[0001] Die Erfindung bezieht sich auf eine Vakuumdruckgussanlage nach dem Oberbegriff des
Anspruchs 1 sowie auf ein Verfahren zum Betrieb einer solchen Vakuumdruckgussanlage.
[0002] Vakuumdruckgießen ist zur Herstellung von Gussstücken aus Metallen und Metalllegierungen,
insbesondere aus Legierungen der Metalle Al, Mg, Zn und Cu, bekannt. Entsprechende
Anlagen zum Vakuumdruckgießen sind beispielsweise in der
DE 4312647 A1, der
DE 102004057324 A1 oder der
DE 102006101560 A1 beschrieben.
[0003] Vakuumdruckgießen wird insbesondere dort eingesetzt, wo hohe Anforderungen an Dichtheit,
Bruchdehnung, Festigkeit und Schweißbarkeit der Gussteile gestellt werden. Durch das
Vakuumdruckgießen wird eine qualitativ hochwertigere Güte der Gussteile erreicht,
da weniger Luft und Gase im Material eingeschlossen werden. Dies gilt insbesondere
für Gussteile aus Aluminium bzw. einer Aluminiumlegierung, die in einem späteren Verfahrensgang
noch wärmebehandelt oder geschweißt werden.
[0004] Neben der Verwendung von flüssigen Metallen bzw. Metaillegierungen gibt es beim Vakuumdruckgießen
diverse Sonderverfahren, wie sie beispielsweise bei "Rolf Roller (Hrsg.): Fachkunde
für gießereitechnische Berufe, Haan-Gruiten, 2007; Seiten 186 - 187" beschrieben sind.
Die vorliegende Erfindung umfasst auch solche Sonderverfahren, soweit die entsprechenden
Vakuumdruckgussanlagen eine Gießkammer mit Einfüllöffnung, einen in der Gießkammer
bewegbaren Gießkolben und eine Kolbenstange aufweisen, wobei letztere den Gießkolben
mit einem Gießantrieb verbindet und wobei zwischen dem Außenmantel des Gießkolbens
und der Innenwandung der Gießkammer ein Ringspalt ausgebildet ist, der üblicherweise
eine Leckstelle - wie nachfolgend beschrieben - bildet.
[0005] Beim Vakuumdruckgießen wird bekanntermaßen ein Unterdruck bzw. Vakuum im Formhohlraum
der Gießform der Vakuumdruckgussanlage erzeugt, nachdem die Gießkammer mit Gießschmelze
befüllt und der Gießkolben an der Einfüllöffnung der Gießkammer vorbeigefahren ist.
[0006] Um beim Vakuumdruckgießen den im Formhohlraum der Gießform bzw. in der mit dem Formhohlraum
verbundenen Gießkammer erzeugten Unterdruck auf ein Minimum zu bringen, ist es erforderlich,
alle möglichen Leckagen bzw. Fehlstellen innerhalb des kompletten Vakuumsystems weitestgehend
abzudichten.
[0007] Eine außerordentlich bedeutende Leckstelle ist hierbei der Ringspalt zwischen der
Innenwandung der Gießkammer und dem Außenmantel des Gießkolbens. An dieser Leckstelle,
von der Hinterseite des Gießkolbens her eindringende Gase schäumen die Gießschmelze
in der unter Vakuum stehenden Gießkammer regelrecht auf und erzeugen im Gussteil eine
Gasporosität, die eine Wärmebehandlung und die Schweißbarkeit minimieren oder ausschließen.
[0008] Die
DE 43 12 647 A1 bietet eine Lösung zum Schließen dieser Leckstelle an, wonach eine technisch sehr
aufwendige evakuierbare Schiebehülse über das Gießkammer- bzw. Gießkolbensystem geschoben
wird, um ein Vakuum hinter dem Kolben zu erzeugen. Nachteilig ist hierbei insbesondere
der sehr hohe Wartungsaufwand solcher Vakuumdruckgussanlagen.
[0009] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Nachteile des Standes der Technik zu
vermeiden und den Prozess zur Herstellung von Vakuumdruckgussteilen zu verbessern,
so dass die Qualität der Gussteile steigt. Der Erfindung liegt außerdem die Aufgabe
zugrunde, die Dichtheit, Bruchdehnung, Festigkeit, Wärmebehandelbarkeit und/oder Schweißbarkeit
der durch das Vakuumdruckgießen hergestellten Gussteile zu verbessern. Eine weitere
Aufgabe der Erfindung besteht darin, die Taktzeit beim Vakuumdruckgießen zu beschleunigen
und damit die Produktionsleistung zu erhöhen, Weiterhin liegt der Erfindung die Aufgabe
zugrunde, den Prozess zur Herstellung von Vakuumdruckgussteilen oder eine Vakuumdruckgussanlage
derart zu verbessern, dass ein höheres Vakuum im Gießformhohlraum einstellbar ist.
[0010] Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe bei einer Vakuumdruckgussanlage, die eine Gießkammer
mit Einfüllöffnung, einen in der Gießkammer bewegbaren Gießkolben und eine Kolbenstange
aufweist, welche den Gisßkolben mit einem Gießantrieb verbindet, wobei zwischen dem
Außenmantel des Gießkolbens und der Innenwandung der Gießkammer ein Ringspalt ausgebildet
ist, dadurch erreicht, dass der Gießkolben wenigstens eine mit dem Ringspalt in Strömungsverbindung
stehende, evakuierbare Vertiefung oder Aushöhlung aufweist und Mittel vorgesehen sind,
über die die Vertiefung oder Aushöhlung, vorzugsweise eine Nut, evakuierbar ist.
