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Die
Erfindung betrifft eine Druckgießmaschine nach dem Oberbegriff
des Patentanspruches 1.
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Druckmaschinen
weisen regelmäßig eine horizontal
angeordnete Gießkammer
mit einem Gießkolben
auf, der eine Gießmaterial-Schmelze über einen
Gießlauf
in einen oberhalb der Gießkammer
angeordneten Formhohlraum presst. Um Lufteinschlüsse in der Schmelze zu vermeiden,
können die über der
Schmelze befindlichen Gase über
den Formhohlraum nach oben abströmen.
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Aus
der
EP 0 940 206 A1 ist
eine Druckgießmaschine
mit einem in einer Gießkammer
verschiebbar geführten
Gießkolben
bekannt. Die Gießkammer ist über einen
Gießlauf
mit einem Formhohlraum verbunden. Bei einem Füllvorgang zum Füllen des Formhohlraums
mit der Schmelze drückt
der Gießkolben
die Schmelze gegen eine stirnseitige Gießkammerwand, wodurch die Schmelze
zum Gießlauf umgelenkt
wird.
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Die
stirnseitige Gießkammerwand
ist durch ein Aufprallelement gebildet, das in seinem unteren Bereich
eine zum Gießkolben
offene Aufprallkavität aufweist,
in der sich ein Teil einer Oxidhaut des Gießmaterials sammelt.
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Bei
größeren Gießkolben-Beschleunigungen kann
sich in der Schmelze eine Wellenfront bilden. Diese reißt nach
dem Ende des Beschleunigungsvorgangs von dem Gießkolben ab und prallt gegen
die stirnseitige Schusskammerwand, von welcher sie in Richtung auf
den Gießkolben
zurückgeworfen
wird. Die zurückgeworfene
Welle überlagert
sich dabei mit der Bugwelle, die der beschleunigte Gießkolben
vor sich herschiebt. Durch die Überlagerung
dieser beiden gegenläufigen
Wellenfronten kann es zu Lufteinschlüssen und Verwirbelungen in
der Schmelze kommen, wodurch die Qualität des zu gießenden Werkstückes beeinträchtigt ist.
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Aus
der
DE 43 10 755 C2 ist
eine gattungsgemäße Druckgießmaschine
mit einer Gießkammer bekannt,
in der ein Gießkolben
verschiebbar geführt ist
und die über
eine Gießöffnung mit
einem Formhohlraum verbunden ist. Dem Gießkolben liegt zumindest eine
stirnseitige Aufprallwand gegenüber, mittels
der die Fließrichtung
eines vom Gießkolben
in den Formhohlraum gepressten Gießmaterials änderbar ist.
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Vor
einem Gießvorgang
wird gemäß der
DE 43 10 755 C2 eine
Klemmscheibe in die Gießkammer eingeschoben.
Die Klemmscheibe begrenzt zusammen mit dem Gießkolben einen Raum innerhalb
der Gießkammer,
der über
die Einfüllöffnung mit
einer Schmelze gefüllt
wird. Der Raum in der Gießkammer wird
auf diese Weise vollständig
ohne Lufteinschluss mit Schmelze gefüllt. Anschließend wird über den Gießkolben
und die Schmelze die Klemmscheibe in Richtung auf die bewegliche
Formhälfte
geschoben, bis die Klemmscheibe in eine Aussparung der Formhälfte gelangt.
Dadurch ist für
die Schmelze der Weg von der Gießkammer zum Formhohlraum freigegeben.
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Die
DE 41 12 408 C2 und
das Fachmagazin „Gießerei 85,
1998, Heft 3, Seite 94" befassen
sich mit dem Aufbringen eines Schmierstoff- und Trennstoff- Films auf die Druckgießform. Aus
der
DE 2 301 930 A sind
allgemein Wellenbrecher für
den Küstenschutz
gezeigt, um Meereswogen zu glätten.
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Die
Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Druckgießmaschine
bereitzustellen, bei der auch bei größeren Kolben-Beschleunigungen
qualitativ hochwertige Werkstücke
herstellbar sind.
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Diese
Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst. Vorteilhafte
Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen offenbart.
