Spritzgussaggregat

Die Erfindung betrifft eine Fördervorrichtung für eine Metallschmelze in einem Spritzdruckaggregat, mit einem Vorratsbehälter für die Metallschmelze und einem Förder- kanal, in dem die Metallschmelze einem Formhohlraum zuführbar ist, wobei der Förderkanal eine Zylinderbohrung umfasst, in der ein Kolben axial verstellbar angeordnet ist, und wobei in der Zylinderbohrung eine Sammelkammer für die Metallschmelze vorgesehen ist, aus der die Metall- schmelze infolge einer axialen Verschiebung des Kolbens durch eine weiterführende Leitung in den Formhohlraum einbringbar ist.

Bei einer Metallgussmaschine wird ein flüssiges Metall, bei dem es sich üblicherweise um eine Metalllegierung handelt, in einen Formhohlraum eingebracht und härtet in diesem aus, so dass ein dem Formhohlraum entsprechendes metallisches Bauteil gebildet ist. Die Einbringung der Metallschmelze erfolgt dabei unter einem Druck, unter den die Metallschmelze gesetzt wird.

Aus der DE 10 2012 010 923 AI ist eine Fördervorrichtung für eine Metallschmelze bekannt, bei der die Metallschmelze aus einem Vorratsbehälter einer in einer Zylinderbohrung ausgebildeten Sammelkammer zugeführt wird, woraufhin ein Kolben in der Zylinderbohrung axial verschoben wird, wodurch die Metallschmelze aus der Sammelkammer heraus- gedrückt wird und in eine weiterführende Leitung gelangt, in der sie dem Formhohlraum zugeführt wird.

Die Qualität des mit einem entsprechenden Spritzgussaggregat hergestellten Metall-Bauteils hängt wesentlich davon ab, dass die Metallschmelze auf ihrem Förderweg zwischen dem Vorratsbehälter und dem Formhohlraum eine ausreichende Fließfähigkeit besitzt und nicht auf dem

Förderweg zähflüssig wird oder sich sogar verfestigt. Um dies zu erreichen ist es bekannt, die Metallschmelze in dem Vorratsbehälter auf eine ausreichend Temperatur zu erwärmen, um sicherzustellen, dass die Metallschmelze auch beim Eintritt in den Formhohlraum noch eine ausreichend hohe Temperatur und damit eine gute Fließfähigkeit besitzt. Es hat sich in der Praxis jedoch als relativ schwierig erwiesen, für die Vielzahl von möglichen Metalllegierungen, die mit dem Spritzgussaggregat verarbeitet werden können, eine ausreichende Temperierung und damit Fließfähigkeit sicherzustellen .

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Fördervorrichtung für eine Metallschmelze in einem Spritzdruckaggregat zu schaffen, bei dem auch für unterschiedliche Metall-Werkstoffe eine gute Fließfähigkeit auf dem Förderweg erreicht werden kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Fördervorrichtung für eine Metallschmelze in einem Spritzdruckaggregat mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Dabei ist vorgesehen, dass die Zylinderbohrung, in der die

Sammelkammer ausgebildet ist, von einer 1. Heizvorrichtung umgeben ist, die zumindest ein Heizelement aufweist. Erfindungsgemäß wird von der Grundüberlegung ausgegangen, die Metallschmelze auf ihrem Förderweg zwischen dem

Vorratsbehälter und dem Formhohlraum zumindest abschnitts ^¬ weise durch Verwendung einer 1. Heizvorrichtung auf eine gewünschte Temperatur einzustellen oder zu halten, um zu verhindern, dass die Metallschmelze auf ihrem Förderweg an Fließfähigkeit verliert. Andererseits ist mit der Ver ^¬ wendung der 1. Heizvorrichtung im Bereich der Zylinderbohrung der weitere Vorteil verbunden, dass die Metall- schmelze im Vorratsbehälter nicht übermäßig aufgeheizt werden muss, so dass die Gefahr unterbunden ist, dass durch die übermäßige Aufheizung der Metallschmelze im Vorratsbehälter weitere Anbauteile, insbesondere elektronische Steuerungen oder Antriebsvorrichtungen der Fördervor- richtung beschädigt oder diese in ihrer Funktion eingeschränkt werden.

Vorzugsweise umfasst die 1. Heizvorrichtung mehrere über den Umfang der Zylinderbohrung insbesondere gleichmäßig verteilt angeordnete Heizelemente, die beispielsweise in radialem Abstand zur Zylinderbohrung und parallel zu dieser verlaufen können. Die Heizelemente können von elektrischen Heizpatronen gebildet sein, die jeweils in eine Bohrung im Gehäuse der Fördervorrichtung eingesetzt sind. Die Heiz- patronen stellen eine elektrische Widerstandsheizung dar, alternativ ist es jedoch auch möglich, dass die 1. Heizvorrichtung von Kanälen gebildet ist, die von einem heißen Fluid und insbesondere einer heißen Flüssigkeit durchströmt sind.