[0011] Der Begriff Kolbenstange ist erfindungsgemäß weit gefasst. Er umfasst neben einer
Kolbenstange im engeren Sinne, die vorzugsweise für den Großteil von Anwendungsfällen
vorteilhaft ist, auch andere Betätigungsmittel, die den Gießkolben linear innerhalb
der Gießkammer bewegen. Für gewisse Anwendungsfälle kann es von Vorteil sein, wenn
die Kolbenstange eine Pleuelstange ist. Für bestimmte Einsatzfälle kann es wiederum
zweckmäßig sein, wenn die den Gießkolben antreibende Stange Teil eines Exzenters ist.
[0012] Es hat sich gezeigt, dass die entscheidenden Parameter für die Strömungsgeschwindigkeit
der Gase innerhalb der Leckstelle zwischen der Innenwand der Gießkammer und dem.Außenmantel
des Gießkolbens die Spaltstärke zwischen Gießkolben und Gießkammer und die Druckdifferenz
über den Spalt sind.
[0013] Da es aufgrund großer Wärmeunterschiede im Gießkammerbereich nicht gelingt, spaltfrei
zu arbeiten, wird durch die erfindungsgemäß vorgesehene Vertiefung oder Aushöhlung
erreicht, dass - wenn diese evakuiert wird - weniger bis vorzugsweise keine Gase bzw.
Luft durch den Spalt in die, die Gießschmelze enthaltende Gießkammer strömen, wenn
im Gießformhohlraum bzw. in der mit diesem strömungstechnisch verbundenen Gießkammer
ein Unterdruck erzeugt wird.
[0014] Es wird quasi ein vorzugsweise im Wesentlichen druckdifferenzfreier Bereich geschaffen,
so dass gegenüber dem Stand der Technik weniger, vorzugsweise nur minimal bis keine
Gase bzw. Luft durch den Spalt in die mit Gießschmelze befüllte Gießkammer strömen.
[0015] Erfindungsgemäß besonders bevorzugt kann der Unterdruck in der Vertiefung oder Aushöhlung
sogar größer sein als in der mit Gießschmelze befüllten Gießkammer, so dass sich die
Strömungsrichtung quasi gegenüber dem Stand der Technik umkehrt und Gase und Luft
aus der mit Gießschmelze befüllten Gießkammer in die Vertiefung oder Aushöhlung strömen.
Im letzten Fall ist dann natürlich wieder eine gewünschte Druckdifferenz über den
Ringsspalt vorhanden.
[0016] Dadurch wird eine effektive Abdichtung des Ringspaltes zwischen dem Außenmantel des
Gießkolbens und der Innenwandung der Gießkammer beim Vakuumdruckguss erreicht, derart,
dass keine Gase oder Luft durch den Ringspalt in die mit Gießschmelze gefüllte Gießkammer
einströmen. Zudem wird ein unerwünschtes, so genanntes Vorziehen der Schmelze aus
der Gießkammer in den Formhohlraum verhindert.
[0017] Die mit der erfindungsgemäßen Vakuumdruckgussanlage hergestellten Gussteile zeichnen
sich durch eine verbesserte Dichtheit, Bruchdehnung, Festigkeit, Wärmebehandelbarkeit
und Schweißbarkeit aus.
[0018] Gegenüber dem Stand der Technik zeichnet sich die Erfindung insbesondere dadurch
aus, dass die Funktionstüchtigkeit der Vakuumdruckgussanlage leicht zu überprüfen
ist und die Vakuumdruckgussanlage keine für die Abdichtung des Ringspaltes zwischen
Gießkolben und Gießkammer zusätzlichen beweglichen Bauteile benötigt, welche nachteilig
sehr verschleißanfällig und wartungsintensiv wären.
[0019] Vorteilhaft sind alle Bauteile der erfindungsgemäßen Vakuumdruckgussanlage für Wartungsarbeiten
an der Vakuumdruckgussanlage sehr gut zugänglich und leicht austauschbar.
[0020] Insgesamt ist die erfindungsgemäße Weiterentwicklung auch für bereits in Einsatz
befindliche Vakuumdruckgussanlagen kostengünstig herstellbar.
[0021] Der Steuerungsaufwand zur Evakuierung der Vertiefung oder Aushöhlung ist minimal
und erfolgt vorzugsweise über eine Weg- und/oder Zeitsteuerung.
[0022] Die erfindungsgemäße Weiterentwicklung bekannter Vakuumdruckgussanlagen führt vorteilhaft
zu keiner Verlängerung der Taktzeit. Vielmehr kann eine Verkürzung bzw. Beschleunigung
der Taktzeit, also des Zeitraums zwischen Fertigstellung zweier Gussteile, erreicht
werden. Dies ist neben der Minimierung bis Beseitigung der unerwünschten Leckage durch
den Ringspalt auch auf eine wenig aufwendige Prozessführung der erfindungsgemäßen
Vakuumdruckgussanlage zurückzuführen, die zu wenig Anlagenausfällen und Wartungsarbeiten
neigt.
[0023] Zudem kann die erfindungsgemäße Weiterentwicklung ohne Umbauarbeiten an der Gießform
selbst umgesetzt werden und lässt sich auf verschiedene dimensionierte Vakuumdruckgussanlagen
anwenden.
[0024] Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, dass ein höheres Vakuum im Gießformhohlraum
erreicht werden kann, wodurch die Qualität der Gussstücke weiter verbessert wird.
