt sich
auch für die "Evakuierung" normaler Druckgießmaschinen verwenden, wenn der Gießkolben
die Einfüllöffnung verschlossen hat.
[0010] Bezüglich dem allgemeinen Aufbau sowie den wesentlichen Funktionsmerkmalen einer
Vakuum-Druckgießmaschine wird auf die eingangs erwähnte Literaturstelle und insbesondere
auf die EP 0 051 310 verwiesen.
[0011] In Fig. 1 ist von einer nur angedeuteten Druckgießmaschine 1 die feste Aufspannplatte
2 mit der hieran befestigten festen Formhälfte 3 dargestellt, die mit der beweglichen
Formhälfte 4 zusammenwirkt. Zwischen der festen 3 und der beweglichen Formhälfte 4
befindet sich der Formhohlraum 5, der mit Metallschmelze zu füllen ist. Hierfür ist
eine Gießkammer 6 mit einem Gießkolben 7 vorgesehen, in welche die Metallschmelze
8 über ein Saugrohr 9 aus einer Warmhalteeinrichtung 10 angesaugt wird.
[0012] Beim Vakuum-Druckgießverfahren wird die Metallschmelze nicht durch ein Eingießverfahren,
sondern durch Anlegung eines Vakuums oder Unterdrucks aus der Warmhalteeinrichtung
10 angesaugt. Dabei geschieht der Ansaugvorgang durch das Ansaugrohr 9 über die Gießkammer
6 und den Formhohlraum 5.
[0013] Hierfür befindet sich an den Formhälften 3, 4 ein Vakuumventil 11 mit einer Vakuumanschlußleitung
12, welches zu einem Schaltventil 13 führt. Die Vakuumleitung 12 wird vom Schaltventil
13 fortgeführt zu einem Vakuumtank 14, an welchem eine Vakuumpumpe 15 zur Herstellung
des Unterdrucks angeschlossen ist.
[0014] Das Vakuumventil 11 der Gießform dient zur Absperrung der gegebenenfalls bis zu diesem
Ort mittels des Gießkolbens 7 eingepreßten Metallschmelze. Ein Eindringen des Metalls
in die nachfolgende Vakuumanschlußleitung 12 wird damit vermieden.
[0015] Erfindungsgemäß wird das über das Vakuumventil 11 angelegte Vakuum über das Schaltventil
13 so in seinem Druckverlauf geregelt, daß sich der Druck im Formhohlraum 5, in der
Gießkammer 6 und im Saugrohr 9 nach einer bestimmten einstellbaren Funktion pro Zeiteinheit
regelt. Hierfür ist ein Rechner 16 vorgesehen, der die verschiedensten Parameter erfaßt.
So wird der Unterdruck im Bereich des Vakuumventils 11 über eine zusätzliche Meßleitung
17 erfaßt und mittels einer Vakuum-Meßsonde gemessen. Diese Vakuum-Meßsonde 18 ist
über ein zusätzliches Nebenschlußventil 19 an die Vakuum-Anschlußleitung 12 angeschlossen.
Damit ist der Druck p in der Vakuum-Anschlußleitung 12 erfaßbar und über die Leitung
20 dem Rechner 16 zuführbar.
[0016] Der Vakuumdruck im System kann auch über andere Meßleitungen im System dem Rechner
16 zugeführt werden. Dies ist beispielsweise durch eine Meßleitung 21 zum Vakuumtank
14 angedeutet.
[0017] Die Regelung des Vakuums, d. h. des Unterdrucks im System erfolgt nach einem vorgegebenen
Regelprogramm

oder

. Dabei kann der über die Zeit eingestellte Druckverlauf oder Massenstromverlauf
einen progressiven, einen linearen oder einen degressiven Verlauf einnehmen. Über
den Rechner 16 wird beispielsweise über die Steuerleitung 22 das Schaltventil 13 in
der Vakuum-Anschlußleitung derart angesteuert, daß sich der gewünschte Druckverlauf
oder Massenstromverlauf in der Vakuumleitung 12 einstellt. Gleichzeitig kann der Rechner
16 die Ansteuerung des Vakuumventils 11 über eine Steuerleitung 23 und die Ansteuerung
des Nebenschlußventils 19 über eine weitere Steuerleitung 24 übernehmen. Schließlich
kann die Herstellung des Vakuums selbst, d. h. der Betrieb der Vakuumpumpe 15 ebenfalls
über eine weitere Steuerleitung 25 erfolgen.