Die Anzahl und Anordnung der Heizelemente hängt von der Größe der Spritzgussvorrichtung und insbesondere der

Zylinderbohrung ab, in der Praxis hat es sich jedoch als sinnvoll erwiesen, wenn vier bis acht Heizelemente

verwendet werden, jedoch ist die Erfindung darauf nicht beschränkt . Eine exakte Temperierung der Wandung der Zylinderbohrung sowie der umgebenden Bauteile und damit auch der Metallschmelze lässt sich erzielen, wenn die Heizelemente einzeln und/oder gruppenweise ansteuerbar sind. In Weiterbildung der Erfindung kann eine Regelung eingesetzt werden, bei der die Temperatur der einzelnen Heizelemente und/oder der Metallschmelze und/oder der Wandung der Zylinderbohrung erfasst und ausgewertet wird, wobei die Heizelemente einzeln oder gruppenweise angesteuert werden, um eine gewünschte Temperatur bzw. ein gewünschtes Temperaturprofil zu erzielen.

Der Kolben kann innerhalb der Zylinderbohrung axial

verstellt werden, um die in der Sammelkammer befindliche Metallschmelze aus dieser herauszudrücken. Zu diesem Zweck kann eine vorzugsweise elektrische oder hyraulische Antriebsvorrichtung und/oder eine elektronische Steuervorrichtung vorgesehen sein, die üblicherweise am oberen, der Sammelkammer abgewandten Ende des Kolbens angeordnet sind. Die Antriebsvorrichtung und/oder die Steuervorrichtung sind temperaturempfindliche Bauelemente, die bei übermäßiger Erwärmung zu einer Fehlfunktion neigen. Um einen ordnungsgemäßen Betrieb der Antriebsvorrichtung und/oder der

Steuervorrichtung trotz der Erwärmung der Metallschmelze durch die 1. Heizvorrichtung zu gewährleisten, kann in Weiterbildung der Erfindung vorgesehen sein, dass der

Antriebsvorrichtung und/oder der Steuervorrichtung eine Kühlvorrichtung zugeordnet ist. Bei der Kühlvorrichtung kann es sich entweder um eine elektrische Kühlvorrichtung, beispielsweise ein Peltier-Element , oder um Kühlkanäle handeln, die von einem Kühlfluid und insbesondere einer Kühlflüssigkeit durchströmt sind.

In bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass zwischen der Heizvorrichtung und der Kühlvorrichtung eine Trennwand vorgesehen ist, die vom Kolben durchdrungen ist. Die Trennwand dient als Wärmeschild- und schirmt den mittels der Heizvorrichtung erwärmten Bereich und den mittels der Kühlvorrichtung gekühlten Bereich voneinander ab .

In bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Trennwand mittels der Kühlvorrichtung kühlbar ist indem beispielsweise ein Kühlkanal in die Trennwand integriert ist.

Es ist bekannt, dass der Kolben eine Axialbohrung aufweist in der eine Ventilstange verschieblich aufgenommen ist. Dabei kann vorgesehen sein, dass die Ventilstange an ihrem der Sammelkammer abgewandten Ende eine Ventilstangen- Antriebsvorrichtung insbesondere in Form eines elektrische Antriebsmotors oder einer hydraulischen Antriebsvorrichtun und/oder eine elektronische Steuervorrichtung aufweist, wobei die Ventilstangen-Antriebsvorrichtung und/oder die Steuervorrichtung mittels der Kühlvorrichtung kühlbar ist. Auf diese Weise ist auch eine ordnungsgemäße Funktion der Ventilstangen-Antriebsvorrichtung und/oder der Steuervorrichtung und somit der Ventilstange gewährleistet.

Um eine ausreichende Fließfähigkeit der Metallschmelze auf dem Förderweg zu gewährleisten, ist es hilfreich, dass die Metallschmelze in dem Vorratsbehälter exakt temperiert ist Zu diesem Zweck kann vorgesehen sein, dass dem Vorratsbehälter der Metallschmelze eine 2. Heizvorrichtung

zugeordnet ist, die unabhängig von der 1. Heizvorrichtung für die Zylinderbohrung ansteuerbar ist.

Darüber hinaus ist es für die Fließfähigkeit der Metallschmelze sinnvoll, wenn vermieden ist, dass sich auf der Oberfläche der Metallschmelze in dem Vorratsbehälter eine übermäßige Schlackeschicht bildet, da dann die Gefahr besteht, dass Schlacketeilchen in den Förderweg durch die Fördervorrichtung gelangen. Um dies zu verhindern, kann in Weiterbildung der Erfindung vorgesehen sein, dass die

Metallschmelze in dem Vorratsbehälter unter Schutzgasatmosphäre gehalten hat. Zu diesem Zweck kann beispiels- weise der Innenraum des Vorratsbehälters oberhalb der

Metallschmelze mit Kohlenstoffdioxid (C0 ₂ ) oder Stickstoff (N ₂ ) gefüllt und beaufschlagt werden.