[0025] Für bestimmte Anwendungsfälle kann es vorteilhaft sein, wenn die Vertiefung oder
Aushöhlung im Gießkolben selbst ausgebildet ist. Dies kann vorteilhaft durch Urformen
eines solchen Gießkolbens geschehen oder vorzugsweise später durch eine spanabhebende
Bearbeitung des Gießkolbens, insbesondere durch Fräsen oder Schleifen.
[0026] Für andere Anwendüngsfälle kann es von Vorteil sein, wenn die Vertiefung oder Aushöhlung
unmittelbar oder mittelbar hinter dem Gießkolben durch Anordnen wenigstens eines Werkstücks
hinter dem Gießkolben ausgebildet ist, wobei die Anordnung der Vertiefung oder Aushöhlung
hinter dem Gießkolben derart ist, dass die Vertiefung oder Aushöhlung vor ihrer Evakuierung
in den nicht mit Gießschmelze befüllten Bereich der Gießkammer durch Hineinbewegen
des Gießkolbens in die Gießkammer bringbar ist.
[0027] Für bestimmte Einsatzzwecke kann die Vertiefung oder Aushöhlung im Werkstück selbst
ausgebildet sein. Für andere Einsatzzwecke kann es von Vorteil sein, wenn das Werkstück
derart vom Gießkolben beabstandet ist, dass sich zwischen Gießkolben oder wenigstens
einem weiteren hinter dem Gießkolben angeordneten Werkstück und dem erstgenannten
Werkstück die Vertiefung oder Aushöhlung ausbildet. Für wieder andere Einsatzzwecke
kann es auch vorteilhaft sein, wenn die Vertiefung oder Aushöhlung im Werkstück selbst
in Kombination mit der vorgenannten beabstandeten Anordnung ausgebildet ist.
[0028] Insbesondere zum Nachrüsten bestehender Druckgussanlagen kann es von Vorteil sein,
wenn das Werkstück ringartig ausgebildet ist und vorzugsweise auf die Kolbenstange
aufschiebbar und fixierbar ist. Insbesondere durch eine konische Ausbildung der Ringöffnung
und/oder der Kolbenstange lässt sich ein solches Werkstück auf einfache Weise durch
Klemmen auf der Kolbenstange fixieren. Selbstverständlich kann das Werkstück auch
durch andere, zwar weniger bevorzugte, aber dennoch für bestimmte Anwendungsfälle
vorteilhafte Befestigungsarten, insbesondere durch Verschrauben, Einpressen oder Verschweißen,
hinter dem Gießkolben angeordnet werden.
[0029] Für bestimmte Einsatzfälle kann es zweckmäßig sein, wenn der Gießkolben mehrteilig
ausgebildet ist. Vorzugsweise ist der Gießkolben jedoch einteilig bzw. einstückig
ausgebildet.
[0030] Zudem kann es von Vorteil sein, wenn der Gießkolben massiv ausgebildet ist.
[0031] Um zu verhindern, dass beim Vakuumdruckgießen unerwünschte Stoffe, beispielsweise
Flitter oder Schmiermittel, durch den Ringspalt in die wenigstens eine evakuierbare
Vertiefung oder Aushöhlung gelangen, kann es zweckmäßig sein, wenn wenigstens eine
Sammelvertiefung vorgesehen, welche mit dem Ringspalt in Strömungsverbindung steht
und vor der wenigstens einen evakuierbaren Vertiefung oder Aushöhlung angeordnet ist.
Die wenigstens eine Sammelvertiefung dient dann quasi als Schmutzfalle und verhindert
insbesondere auch, dass die unerwünschten Stoffe in die Vakuumanlage gelangen bzw.
die von der wenigstens einen evakuierbaren Vertiefung oder Aushöhlung ausgehenden
Vakuumabsaugleitungen verstopfen.
[0032] Es kann vorteilhaft sein, wenn die Sammelvertiefung und/oder evakuierbare Vertiefung
als eine den Außenmantel des Gießkolbens, der Kolbenstange und/oder des Werkstücks
umlaufende Vertiefung, vorzugsweise in Form einer Ringnut, ausgebildet ist.
[0033] Eine umlaufende evakuierbare Vertiefung ist vorteilhaft komplett innerhalb des Strömungsweges
der Gase oder der Luft angeordnet, so dass wenig bis vorzugsweise keine Gase oder
Luft durch den Spalt zwischen Gießkammer und Gießkolben in die Gießkammer gelangen.
Eine nach dem Stand der Technik bekannte unerwünschte Druckdifferenz, die beim Evakuieren
des Gießformhohlraums bzw. der Gießkammer entsteht und zum Einströmen von Gasen oder
Luft durch den Ringspalt in die Gießkammer führt, wird deutlich verringert bis vorzugsweise
eliminiert. Besonders bevorzugt wird die unerwünschte Druckdifferenz sogar umgekehrt,
indem der Unterdruck innerhalb der Vertiefung oder Aushöhlung größer gewählt wird
als in der mit Gießschmelze befüllten Gießkammer bzw. als in dem mit der Gießkammer
strömungstechnisch verbundenen Formhohlraum der Gießform. Es entsteht mithin eine
erwünschte Druckdifferenz, die eine Umkehr der Strömungsrichtung bewirkt.
[0034] Eine umlaufende Sammelvertiefung kann besonders zweckmäßig sein, um eine möglichst
umfassende Grenze für unerwünschte Stoffe zu schaffen und das Eindringen solcher Stoffe
in die Vertiefung oder Aushöhlung weitestgehend zu verhindern.
