Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb einer Warmkammer-Druckgießmaschine, bei dem flüssiges Metall schußweise von einem hin-und her bewegbaren Gießkolben aus einem in ein Metallbad tauchenden Gießbehälter durch dessen Steigkanal zu einem Mundstückskörper und einer Düsenspitze bis in eine Form gefördert und dort unter Druck gesetzt wird.
Die Erfindung betrifft auch eine Warmkammer-Druckgießmaschine zur Durchführung eines solchen Verfahrens.
Metalldruckgussteile werden in immer größeren Umfang auf allen Gebieten der Technik verwendet, wobei es jeweils auf möglichst hohe Produktqualität ankommt. Bekannt ist es hierzu (DE-PS 29 22 914), wegabhängige Signale zur Steuerung des Einpressvorganges zu verwerten oder Signale, die vom Einpressdruck abhängig sind und aus denen auf die jeweilige Stellung des Gießkolbens und damit auf den Füllungsgrad der Form geschlossen werden kann. Aus der WO 95/33588 ist es darüber hinaus auch bekannt, im Endbereich des Mundstückes, also kurz vor der Düsenspitze, einen von oben in das Mundstück hereinragenden Metallsensor vorzusehen, um exakte tatsächliche Werte über die Lage der Metallfront beim Schuß zu erhalten und daraus dann entsprechende Regelsignale für die Formfüllung und den Einpressdruckverlauf abzuleiten. Diese Maßnahme dient zusammen mit der Verwendung hochdynamischer Stetigventile mit sehr geringen Schaltzeiten dazu bessere Produkte bei dünnwandigem Guß zu erreichen.
In allen Fällen aber muß dafür gesorgt werden, dass die in der Form vor dem Einschießen des Metalls vorhandene Luft und die Luft, die sich im Steigkanal und im Mundstückskörper befindet, möglichst vollständig entweichen kann, um Lunkerbildung innerhalb des Druckgussstückes möglichst zu vermeiden. Bekanntlich arbeiten alle Warmkammer-Druckgießmaschinen so, dass nach jedem Schuß der Gießkolben wieder in seine ursprüngliche Stellung zurückgefahren wird, in der eine Verbindungsöffnung zwischen dem im Ofen temperierten Metallbad und dem Gießzylinder freigegeben wird, um den beim Gießvorgang zunächst entleerten Gießzylinder wieder zu füllen. Bei dieser Rückbewegung des Gießkolbens entsteht ein gewisser Unterdruck im Steigkanal und im Mundstückskörper. Da der Mundstückskörper im übrigen auch zur Düsenspitze und zur Form hin leicht ansteigt, fließt nach dem Druckgießvorgang dort noch vorhandenes Metall wieder in den Gießbehälter zurück bis zu dem Niveau, welches vom Metallbadpegel bestimmt wird. Steigkanal und Mundstückskörper sind daher vor jedem Schuß mit Luft gefüllt und es muß dafür gesorgt werden, dass auch diese Luft, die von der Metallfront beim Formfüllvorgang vor sich hergetrieben wird, durch die Form entweichen kann. Dies führt dazu, dass der Formfüllvorgang nicht mit einer, für die Metallfüllung der Form an sich möglichen hohen Geschwindigkeit erfolgen kann. Dazu kommt, dass der Fördervorgang der Metallschmelze und damit die Vorwärtsbewegung des Gießkolbens erst einsetzen kann, wenn die nach dem vorhergehenden Schuß zunächst zur Entnahme des Werkstückes geöffnete Form wieder geschlossen ist. Die Zykluszeit zwischen jedem Schuß wird dadurch, insbesondere durch den in der ersten Füllphase mit sehr geringer Geschwindigkeit bewegten Gießkolben verlängert. Dazu kommt, dass es dennoch nicht möglich ist, die gesamte Luft durch die der Form zugeordneten Lüftungskanäle entweichen zu lassen, so dass im Gussteil Luftporen entstehen können.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, hier Abhilfe zu schaffen und ein Verfahren zum Betrieb einer Warmkammer-Druckgießmaschine und eine entsprechend ausgestaltete Druckgießmaschine vorzuschlagen, mit denen relativ sicher die Luft aus der Form und dem Gießsystem abgeführt werden kann.
Zur Lösung dieser Aufgabe wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren der eingangs genannten Art vorgesehen, dass nach jedem Schuß bei offener Form der Gießkolben aus seiner zurückgezogenen Stellung, in der er einen Zulauf aus dem Metallbad in den Gießzylinder des Gießbehälters freigibt, in eine vorgeschobene Stellung bewegt wird, in welcher der Steigkanal und Mundstückskörper mit flüssigem Metall gefüllt sind, dass dann die Form geschlossen und erst danach Metall in die Form gedrückt wird.