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Nach
dem kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 1 weist eine dem Gießkolben
gegenüberliegende
stirnseitige Aufprallwand, gegen die eine Wellenfront der Schmelze
prallen kann, eine noppenartige Oberflächenstruktur auf. Mit der noppenartigen Oberflächenstruktur
ist die Aufprallwand derart unregelmäßig gestaltet, dass die aufprallende
Schmelzen-Wellenfront nicht als eine rücklaufende Welle mit gemeinsamer
Wellenfront reflektiert wird. Vielmehr wird die Schmelzen-Welle
an der noppenartigen Oberflächenstruktur
in eine Vielzahl von Einzelwellen mit jeweils unterschiedlichen
Wellenfronten reflektiert, die sich einander unregelmäßig überlagern
und sich so in ihrer Ausbreitung gegenseitig behindern. Die Wellenbewegung
der in der Gießkammer
befindlichen Schmelze wird somit gedämpft. Entsprechend sind Lufteinschlüsse und/oder
Verwirbelungen in der Schmelze aufgrund gegenläufiger Wellenfronten in der
Gießkammer
reduziert.
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Die
Größe einer
sich durch die Kolben-Beschleunigung ergebenden Wellenfront der
Schmelze hängt
im Wesentlichen auch vom Gießkammer-Durchmesser
ab. Bei der Dimensionierung der Noppen der noppenartigen Oberflächenstruktur
wird daher bevorzugt Bezug auf den Gießkammer-Durchmesser genommen.
Eine besonders günstige
Absorptionswirkung der Noppen wird erfindungsgemäß erzielt, wenn deren Länge, Breite
und Tiefe in einem Bereich zwischen 10% und 20% des Gießkammer-Durchmessers
liegen. Besonders bevorzugt ist dabei ein Wert von 15% des Gießkammer-Durchmessers.
Dieser Wert gewährleistet
einerseits eine ausreichend gute Absorptionswirkung und andererseits
hält sich
der durch die Noppen-Oberfläche
erhöhte
Wärmeverlust
in Grenzen.
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Die
Noppenabstände
können
dabei bevorzugt in einem Bereich zwischen 3 und 7% des Gießkammer-Durchmessers
liegen. Dadurch können
zwischen den Noppen Rillen gebildet werden, die mit ihrer Tiefe
und Breite die Wellenbewegung der Schmelze weitgehend dämpfen.
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Die
oben genannte Aufprallwand kann etwa die stirnseitige Gießkammerwand
sein, gegen die der Gießkolben
das Gießmaterial
drückt,
um es zum Gießlauf
umzulenken. Für
den Fall, dass der Gießlauf
in der stirnseitigen Gießkammerwand
mündet, kann
ein Innenwandabschnitt des Gießlaufes
eine zusätzliche
Aufprallwand sein.
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Damit
die Reflexion der gegen die Aufprallwand prallenden Wellenfront
der Schmelze möglichst unregelmäßig erfolgt,
kann die noppenartige Oberflächenstruktur über die
gesamte stirnseitige Gießkammerwand
ausgedehnt sein. Dadurch erhöht
sich die Anzahl der reflektierten Einzelwellen, so dass sich die
Schmelzen-Oberfläche
auch bei größeren Gießkolben-Beschleunigungen
schnell beruhigen kann.
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Durch
die Vielzahl von Noppen ist eine besonders „offenporige" Aufprallwand bereitstellbar,
um die Bildung der Vielzahl von reflektierten Einzelwellen zu erhöhen. Dies
wird weiter verstärkt,
wenn die Noppen nicht abgerundet, sondern mit einem Kantenprofil
ausgeführt
sind. Beispielhaft können
die Noppen quaderförmig
oder pyramidenförmig
ausgebildet sein. Die Noppen können
dabei bevorzugt über
Rillen voneinander beabstandet sein, die sich jeweils über die
gesamte Aufprallwand erstrecken können. Die sich in solchen Rillen
sammelnde und anschließend zurückgeworfene
Schmelze kann besonders wirkungsvoll in ihrer Wellenbewegung gedämpft werden.
Besonders bevorzugt ist es dabei, wenn die Noppen der Aufprallwand
waffelförmig
angeordnet sind. Die Noppen können
außerdem
mit einer im Wesentlichen planen oder ebenen Stirnfläche gebildet sein,
die einer aufprallenden Schmelzen-Wellenfront einen zusätzlichen
Strömungswiderstand
entgegensetzt.
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Die
Noppen sind dabei mit Entformungsschrägen ausgeführt, damit das Druckguss-Bauteil nach
einem erfolgten Formvorgang aus der Form der Druckgießmaschine
entnehmbar ist.