[0035] Für gewisse Anwendungsfälle kann es aber auch vorteilhaft sein, wenn die Sammelvertiefung
und/oder die evakuierbare Vertiefung oder Aushöhlung nur im oberen Außenmantelbereich
des Gießkolbens, der Kolbenstange und/oder des Werkstücks vorgesehen ist. Es hat sich
nämlich gezeigt, dass in Abhängigkeit von der verwendeten Vakuumdruckgussanlage bzw.
der Dimension und des Gewichts des in der Gießkammer bewegbaren Gießkolbens der Ringspalt
zwischen dem Außenmantel des Gießkolbens und der Innenwandung der Gießkammer nicht
gleichmäßig ist, sondern oben größer als unten ist.
[0036] Des Weiteren kann es zweckmäßig sein, wenn mehrere, in Umfangsrichtung des Gießkolbens,
der Kolbenstange und/oder des Werkstücks voneinander beabstandete Vertiefungen oder
Aushöhlungen vorgesehen sind.
[0037] So kann es vorteilhaft sein, wenn diese Vertiefungen über den Umfang eines als Ring
ausgebildeten Werkstücks verteilt angeordnet sind. Bei diesen Vertiefungen kann es
sich um zur Innenseite des Rings durchgehende Bohrungen handeln. Das Werkstück kann
unmittelbar hinter dem Gießkolben angeordnet werden, wobei zur Evakuierung dieser
Vertiefungen lediglich ein Vakuum an der Innenseite des Rings angelegt werden braucht.
Eine umlaufende Vertiefung kann hierbei vorteilhaft geschaffen werden, wenn der genannte
Ring einen geringeren Außendurchmesser aufweist als der Gießkolben, wobei dann zur
Herstellung der umlaufenden Vertiefung hinter dem Ring ein weiteres Werkstück, vorzugsweise
ebenfalls ein Ring, angeordnet ist, der den gleichen Außendurchmesser aufweist wie
der Gießkolben. In diesem Fall bilden die einzeinen Vertiefungen bzw. Bohrung dann
eine Art Düsenfeld, durch die einzige umlaufende Vertiefung gleichmäßig evakuiert
werden kann.
[0038] Außerdem kann es zweckmäßig sein, wenn mehrere, in Umfangsrichtung des Gießkolbens,
der Kolbenstange und/oder des Werkstücks voneinander beabstandete Sammelvertiefungen
vorgesehen sind.
[0039] Es kann zweckmäßig sein, wenn die evakuierbare Vertiefung oder Aushöhlung derart
dimensioniert und evakuierbar ist, dass beim Evakuieren des Gießformhohlraums bzw.
der Gießkammer weniger bis vorzugsweise keine Gase oder Luft durch den Ringspalt in
die Gießkammer einströmen sowie besonders bevorzugt sich die Strömungsrichtung im
Ringspalt umkehrt und die Gase oder Luft in Richtung evakuierbare Vertiefung oder
Aushöhlung strömen. Eine nach dem Stand der Technik beim Evakuieren des Gießformhohlraums
bzw. der Gießkammer herrschende Druckdifferenz, die zum Einströmen von Gasen oder
Luft durch den Spalt in die Gießkammer führt, d.h. quasi eine Druckdifferenz zwischen
der mit Gießschmelze gefüllten Kammer vor dem Gießkolben und der Vertiefung oder Aushöhlung,
wird durch das erfindungsgemäße Evakuieren der Vertiefung oder Aushöhlung minimiert,
vorzugsweise eliminiert, besonders bevorzugt umgekehrt.
[0040] Es kann von Vorteil sein, wenn die evakuierbare Vertiefung oder Aushöhlung derart
mit einem Vakuum beaufschlagt wird, dass beim Evakuieren des Gießformhohlraums bzw.
der Gießkammer weniger bis vorzugsweise keine Gase oder Luft durch den genannten Spalt
in die Gießkammer einströmen sowie besonders bevorzugt sich die Strömungsrichtung
im Spalt umkehrt und die Gase oder Luft in Richtung evakuierbare Vertiefung oder Aushöhlung
strömen.
[0041] Es kann von Vorteil sein, wenn die Mittel zum Evakuieren der Vertiefung oder Aushöhlung
wenigstens eine Ausnehmung, insbesondere Längsausnehmung, innerhalb der Kolbenstange
aufweisen, welche mit ihrem einen Ende strömungstechnisch mit der evakuierbaren Vertiefung
oder Aushöhlung und mit ihrem anderen Ende strömungstechnisch mit einer Vakuumanlage
verbunden sind.
[0042] Es kann von besonderem Vorteil sein, wenn die wenigstens eine evakuierbare Vertiefung
dann, wenn sie gerade nicht evakuiert wird, zum Einbringen eines Schmiermittels oder
eines anderen funktionelle Stoffes in die Gießkammer verwendbar ist, wobei das Schmiermittel
oder der andere funktionelle Stoff dann über die wenigstens eine mit der Vertiefung
verbundene Vakuumabsaugleitung oder eine andere für diesen Zweck vorgesehene Leitung
in die Vertiefung oder Aushöhlung und mithin in die Gießkammer einbringbar ist.
[0043] Besonders vorteilhaft kann es sein, wenn die Mittel zum Evakuieren der Vertiefung
oder Aushöhlung wenigstens eine in der Kolbenstange enthaltene Leitung oder Bohrung,
insbesondere eine Kuhlmittelleitung bzw. -bohrung, umfassen.