Die Metallschmelze wird aus der Sammelkammer durch den Kolben herausgedrückt und gelangt in eine weiterführende Leitung, in der üblicherweise ein Rückschlagventil angeordnet ist. In Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass dem Rückschlagventil eine 3. Heizvorrichtung zugeordnet ist, die unabhängig von der 1. Heizvorrichtung für die Zylinderbohrung und unabhängig von der 2. Heizvorrichtung für den Vorratsbehälter ansteuerbar ist.

Sowohl die 2. Heizvorrichtung als auch die 3. Heizvorrichtung können von elektrischen Widerstandsheizungen, beispielsweise Heizpatronen, gebildet sein, es ist jedoch auch möglich, Heizkanäle vorzusehen, die von einem heißen Fluid und insbesondere einer heißen Flüssigkeit durchströmt sind. Weitere Einzelheiten und Merkmale der Erfindung sind aus der folgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnungen ersichtlich. Es zeigen:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße

Fördervorrichtung und

Fig. 2 eine vergrößerte perspektivische Ansicht der

Zylinderbohrung mit außenseitiger

Heizvorrichtung .

Eine in Figur 1 dargestellte Fördervorrichtung 10 für eine Metallschmelze M in einem Spritzdruckaggregat besitzt ein Gehäuse 11, in dem eine vertikale Aufnahmebohrung 12 ausgebildet ist.

In dem Gehäuse 11 ist ein Vorratsbehälter 26 vorgesehen, der mit der Metallschmelze M gefüllt ist. Die Metallschmelze M kann in flüssiger Form dem Vorratsbehälter 26 zugeführt oder in diesem durch Aufschmelzen beispielsweise eines Metall-Granulats erzeugt werden.

Der Vorratsbehälter 26 ist mittels eines Deckelteils 45 luftdicht abgedeckt und der oberhalb der Metallschmelze in dem Vorratsbehälter 26 gebildet Freiraum 46 ist mit einem Schutzgas, beispielsweise Kohlenstoffdioxid (C0 ₂ ) oder Stickstoff (N ₂ ) gefüllt.

In das Gehäuse 11 ist im Bereich des Vorratsbehälters 26 eine 2. Heizvorrichtung 43 integriert, bei der es sich um eine elektrische Widerstandheizung handeln kann, mit der die Wandung des Vorratsbehälters 26 und somit die Metall- schmelze M auf eine gewünschte Temperatur gebracht oder auf dieser gehalten werden kann.

Der Vorratsbehälter 26 steht über mindestens einen schräg nach unten in Strömungsrichtung geneigt verlaufenden Zulaufkanal 18 mit der Aufnahmebohrung 12 in Verbindung. In die Aufnahmebohrung 12 ist unter enger Passung ein Passstück 28 eingesetzt, das eine rohrförmige Konfiguration besitzt und an seinem unteren Ende verschlossen ist. Das Passstück 28 ist auswechselbar in der Aufnahmebohrung 12 gehalten und besitzt eine mittige axiale Zylinderbohrung 27, die in Form einer nach oben öffnenden Sackbohrung ausgestaltet ist. In der Wandung des Passstücks 28 ist eine schräg verlaufende Verbindungsbohrung 30 vorgesehen, die mit dem Zulaufkanal 18 fluchtet und diesen mit der

Zylinderbohrung 27 verbindet.

In die Zylinderbohrung 27 ist ein Kolben 13 unter enger Passung verschieblich eingesetzt. In einem in der unteren Hälfte der axialen Länge des Kolbens 13 angeordneten Bereich, der einen axialen Abstand vom unteren Ende des

Kolbens 13 aufweist, ist auf der Außenseite des Kolbens 13 ein Ringraum 17 ausgebildet. Am unteren Ende des Ringraums 17 verlaufen mehrere über den Umfang des Kolbens 13

verteilt angeordnete Füllbohrungen 16 im Kolben 13 jeweils zur unteren Stirnfläche des Kolbens 13. Derjenige Bereich des Kolbens 13, in dem die Füllbohrungen 16 ausgebildet sind, liegt in abgedichteter Weise an der Innenwandung der Zylinderbohrung 27 an.

Auf der äußeren Mantelfläche des Kolbens 13 sind zwei axial beabstandete , umlaufende Nuten 29 ausgebildet, in die jeweils ein geschlitzter Kolbenring 31 eingesetzt ist, der unter einer radial nach außen gegen die Innenwandung der Zylinderbohrung 27 gerichteten Federspannung an dieser dichtend anliegt. Die Kolbenringe 31 bestehen beispiels ^¬ weise aus einem Federstahl.