Durch diese Maßnahme kann der Zeitraum, während dem die Form ohnehin zur Entnahme des Werkstückes geöffnet ist, für einen Teil des Fördervorganges der Metallschmelze für den neuen Schuß ausgenützt werden. Gleichzeitig wird dabei dafür gesorgt, dass die im Steigkanal und im Mundstückskörper befindliche Luft aus dem Gießsystem herausgedrückt wird, wobei sie wegen der noch offenen Form keine Schwierigkeiten zum Entweichen hat. Nach dem dann erfolgten Schließen der Form kann daher der eigentliche Druckgießvorgang eingeleitet werden, bei dem lediglich die in der Form noch vorhandene Luft durch die entsprechenden Entlüftungskanäle aus der Form herausgedrückt werden muß, ehe der Druck auf die Metallschmelze erhöht und der Einpressvorgang vollständig durchgeführt wird. Die Luftmenge jedenfalls, die beim Stand der Technik aus Steigkanal und Mundstückskörper, d.h. aus dem Gießsystem selbst bei jedem Schuß herausgedrückt werden muß, kann in einfacher Weise entweichen, und zwar in einer Zeitspanne, die ohnehin für die Entnahme des Gußteiles zwischen jedem Schuß vorgesehen sein muß.
In Weiterbildung der Erfindung kann die Ankunft des flüssigen Metalls an der Mundstücksspitze erfasst, der Formschließvorgang eingeleitet und der Gießkolben festgehalten werden, bis die Form geschlossen ist. Durch diese Ausgestaltung kann im Vergleich zum Stand der Technik wegen der Vorfüllung des Gießsystems der eigentliche Formfüll- und Einpressvorgang wesentlich schneller und auch exakter durchgeführt werden, so dass es möglich ist, Produkte hoher Qualität ohne Lufteinschlüsse mit großer Effizienz herzustellen.
Zur Durchführung des neuen Verfahrens eignet sich eine Warmkammer-Druckgießmaschine, die mit einem vom Steigkanal zur Düsenspitze hin ansteigenden Kanal im Mundstückskörper und mit einem im Bereich der Düsenspitze angeordneten Metallsensor versehen ist, wobei allerdings der Metallsensor abweichend vom Vorschlag nach der WO 95/33588 an der Unterseite des Mundstückskörpers angebracht ist. Durch diese Ausgestaltung nämlich wird der Metallsensor von dem in der Vorfüllphase das Gießsystem langsam auffüllenden flüssigen Metall überflutet und es kann eine feinfühlige Regelung stattfinden. Bekanntlich haben Mundstückskörper gängiger Warmkammer-Druckgießmaschinen eine Neigung von etwa 5°, die dazu ausgenützt werden kann, das Metall in diesem geneigten Mundstückskörperkanal langsam durch die Vorwärtsbewegung des Gießkolbens bis zum Metallsensor ansteigen zu lassen.
Es kann nun eine entsprechende Steuerungseinrichtung vorgesehen werden, die jeweils vom Zeitpunkt des vom Metallsensor abgegebenen Signals, dass das Gießsystem vorgefüllt ist, die Steuerung des Einpressvorganges der Metallschmelze in die Form übernimmt.
Wird dafür gesorgt - was an sich bekannt ist - dass das Badniveau der Metallschmelze im Ofen z.B. über einen Mehrkammerofen stets gleich hoch gehalten ist, dann wird es auch möglich, eine Gießsystemvorfüllkurve vorzugeben, die maschinenspezifisch und unabhängig von der Form ist. Danach arbeitet das Gießkolbenvorschub- und Druckbeaufschlagungssystem formabhängig und kann in bekannter Weise betrieben werden.
Die Erfindung ist anhand eines Ausführungsbeispieles in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden erläutert. Es zeigen:
Die Fig. 1 läßt zunächst erkennen, dass das mit der Bezugszahl 1 insgesamt versehene Gießsystem aus einem nicht näher gezeigten Ofen 2 mit einer temperierten Entnahmekammer 3 besteht, in der sich bis zum Niveau 4 flüssiges Metall 5 befindet. In dieses vom flüssigen Metall 5 gebildete Metallbad taucht ein Gießbehälter 6 ein, der eine zylindrische Gießkammer 7 und einen darin auf- und abbeweglichen Gießkolben 8 sowie einen mit der Gießkammer 7 in Verbindung stehenden Steigkanal 9 aufweist. Der Steigkanal 9 mündet in einen Mundstückskörper 10 ein, der in das am Ende des Steigkanals 9 vorgesehene Anschlussstück 11 des Gießbehälters 6 eingesetzt und ebenso wie dieses beheizt ist, was aber nicht näher gezeigt ist.
Die Gießkammer 7 ist außerdem mit einer Verbindungsöffnung 12 zum Metallbad 5 versehen, welche in der dargestellt zurückgezogenen Lage des Gießkolbens 8 freigegeben ist. Der Gießkolben 8 wiederum wird über eine Kolbenstange 13 gesteuert angetrieben, wobei der dazu vorgesehene Gießkolbenantrieb nicht gezeigt ist.