[0044] Zweckmäßigerweise umfassen die Mittel wenigstens ein, vorzugsweise zwei oder mehrere
Absaugleitungen, insbesondere Absaugrohre, die jeweils mit ihrem einen Ende strömungstechnisch
mit der evakuierbaren Vertiefung oder Aushöhlung und mit ihrem anderen Ende strömungstechnisch
mit einer Vakuumanlage verbunden sind.
[0045] Es kann von Vorteil sein, wenn die Absaugleitung, insbesondere das Absaugrohr, entlang
der Kolbenstange, vorzugsweise in einer auf der Außenseite der Kolbenstange eingebrachten
Nut, verläuft und mit seinem einen Ende durch den der Kolbenstange zugewandten Kolben-
oder Werkstückbereich in die Vertiefung oder Aushöhlung übergeht und mit dieser strömungstechnisch
verbunden ist.
[0046] Es kann vorteilhaft sein, wenn der Querschnitt der Ausnehmung oder der Absaugausnehmung,
insbesondere des Absaugrohrs, derart groß gewählt ist, dass das in der Vertiefung
bzw. Aushöhlung einstellbare Vakuum trotz vorhandener Leckage zwischen Vertiefung
bzw. Aushöhlung und dem Bereich, der hinter der Vertiefung bzw. Aushöhlung angeordnet
und über den von der Vertiefung bzw. Aushöhlung ausgehenden und zur Kolbenstange führenden
Ringspalt mit der Vertiefung bzw. Aushöhlung verbunden ist, über eine vorgegebene
Zeit aufrechterhalten wird, insbesondere über die Zeit, in der die Gießkammer und
der Gießformhohlraum evakuiert werden und ein Unterdruck im Gießformhohlraum beibehalten
wird.
[0047] Es kann zweckmäßig sein, wenn innerhalb der Kolbenstange wenigstens ein Absaugrohr
vorgesehen ist, dass mit seinem einen Ende in die Vertiefung oder Aushöhlung übergeht
und mit dieser strömungstechnisch verbunden ist.
[0048] Es kann vorteilhaft sein, wenn die Vakuumdruckgussanlage eine KaltkammerVakuumdruckgussanlage
ist.
[0049] Es kann von Vorteil sein, wenn eine Steuerung für die Vakuumdruckgussanlage vorgesehen
ist, welche mit einer Steuerung für die Vakuumanlage verbunden ist und über diese
Verbindung ein Startsignal an die Vakuumanlage zur Evakuierung der Vertiefung oder
Aushöhlung übermittelt wird.
[0050] Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Vertiefung oder Aushöhlung möglichst
nah an den zur mit Schmelze befüllten Gießkammer weisenden Bereich des Gießkolbens
angeordnet ist. Dadurch wird erreicht, dass die Vertiefung oder Aushöhlung frühzeitig
evakuierbar wird, so dass sich die Schaltzeit bzw. Nutzungszeit des Vakuums erhöht
und die Qualität der Gusserzeugnisse durch ein entsprechend verbessertes Vakuum noch
weiter verbessert wird.
[0051] Die Erfindung betrifft schließlich auch ein Verfahren zum Betrieb einer Vakuumdruckgussanlage,
insbesondere einer solchen nach einem der Ansprüche 1 bis 21, umfassend folgende Verfahrenschritte:
- a) Einbringen einer Gießschmelze durch die Einfüllöffnung in die Gießkammer
- b) Bewegen des Gießkolbens, bis die Vertiefung oder Aushöhlung die Einfüllöffnung
passiert hat, oder dichtes Verschließen der Einfüllöffnung und gegebenenfalls Bewegen
des Gießkolbens, bis die Vertiefung oder Aushöhlung in der Gießkammer positioniert
ist, und
- c) Evakuieren der Vertiefung oder Aushöhlung, derart, dass weniger bis vorzugsweise
keine Gase oder Luft durch den Spalt zwischen Gießkolben und Gießkammer in die Gießkammer
einströmen, besonders bevorzugt derart, dass sich die Strömungsrichtung im Spalt umkehrt
und die Gase oder Luft in Richtung evakuierbare Vertiefung oder Aushöhlung strömen.
[0052] Das erfindungsgemäße Verfahren führt zu einer deutlichen qualitativen Verbesserung
der Gusstelle.
[0053] Es kann vorteilhaft sein, wenn die Evakuierung der Vertiefung oder Aushöhlung für
einige Anwendungsfälle über eine Wegsteuerung und für andere Anwendungsfälle über
eine Zeitsteuerung gestartet wird. Für gewisse Anwendungsfälle kann auch eine Kombination
aus Weg- und Zeitsteuerung vorteilhaft sein.
[0054] Weitere Einzelheiten und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich
aus der nachfolgenden Beschreibung in Verbindung mit der Zeichnung. In dieser zeigen:
Fig. 1 in a) einen Schnitt durch eine erfindungsgemäß ausgebildete Kolbenstange und
in b) eine Ansicht (mit Teilschnitten) von oben auf den Gießkolben samt Kolbenstange
und umlaufender Vertiefung,
Fig. 2 einen Ausschnitt der Gießkammer mit erfindungsgemäß ausgebildetem Gießkolben
mit einer Teilansicht der Kolbenstange,
Fig. 3 in a) einen Schnitt durch eine erfindungsgemäß ausgebildete Kolbenstange, wie
in Fig. 1 a), und in b) eine Ansicht (mit Teilschnitten) von oben auf den Gießkolben
samt Kolbenstange und umlaufender Vertiefung mit Düsenfeld und
Fig. 4 in a) einen Schnitt durch eine erfindungsgemäß ausgebildete Kolbenstange, wie
in Fig. 1 a), und in b) eine Ansicht (mit Teilschnitten) von oben auf den Gießkolben
samt Kolbenstange und umlaufender Vertiefung sowie vorgeschalteter Sammelvertiefung.