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Bei
einem Füllvorgang
des Formhohlraums ist es bevorzugt, in einer ersten Füllphase
zunächst einen
zum Formhohlraum führenden
Gießlauf
mit einer niedrigen Gießkolbengeschwindigkeit
zu füllen, um
ein Abströmen
der über
der Schmelze befindlichen Gase von der Gießkammer in den Formhohlraum
und weiter über
ein Entlüftungsventil
in die Umgebung zu ermöglichen.
Erst zu Beginn der zweiten Füllphase
wird dann die Kolbengeschwindigkeit des Gießkolbens stark beschleunigt,
um die Füllzeit
des Formhohlraums zu verringern und damit die Wahrscheinlichkeit
von Erstarrungslunkern im Gießwerkstück zu minimieren.
Um dabei einen Strömungswiderstand
im Gießlauf
möglichst
gering zu halten, ist es günstig,
die Gießöffnung mit
den anschließenden Gießlauf vollständig in
der stirnseitigen Gießkammerwand
anzuordnen.
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Nachfolgend
ist ein Ausführungsbeispiel
der Erfindung anhand der beigefügten
Figuren beschrieben. Es zeigen:
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1 In
einer grob schematischen Seitenschnittdarstellung eine Druckgießmaschine;
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2 in
einer vergrößerten Teilansicht
die Oberflächenstruktur
einer stirnseitigen Gießkammerwand;
und
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3 ein
Geschwindigkeitsprofil des Gießkolbens
bei einem Füllvorgang
zum Füllen
eines Formhohlraums mit Gießmaterial.
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In
der 1 ist eine Druckgießmaschine zur Formung von Metall-Druckgussbauteilen
gezeigt. Die Druckgießmaschine
weist einen horizontal angeordneten Gießzylinder 1 auf, an
dessen Zylindermantelfläche
oberseitig sich eine Einfüllöffnung 3 befindet, durch
die eine flüssige
Metallschmelze in eine vom Gießzylinder 1 begrenzte
Gießkammer 5 dosierbar ist.
Die Gießkammer 5 ist
begrenzt durch einen verschiebbar in den Gießzylinder 1 geführten Gießkolben 7 sowie
ein stirnseitiges Aufprallelement 9. Im Aufprallelement 9 befindet
sich eine Gießöffnung 11. Die
Gießkammer 5 ist über die
Gießöffnung 11 und einem
folgenden Gießlauf 13 mit
einem Formhohlraum 15 in Verbindung. Der Formhohlraum 15 ist
gemäß der 1 durch
zwei gegenüberliegende
Formhälften 17, 19 begrenzt,
von denen die in der 1 gezeigte rechte Formhälfte 17 beweglich
und die linke Formhälfte 19 ortsfest
ist.
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Gemäß der 1 erstreckt
sich der Gießlauf 13 zunächst horizontal
aus dem Aufprallelement 9 heraus und wird anschließend nach
einer 90°-Krümmung 20 senkrecht
nach oben zum Formhohlraum 15 geführt.
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Wie
aus der 1 hervorgeht, weist das Aufprallelement 9 an
seiner, dem Gießkolben 7 zugewandten
Seite eine noppenartige Oberflächenstruktur 21 auf.
Dieselbe noppenartige Oberflächenstruktur 21 weist
auch der krümmungsäußere Wandabschnitt 23 der
90°-Krümmung 20 des
Gießlaufes 13 auf.
Bei einem später
beschriebenen Füllvorgang
zum Füllen
des Formhohlraums 15 mit dem flüssigen Gießmaterial 25 bilden
sowohl die Gießkammerstirnseite
des Aufprallelements 9 als auch der krümmungsäußere Wandabschnitt 23 des
Gießlaufes 13 eine
Aufprallwand, gegen die bei entsprechender Gießkolben-Beschleunigung eine Wellenfront der
Metallschmelze 25 schlägt.
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Die
noppenartige Oberflächenstruktur 21 weist
gemäß der 2 eine
Vielzahl von Noppen 27 auf, die in etwa quaderförmig mit
einer im wesentlichen ebenen stirnseitigen Fläche 29 ausgeführt sind. Die
Noppen 27 sind mit nicht gezeigten Entformungsschrägen ausgeführt, damit
das Druckguss-Bauteil nach erfolgtem Formvorgang einfach aus der
Druckgießmaschine
entnehmbar ist.