[0018] Durch die erfindungsgemäße Möglichkeit der laufenden Meßung und Regelung des Vakuums
können ganz bestimmte "Vakuumkurven" gefahren werden.
[0019] Zunächst wird die Schmelze 8 aus der Warmhalteeinrichtung 10 über eine, am unteren
Ende des Saugrohres 9 sich befindende Drossel 30 in die Gießkammer 6 durch Anlegen
eines hohen Unterdrucks in der Größenordnung von p₁ ∼ 150 bis 200 mbar absolut angesaugt.
Dabei bestimmt die Größe der Drossel 30, die Ansaugzeit t₁ sowie der Unterdruck p₁
die in die Gießkammer angsaugte Menge m₁ der Metallschmelze. Ein zusätzlicher Meßfühler
z. B. ein Ultraschallmeßfühler 28 in der oberen Wandung der Gießkammer oder ein Widerstandsmeßfühler
28' im Angußquerschnitt der Formhälfte 4 kann die Füllstandshöhe h₁ in der Gießkammer
6 erfassen und diesen Wert über eine Meßleitung 29 dem Rechner 16 zur Auswertung zuführen.
[0020] Der Ansaugvorgang bei Vakuumdruckgießmaschinen kann als erster Regelungsabschnitt
durch Überfahren des Gießkolbens 7 über die Ansaug- oder Eintrittsöffnung 27 in die
Gießkammer 6 oder durch einen entsprechend verminderten Unterdruck (Druckanstieg)
beendet werden. Er entspricht dem Einfüllvorgang von Metallschmelze in eine "normale"
Druckgießvorrichtung. Hierfür kann die Stellung des Gießkolbens 7 über einen Wegerfassungsgeber
31 dem Rechner 16 über eine Leitung 32 zugeführt werden, um insbesondere auch bei
"normalen" Gießkammern die Kolbenstellung nach Überfahren der Einfüllöffnung 27 zu
erfassen und das Vakuum zu regeln. Sensoren zur Erfassung des Weges oder der Füllstandshöhe
sind an sich bekannt (s. z. B. Lit. Maschinenmarkt 1992, 40, Seite 72 - 77).
[0021] Diesem ersten Einfüllzeitabschnitt t₁ schließt sich ein weiterer "Haltezeitabschnitt"
t₂ an.
[0022] Durch ein Halten bestimmter Unterdrücke kann das Ausgasen der Schmelze in der Gießkammer
6 und das Formevakuieren begünstigt werden. Hierfür wird über einen Zeitabschnitt
t₂ nach einem kontinuierlichen Abfall des Unterdrucks (Druckanstieg) auf ein Vakuum
von vorzugsweise p₂ ∼ 800 mbar absolut eine bestimmte Haltezeit des Vakuums von t₂
∼ 0,2 bis 3 sec eingestellt. Diese Haltezeit kann sich je nach spezifischem Metallgewicht,
nach der Saugrohrhöhe h₂ über oder der Füllstandshöhe h₁ in der Gießkammer und der
Formkontur bemessen. Durch diesen zwischenzeitlichen Haltevorgang des Unterdruckes
kann das Austreten der Gase aus der Schmelze, der Gießkammer und den Formhohlräumen
gefördert und geregelt werden.
[0023] Die Erfindung sieht weiterhin vor, daß in der ersten Ausgangsphase t₁ beim Übertritt
der Schmelze 8 aus dem Saugrohr 9 in die Gießkammer 6 an der Eintrittsöffnung 27 der
Gießkammer eine stetige Schmelzegeschwindigkeit v ≦ 1 m/sec aufgrund des regelbaren
Unterdurcks einstellbar ist, wobei Strömungswerte vorzugsweise in der Größenordnung
von unter 1 m/sec gewählt werden. Dabei wird zur Vermeidung von Turbulenzen der Gießkolben
7 in seinem unteren Bereich mit einer Umlenkfläche 26 versehen, wie dies in der Vorveröffentlichung
der Anmelderin gemäß DE 41 01 592 beschrieben ist.
[0024] Das Befüllen der Gießform geschieht in an sich bekannter Weise durch die Verschiebung
des Kolbens 7 in der Gießkammer 6 in einer Vorfüll- und Formfüllphase. Während der
Vorfüllphase dient die Regelung des Unterdrucks über diesen dritten Zeitabschnitt
t₃ zur Absaugung der restlichen Luft- oder Gasanteile.
[0025] Die Erfindung ist nicht auf das dargestellte und beschriebene Ausführungsbeispiel
beschränkt. Sie umfaßt auch vielmehr alle fachmännischen Weiterbildungen und Ergänzungen
im Rahmen des erfinderischen Grundgedankens.