[0055] Werden in den Fig. 1 bis 4 gleiche Bezugsziffern verwendet, so bezeichnen diese auch
gleiche Teile oder Bereiche.
[0056] Die erfindungsgemäße Vakuumdruckgussanlage weist eine hier nicht dargestellte Gießform
auf, die aus beispielsweise zwei Formhälften aufgebaut ist. Das Innere der Gießform,
also die Kavität bzw. der Formhohlraum, ist mit der Gießkammer 10 verbunden, die für
den Gießvorgang mit Schmelze befüllt wird. Diese wird durch die Einfüllöffnung 12
eingefüllt und mittels des Gießkolbens 14 in den Formhohlraum gedrückt. Das im Formhohlraum
vorhandene Gas wird über ein hier nicht dargestelltes Entlüftungsventil, beispielsweise
ein so genanntes Waschbrett, abgesaugt. Während des Gießvorgangs steigt das erstarrende
Metall bis zu diesem Entlüftungsventil auf. Der Gießkolben 14 wird von einem hier
nicht dargestellten Gießantrieb über eine Gießkolbenstange 16 bewegt, also in der
Gießkammer 10 verschoben. Die Ansteuerung erfolgt durch die Gießanlagensteuerung.
[0057] Die Vakuumdruckgussanlage weist zudem eine hier nicht dargestellte Vakuumanlage auf,
welche über entsprechende Vakuumleitungen mit der Gießkammer 10 und/oder dem Formhohlraum
verbunden sind und den Formhohlraum samt dem vor dem Gießkolben befindlichen Raum
32 der Gießkammer 10, beispielsweise zu einem vorgegebenen Zeitpunkt während des Gießvorgangs,
nach einer vorgegebenen Wegstrecke des Gießkolbens 14 oder nach anderen Kriterien
evakuiert.
[0058] Da hierbei zwischen der Innenwandung der Gießkammer 10 und dem Außenmantel des Gießkolbens
14 ein Ringspalt 18 vorhanden ist, durch den Luft oder Gase von der Hinterseite des
Gießkolbens 14 aus in die Gießkammer 10 bzw. in die darin eingefüllte Schmelze gezogen
werden, wobei die eindringende Gase die Schmelze in der unter Vakuum stehenden Gießkammer
regelrecht aufschäumen und im produzierten Gussteil eine Gasporosität erzeugen, die
u.a. eine Wärmebehandlung und die Schweißeignung minimieren oder ausschließen, ist
nun erfindungsgemäß vorgesehen, dass der Gießkolben 14 wenigstens eine mit dem Ringspalt
18 strömungstechnisch verbundene, evakuierbare Vertiefung 20 aufweist und Mittel vorgesehen
sind, über die die Vertiefung oder Aushöhlung evakuiert wird.
[0059] Dadurch wird quasi eine aus dem Stand der Technik bekannte, beim Evakuieren der Gießkammer
und/oder des Formhohlraums der Gießform sich einstellende Druckdifferenz, welche zum
Einströmen von Gasen oder Luft in die Gießkammer führt, minimiert bis vorzugsweise
eliminiert, besonders bevorzugt sogar so umgekehrt, dass sich die Strömungsrichtung
ändert und Gase oder Luft aus dem Raum 32 der Gießkammer 10, welcher sich vor dem
Gießkolben 14 befindet, durch den Ringspalt 18 in die Vertiefung 20 strömen.
[0060] Die evakuierbare Vertiefung 20 ist hierbei - wie in den Fig. 1 bis 4 dargestellt
- als eine den Gießkolben 14 umlaufende Ringnut 24 ausgebildet und befindet sich damit
vorteilhaft komplett im Strömungsweg der nach dem Stand der Technik eigentlich durch
den Ringspalt 18 in den Raum 32 der Gießkammer 10 strömenden Gase oder Luft.
[0061] Die Mittel zum Evakuieren der Vertiefung 20 umfassen zwei Absaugrohre 22, die jeweils
mit ihrem einen Ende 24 strömungstechnisch mit der evakuierbaren Ringnut 20 und mit
ihrem anderen Ende strömungstechnisch mit der vorgenannten oder einer weiteren Vakuumanlage
verbunden sind. Die Absaugrohre 22 sind hierbei einander gegenüberliegend entlang
der Kolbenstange 16 in einer auf der Außenseite der Kolbenstange 16 jeweils eingebrachten
Nut 26 angeordnet, wobei die Enden 24 durch den der Kolbenstange 16 zugewandten Kolbenbereich
28, in die Ringnut 20 übergeht und mit dieser strömungstechnisch verbunden ist. Die
Kolbenstange 16 selbst ist hohl ausgebildet und weist eine Kolbenkühlung 30 auf.
[0062] Der Gießkolben 14 kann einstückig ausgebildet sein, wobei der Kolbenbereich 28 dann
Teil des einstückigen Gießkolbens 14 ist und die Vertiefung 20 in Form einer Ringnut
bispielsweise durch spanabhebendes Fräsen in den Gießkolben 14 eingebracht ist.
[0063] Eine weitere der zahlreichen Möglichkeiten zur Herstellung der Vertiefung 20 besteht
darin, dass der Kolbenbereich 28 ein separates Werkstück beispielsweise in Form eines
Anschlussringes ist, welches beabstandet vom Gießkolben 14 angeordnet, insbesondere
auf der Kolbenstange 16 festgeklemmt wird. Dadurch wird, wie beispielsweise in Fig.