Der Mundstückskörper 10 ist mit einer in ihn eingesetzten Düsenspitze 14 versehen, die aus Fig. 2 erkennbar ist. In Fig. 2 ist auch die um den Mundstückskörper 10 herum angeordnete Heizung 15 angedeutet. Zu erkennen ist auch ein Metallsensor 16, der von der Unterseite her in den Mundstückskörper 10 eingesetzt ist und über ein Anschlusskabel 17 mit einer Steuereinrichtung 18 in Verbindung steht, die wiederum in nicht näher gezeigter Weise mit dem Antrieb für den Gießkolben 8 verbunden ist.
Zu Fig. 1 ist noch zu bemerken, dass das Mundstück mit der Düsenspitze 14 am Zulaufsystem 19 für die Form 20 angesetzt ist, die aus einer an der festen Formenaufspannplatte 21 der nicht weiter gezeigten Druckgießmaschine aufgespannten festen Formhälfte 22 und aus der an der nicht gezeigten beweglichen Formenaufspannplatte der Druckgießmaschine befestigten beweglichen Formenhälfte 23 aufgebaut ist. Diese Form 20 ist in bekannter Weise mit Entlüftungskanälen versehen und sie ist in Fig. 1 im geschlossenen Zustand gezeichnet.
Die nach Fig. 1 geschlossene Form wird nun nach dem neuen Verfahren zur Entnahme des noch in der Form befindlichen Werkstückes geöffnet. Dieses Formöffnen geschieht nach Fig. 3 zum Zeitpunkt Null auf der nach rechts verlaufenden Zeitachse t. Nach dem neuen Verfahren wird nun bei geöffneter Form der Gießkolben 8 durch seinen Antrieb aus der in der Fig. 1 gezeigten Lage nach unten bewegt. Er verschließt dabei die Verbindungsöffnung 12 zum Metallbad 5 und drückt das in der Gießkammer 7 und in dem angrenzenden Steigkanal 9 bis zum Niveau 4 vorhandene flüssige Schmelzmaterial durch den Steigkanal nach oben in den leicht zur Form 20 hin ansteigenden Kanal 24 des Mundstückes 10. Die flüssige Metallschmelze 5 erreicht dabei, wie Fig. 2 andeutet, den Metallsensor 16, der von unten her in den Kanal 24 des Mundstückes 10 eingesetzt ist und überflutet diesen bei einem horizontal verlaufenden Niveau 25, so dass ein Signal abgegeben werden kann, wenn die flüssige Schmelze 5 am Metallsensor 16 bzw. - nach einer empirisch zu ermittelnden weiteren kurzen Zeitspanne - an der Düsenspitze 14 bis zu dem horizontal verlaufenden maximalen Niveau 25a ansteht. Dieser Zeitpunkt, bzw. der Zeitpunkt, zu dem die Metallschmelze 5 den Metallsensor 16 erreicht, wird nun zusammen mit "Form geschlossen" als Startsignal für die schnelle Formfüllung ausgenützt. Im Ausführungsbeispiel der Fig. 3 ist dies der Fall zum Zeitpunkt t nach zwei Sekunden. Die Form selber ist zum Zeitpunkt tF geschlossen, so dass danach - zum Zeitpunkt des Ablaufs von drei Sekunden - der Formfüllvorgang mit hoher Geschwindigkeit in der auch bisher schon bekannten Weise einsetzen kann.
Es wird ohne weiteres erkennbar, dass die von der Schmelze 5 vor dem Gießkolben 8 zu Beginn des in Fig. 3 geschilderten Vorganges vor der Metallfront hergeschobene Luft, die sich noch in dem oberhalb des Niveaus 4 liegenden Teil des Steigkanals 9 und im Kanal 24 des Mundstückkörpers befindet, ohne Probleme aus der noch offenen Form entweichen kann. Die Metallschmelze wird dabei sehr langsam und mit geringer Geschwindigkeit (beim Ausführungsbeispiel etwa 0,1 Meter pro Sekunde) in das Gießsystem eingefüllt, welches auf diese Weise beim Ausführungsbeispiel nach zwei Sekunden vorgefüllt ist. Aus diesem vorgefüllten Gießsystem, welches in Fig. 2 durch das Niveau 25 angedeutet ist, lässt sich nach dem Schließen der Form zum Zeitpunkt tF die Form selbst sehr schnell und fektiv ausschließlich in Abhängigkeit von dem durch die Form gegebenen Bedingungen füllen. Die in der Form vorhandene Luft und der geringe Luftanteil in der Düsenspitze 14 (Fig. 2) behindern das Entweichen dieser nur noch geringen Luftmenge nicht. Auf diese Weise wird es daher möglich, dass das erzeugte Druckgussteil nahezu ohne Lufteinschlüsse herstellbar ist. Es wird auch möglich, eine kürzere Zykluszeit einzuhalten, weil der Vorfüllvorgang für das Gießsystem, der in der Fig. 3 in der Zeit von Null bis zwei Sekunden erfolgt, in einer Zeitspanne vor sich geht, in der die Form ohnehin der Werkstückentnahme geöffnet sein muß.
Mit dem neuen Verfahren können auch Druckgussteile mit geringerem Gewicht prozesssicher hergestellt werden.