1. Verfahren zur Regelung eines Unterdrucks bei einer Druckgieß- und insbesondere bei
einer Vakuum-Druckgießmaschine zur Herstellung gas-, poren- und oxydarmer Gußstücke
aus Metallen und/oder deren Legierungen, wobei mittels eines Unterdruck-Anschlußventils
(12, 13) an einer Gießform (3, 4) sowie einer mit Metallschmelze (8) füllbaren Gießkammer
(6), eine Unterdruckbeaufschlagung der Gießform (3, 4) sowie der Gießkammer (6) erfolgt,
dadurch gekennzeichnet, daß die Unterdruckbeaufschlagung der Gießform (3, 4) bzw.
der Gießkammer (6) über wenigstens ein Regelventil (13) derart erfolgt, daß der Unterdruck
(p) im Formhohlraum (5) und/oder in der Gießkammer (6) nach einer regelbaren Kurve
mit wengistens zwei Zeitabschnitten geregelt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Regelung des Unterdurcks
nach einer progressiven, linearen oder degressiven Druck-Zeit-Funktion (

) erfolgt.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Regelung des Unterdrucks
(p) als Funktion der in die Gießkammer (6) eingebrachten Menge (m) und/oder als Funktion
des Gießkolbenweges (s) erfolgt.
4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3 dadurch gekennzeichnet, daß die Regelung des Unterdrucks
an einer Vakuum-Druckgießmaschine mit einem Ansaugrohr (9) zur Ansaugung von Metallschmelze
(8) aus einer Warmhalteeinrichtung (10) erfolgt.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Regelung des Unterdrucks
(p) als Funktion der Zeit (t) und/oder der Menge (m) und/oder des Gießkolbenweges
(s), derart erfolgt, daß im Saugrohr (9) und/oder in der Gießkammer (6) ein kontinuierlicher
stetiger Anstieg der Schmelze (8) aus der Warmhalteeinrichtung (10) erfolgt.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet,
daß der Unterdruck in einer ersten Phase t₁ auf einen hohen Unterdruck p₁ ∼ 150 bis
200 mbar gehalten wird, um die Gießkammer zu füllen und daß sich eine zweite Haltephase
t₂ mit einem Haltedruck p₂ ∼ 800 mbar über einen Zeitraum t₂ zur Ausgasung der Schmelze
in der Gießkammer anschließt.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Halte-Unterdruck (p₂) auf
einem bestimmten, vorgegebenen Wert p₂ über eine Zeitspanne t₂ derart gehalten wird,
daß ein Ausgasen der Schmelze weitestgehend abgeschlossen wird.
8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Halte-Unterdruck
(p₂) in der Gießform (5), der Gießkammer (6) und/oder im Saugrohr (9) nach einem kontinuierlichen
Abfall auf einen Unterdruck von p₂ von 200 auf 800 mbar (Anstieg des Druckes) über
eine Zeitspanne t₂ ∼ 0,2 - 3 sec konstant gehalten wird, derart, daß ein Austreten
der Gase aus der Schmelze erfolgt.
9. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
daß der Unterdruck (p) mittels der Unterdruckregelung derart einstellbar ist, daß
beim Übertritt der Schmelze (8) aus dem Saugrohr (9) in die Gießkammer (6) an der
Eintrittsöffnung (27) der Gießkammer (6) sich eine stetige turbulenzfreie Schmelzgeschwindigkeit
(v) von vorzugsweise v ≦ 1 m/sec einstellt.
10. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet,
daß der Vakuumanschlußleitung (12) zur Erfassung des Unterdrucks eine Vakuum-Meßsonde
(18) zugeordnet ist, die vorzugsweise über ein Nebenschlußventil (19) an die Vakuum-Anschlußleitung
(12) angeschlossen ist.
11. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
daß ein Rechner (16) zur Steuerung bzw. Regelung wenigstens eines Schaltventils (13)
in der Vakuum-Anschlußleitung (12) vorgesehen ist.
12. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
daß die Gießkammer (6) eine Metallschmelze-Füllstandsmeßeinrichtung (28, 28') zur
Mengenerfassung aufweist, deren Meßwert zur Unterdruckregelung auswertbar ist.
13. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
daß dem Gießkolben ein Gießkolben-Wegerfassungsgeber (31) zugeordnet ist, dessen Meßwert
(s) dem Rechner (16) über eine Meßleitung (32) zuführbar ist und daß eine Regelung
(

) vorgesehen ist.