1 zu erkennen ist, eine Vertiefung 20 in Form einer Ringnut ausgebildet.
[0064] In Fig. 3 ist eine weitere der zahlreichen Möglichkeiten zur Herstellung der Vertiefung
20 dargestellt. Dort ist ein erstes Werkstück in Form eines Ring 34 hinter dem Gießkolben
14 angeordnet, wobei der Ring 34 einen geringeren Außendurchmesser als der Gießkolben
14 aufweist. Der Ring 34 weist über den Umfang verteilt zahlreiche Vertiefungen in
Form von Bohrungen 36, die auf der Ringinnenseite strömungstechnisch verbunden sind.
Vorteilhaft ist hier, dass eine Evakuierung auf der Ringinnenseite zu einer gleichmäßigen
Evakuierung der umlaufenden Vertiefung 20 führt. Dies zahlreichen Vertiefungen in
Form von Bohrungen 26 bilden hierbei eine Art Düsenfeld. An den Ring 24 schließt ein
weiteres Werkstück in Form eines Anschlussringes an. Dieser Anschlussring bildet dann
den vorgenannten Kolbenbereich 28 und entspricht im Außendurchmesser dem des Gießkolbens
14.
[0065] Fig. 4 zeigt schließlich die Vorrichtung gemäß Fig. 1, weist jedoch eine zusätzliche
Sammelvertiefung 38 in Form einer Ringnut auf, welche zum Abfangen unerwünschter Stoffe,
wie Flitter oder Schmiermittel, dient und der evakuierbaren Vertiefung vorgeschaltet
ist.
[0066] Die Steuerung für die Vakuumdruckgussanlage ist vorteilhaft mit einer Steuerung der
Vakuumanlage zur Evakuierung der Ringnut 20 verbunden, wobei ein einfaches, an die
Vakuumanlage übermitteltes weg- oder zeitgesteuertes Startsignal zur Evakuierung der
Ringnut 20 ausreichend ist.
[0067] Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Betrieb einer Vakuumdruckgussanlage, insbesondere
nach einem der Ansprüche 1 bis 10, ist es vorteilhaft, dass nach dem Einbringen der
Gießschmelze durch die Einfüllöffnung 12 in die Gießkammer 10, der Gießkolben 14 zunächst
soweit bewegt wird, das die Ringnut 20 die Einfüllöffnung 12 passiert hat. Anschließend,
vorzugsweise im Wesentlichen gleichzeitig mit der Evakuierung des Formhohlraums und
der Gießkammer 10, wird die Ringnut 20 evakuiert, derart, dass keine Gase oder Luft
durch den genannten Spalt 18 in die Gießkammer 10 strömen.
Bezugszeichenliste
(ist nicht Teil der Beschreibung)
[0068]
- 10
- Gießkammer
- 12
- Einfüllöffnung
- 14
- Gießkolben
- 16
- Kolbenstange
- 18
- Spalt
- 20
- Ringnut
- 22
- Absaugrohr
- 24
- Ende
- 26
- Nut
- 28
- Kolbenbereich
- 30
- Kolbenkühlung
- 32
- Raum der Gießkammer vor dem Gießkolben
- 34
- Ring
- 36
- Vertiefung/Bohrung
- 38
- Sammelvertiefung
1. Vakuumdruckgussanlage umfassend eine Gießkammer (10) mit Einfüllöffnung (12), einen
in der Gießkammer (10) bewegbaren Gießkolben (14) und eine Kolbenstange (16), welche
den Gießkolben (14) mit einem Gießantrieb verbindet, wobei zwischen dem Außenmantel
des Gießkolbens (14) und der Innenwandung der Gießkammer (10) ein Ringspalt (18) ausgebildet
ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Gießkolben (14) wenigstens eine mit dem Ringspalt (18) in Strömungsverbindung
stehende, evakuierbare Vertiefung oder Aushöhlung aufweist und Mittel vorgesehen sind,
über die die Vertiefung oder Aushöhlung evakuierbar ist.
2. Vakuumdruckgussanlage, insbesondere nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Vertiefung oder Aushöhlung im Gießkolben selbst ausgebildet ist.
3. Vakuumdruckgussanlage, insbesondere nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Vertiefung oder Aushöhlung unmittelbar oder mittelbar hinter dem Gießkolben durch
Anordnen wenigstens eines Werkstücks hinter dem Gießkolben ausgebildet ist, wobei
die Anordnung der Vertiefung oder Aushöhlung hinter dem Gießkolben derart ist, dass
die Vertiefung oder Aushöhlung vor ihrer Evakuierung in den nicht mit Gießschmelze
befüllten Bereich der Gießkammer durch Hineinbewegen des Gießkolbens in die Gießkammer
bringbar ist.
4. Vakuumdruckgussanlage, insbesondere nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Vertiefung oder Aushöhlung im Werkstück selbst ausgebildet ist und/oder dass
das Werkstück derart vom Gießkolben beabstandet ist, dass sich zwischen Gießkolben
oder wenigstens einem weiteren hinter dem Gießkolben angeordneten Werkstück und dem
erstgenannten Werkstück die Vertiefung oder Aushöhlung ausbildet.
5. Vakuumdruckgussanlage, insbesondere nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Werkstück ein Ring ist, der vorzugsweise auf die Kolbenstange aufschiebbar und
fixierbar ist.
6. Vakuumdruckgussanlage, insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Sammelvertiefung vorgesehen welche mit dem Ringspalt in Strömungsverbindung
steht und vor der wenigstens einen evakuierbaren Vertiefung oder Aushöhlung angeordnet
ist.