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Die
Dimensionierung jeder der Noppen 27 hängt dabei wesentliche vom Durchmesser
e der Gießkammer 5 ab.
Die Länge
a, die Breite b sowie die Tiefe c liegen erfindungsgemäß bei etwa
15% des Gießkammer-Durchmessers.
Beispielhaft kann der Gießkammer-Durchmesser
140 mm betragen, so dass die Kantenlängen a, b, c bei etwa 21 mm
liegen. Ein geeigneter Noppenabstand d beträgt dabei ca. 5% des Gießkammer-Durchmessers,
also vorliegend ca. 7 mm.
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Anhand
des in der 3 gezeigten Kolbengeschwindigkeits-Profils
wird nachfolgend der erfindungsgemäße Füllvorgang zum Füllen des
Formhohlraums 15 beschrieben: Der Füllvorgang teilt sich in eine
erste Füllphase
I und in eine zweite Füllphase II
auf. Zu Beginn der ersten Füllphase
I befindet sich der Gießkolben 7 in
seiner, in der 1 gestrichelt gezeigten Endlage,
bei der die Metallschmelze 25 durch die Einfüllöffnung 3 in
die Gießkammer 5 dosiert wird.
Ausgehend von dieser Endlage bewegt sich der Gießkolben in der ersten Füllphase
I mit einer konstant geringen Geschwindigkeit v1 in
Richtung auf das Aufprallelement 9. Dabei drückt der
Kolben 7 die Metall-Schmelze 25 langsam durch
die Gießöffnung 11 in
den Gießlauf 13,
bis die Metall-Schmelze 25 den in der 1 gestrichelt
angedeuteten Anschnitt-Querschnitt 31 zum Formhohlraum 15 erreicht.
Der Anschnitt-Querschnitt 31 trennt den Formhohlraum 15 vom
Gießlauf 13.
Aufgrund der niedrigen Kolbengeschwindigkeit v1 in
der ersten Füllphase
I kann die Metall-Schmelze 25 nahezu ohne Wellen in den
Gießlauf 13 einströmen. Gleichzeitig
können
die sich oberhalb der Metall-Schmelze 25 befindlichen
Gase über
den Gießlauf 13 in
den Formhohlraum 15 entweichen. Dadurch werden Lufteinschlüsse sowie
Gefügefehler
in dem zu gießenden
Bauteil vermieden.
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In
der 1 ist der Füllzustand
des Gießlaufes 13 gezeigt,
wie er sich zum Ende der ersten Füllphase I ergibt. Zu Beginn
der zweiten Füllphase
II wird der Gießkolben 7 schlagartig
auf eine Endgeschwindigkeit v2 beschleunigt,
um eine rasche Füllung
des Formhohlraums 15 zu ermöglichen. Eine solche rasche
Füllung
des Formhohlraums 15 ist erforderlich, um die Bildung von
Erstarrungslunkern im zu gießenden
Bauteil zu vermeiden.
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Durch
die kurzzeitig sehr hohe Beschleunigung des Gießkolbens 7 reißt eine
Schmelzfrontwelle 33 von der Gießkolbenfläche ab und schlägt gegen das
Aufprallelement 9 sowie gegen den krümmungsäußeren Wandabschnitt 23 des
Gießlaufes 13,
wie es in der 1 veranschaulicht ist. Gleichzeitig
bildet sich unmittelbar vor der Gießkolbenfläche eine Bugwelle 35.
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Erfindungsgemäß wird die
an der noppenartigen Oberflächenstruktur 21 des
Aufprallelements 9 sowie des Wandabschnitts 23 reflektierte
Schmelzenfrontwelle 33 in eine Vielzahl von rücklaufenden Einzelwellen
aufgeteilt, die sich einander unregelmäßig überlagern und sich somit an
ihrer Ausbreitung hin dern. Dadurch kann nach einer Reflexion an
dem Aufprallelement wirkungsvoll ein Zurücklaufen der Schmelzenfrontwelle 33 mit
einheitlicher Wellenfront verhindert werden. Entsprechend besteht
daher keine Gefahr, dass sich die Bugwelle 35 mit einer,
mit einheitlicher Wellenfront zurücklaufenden Schmelzenfrontwelle 33 so überlagert,
dass es zu einem Wellenüberschlag
kommt, der Lufteinschlüsse
sowie Gefügefehler
in dem zu formenden Bauteil zur Folge hätte.