7. Vakuumdruckgussanlage, insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Sammelvertiefung und/oder die evakuierbare Vertiefung als eine den Außenmantel
des Gießkolbens, der Kolbenstange und/oder des Werkstücks umlaufende Vertiefung, vorzugsweise
in Form einer Ringnut, ausgebildet ist.
8. Vakuumdruckgussanlage, insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Vertiefung oder Aushöhlung nur im oberen Außenmantelbereich des Gießkolbens der
Kolbenstange und/oder des Werkstücks vorgesehen ist.
9. Vakuumdruckgussanlage, insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere, in Umfangsrichtung des Gießkolbens, der Kolbenstange und/oder des Werkstücks
voneinander beabstandete Vertiefungen oder Aushöhlungen vorgesehen sind.
10. Vakuumdruckgussanlage, insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die evakuierbare Vertiefung oder Aushöhlung derart dimensioniert und evakuierbar
ist, dass beim Evakuieren des Gießformhohlraums bzw. der Gießkammer weniger bis vorzugsweise
keine Gase oder Luft durch den Spalt zwischen Gießkolben und Gießkammer in die Gießkammer
einströmen sowie besonders bevorzugt sich die Strömungsrichtung im Spalt umkehrt und
die Gase oder Luft in Richtung evakuierbare Vertiefung oder Aushöhlung strömen.
11. Vakuumdruckgussanlage, insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die evakuierbare Vertiefung oder Aushöhlung derart mit einem Vakuum beaufschlagt
wird, dass beim Evakuieren des Gießformhohlraums bzw. der Gießkammer weniger bis vorzugsweise
keine Gase oder Luft durch den Ringspalt zwischen Gießkolben und Gießkammer in die
Gießkammer einströmen sowie besonders bevorzugt sich die Strömungsrichtung im Spalt
umkehrt und die Gase oder Luft in Richtung evakuierbare Vertiefung oder Aushöhlung
strömen.
12. Vakuumdruckgussanlage, insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zum Evakuieren der Vertiefung oder Aushöhlung wenigstens eine Ausnehmung,
insbesondere Längsausnehmung, innerhalb der Kolbenstange umfassen, welche mit ihrem
einen Ende strömungstechnisch mit der evakuierbaren Vertiefung oder Aushöhlung und
mit ihrem anderen Ende strömungstechnisch mit einer Vakuumanlage verbunden sind.
13. Vakuumdruckgussanlage, insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zum Evakuieren der Vertiefung oder Aushöhlung wenigstens eine in der Kolbenstange
enthaltene Leitung oder Bohrung, insbesondere Kuhlmittelleitung bzw. -bohrung, umfassen.
14. Vakuumdruckgussanlage, insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel wenigstens ein, vorzugsweise zwei oder mehrere Absaugleitungen, insbesondere
Absaugrohre, umfassen, die jeweils mit ihrem einen Ende strömungstechnisch mit der
evakuierbaren Vertiefung oder Aushöhlung und mit ihrem anderen Ende strömungstechnisch
mit einer Vakuumanlage verbunden sind.
15. Vakuumdruckgussanlage, insbesondere nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Absaugleitung, insbesondere das Absaugrohr, entlang der Kolbenstange, vorzugsweise
in einer auf der Außenseite der Kolbenstange eingebrachten Nut, verläuft und mit seinem
einen Ende durch den der Kolbenstange zugewandten Kolben- oder Werkstückbereich in
die Vertiefung oder Aushöhlung übergeht und mit dieser strömungstechnisch verbunden
ist.
16. Vakuumdruckgussanlage, insbesondere nach einem der Ansprüche 10 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Querschnitt der Ausnehmung oder der Absaugleitung, insbesondere des Absaugrohrs,
derart groß gewählt ist, dass das in der Vertiefung bzw. Aushöhlung einstellbare Vakuum
trotz vorhandener Leckage zwischen Vertiefung bzw. Aushöhlung und dem Bereich, der
hinter der Vertiefung bzw. Aushöhlung angeordnet und über den von der Vertiefung bzw.
Aushöhlung ausgehenden und zur Kolbenstange führenden Ringspalt mit der Vertiefung
bzw. Aushöhlung verbunden ist, über eine vorgegebene Zeit aufrechterhalten wird, insbesondere
über die Zeit, in der die Gießkammer und der Gießformhohlraum evakuiert werden und
ein Unterdruck im Gießformhohlraum beibehalten wird.
17. Verfahren zum Betrieb einer Vakuumdruckgussanlage, insbesondere nach einem der Ansprüche
1 bis 16, umfassend folgende Verfahrenschritte:
a) Einbringen einer Gießschmelze durch die Einfüllöffnung in die Gießkammer
b) Bewegen des Gießkolbens, bis die Vertiefung oder Aushöhlung die Einfüllöffnung
passiert hat, oder dichtes Verschließen der Einfüllöffnung und gegebenenfalls Bewegen
des Gießkolbens, bis die Vertiefung oder Aushöhlung in der Gießkammer positioniert
ist, und
c) Evakuieren der Vertiefung oder Aushöhlung, vorzugsweise derart, dass weniger bis
vorzugsweise keine Gase oder Luft durch den Spalt zwischen Gießkolben und Gießkammer
in die Gießkammer einströmen, besonders bevorzugt derart, dass sich die Strömungsrichtung
im Spalt umkehrt und die Gase oder Luft in Richtung evakuierbare Vertiefung oder Aushöhlung
strömen.