Der Kolben 13 weist des weiteren eine zentrische Axialbohrung 14 auf, in der eine Ventilstange 19 verschieblich angeordnet ist, die den Kolben 13 vollständig durchdringt und an ihrem unteren Ende stromab der Stirnseite des

Kolbens 13 einen tellerartigen Ventilkörper 20 trägt. Der Ventilkörper 20 kann durch Verschieben der Ventilstange 19 relativ zum Kolben 13 zwischen einer in Figur 1 dargestellten Schließstellung, in der der Ventilkörper 20 ein Ausströmen von Metallschmelze aus den Füllbohrungen 16 verhindert, und einer nicht dargestellten Offenstellung verstellt werden, in der die Metallschmelze aus den Füllbohrungen in eine darunterliegende, in der Zylinderbohrung 27 gebildete Sammelkammer 15 fließen kann. Der Querschnitt des Ventilkörpers 20 ist kleiner als der Querschnitt der Zylinderbohrung 27, so dass der Ventilkörper 20 innerhalb der Zylinderbohrung 27 eine Dichtfunktion hat und die Metallschmelze M den Ventilkörper 20 frei umströmen kann.

In der Sammelkammer 15 ist ein nur angedeuteter Drucksensor 49 angeordnet, der über eine Leitung ein Drucksignal an einer nicht dargestellten Steuervorrichtung gibt, die den Antrieb des Kolbens 14 steuert. Auf diese Weise ist ein Regelkreis für den Antrieb (Hydraulikzylinder) des Kolbens 14 gegeben. Die Zylinderbohrung 27 bzw. die in ihrem unteren Bereich gebildete Sammelkammer 15 ist am unteren Ende über eine weiterführende Leitung 21 mit einem nicht näher darge ^¬ stellten Formhohlraum verbunden. Die weiterführende Leitung 21 umfasst eine untere Querbohrung 32 in der Wandung des Passstücks 28, die mit einer weiterführenden Querbohrung 33 im Gehäuse 21 fluchtet, über die die Sammelkammer 15 mit einer vertikalen Steigleitung 22 verbunden ist. Die Steigleitung 22 geht an ihrem oberen Ende in einen Füllkanal 23 über, aus dem die Metallschmelze dem Formraum zugeführt wird, wie durch den Pfeil F angedeutet ist. Im Übergang zwischen der Steigleitung 22 und dem Füllkanal 23 ist ein Rückschlagventil 24 angeordnet, das einen Ventilkörper 25 aufweist, der von einer Feder 34 entgegen der Strömungsrichtung gegen einen Ventilsitz 35 gespannt wird.

Die Zylinderbohrung 27 und das Passstück 28 sind von einer 1. Heizvorrichtung 36 umgeben, die mehrere über den Umfang des Passstückes 28 verteilt angeordnete Heizelemente 37 aufweist, die jeweils in eine im Gehäuse ausgebildete

Bohrung eingesetzt sind, wie es in Figur 1 gestrichelt angedeutet ist. Die Anordnung der Heizelemente 37, bei denen es sich vorzugsweise um elektrische Heizpatronen handelt, ist in Figur 2 dargestellt. Daraus ist ersichtlich, dass sechs Heizelemente 37 vorgesehen sind, die gleichmäßig über den Umfang des Passstücks 28 verteilt sind und vorzugsweise jeweils einzeln oder gruppenweise angesteuert werden können. Mit Hilfe der Heizvorrichtung 36 ist es möglich, die Metallschmelze M im Bereich der Verbindungsbohrung 30, der Füllbohrungen 16, der Sammelkämmer 15 und zumindest abschnittsweise in der weiterführenden Leitung 21 auf eine gewünschte Temperatur zu bringen oder auf dieser zu halten. Wie in Figur 1 gestrichelt angedeutet ist, ist dem

Rückschlagventil 24 eine 3. Heizvorrichtung 44 zugeordnet, mit der die Metallschmelze, die das Rückschlagventil 24 durchströmt, insbesondere innerhalb des Rückschlagventils 24 temperiert wird. Die 3. Heizvorrichtung 44 kann von einer elektrischen Widerstandsheizung oder Heizkanälen gebildet sein, die von einem heißen Fluid und insbesondere einer heißen Flüssigkeit durchströmt sind.

Das der Sammelkammer 15 abgewandte Ende des Kolbens 13 und der Ventilstange 19 ist in einem außenseitig des Gehäuses 11 angeordneten Antriebs- und Steuerungsgehäuse 47 angeordnet, in dem eine nur angedeutete Antriebsvorrichtung 38 für den Kolben 13 und eine ebenfalls nur angedeutete

Ventilstangen-Antriebsvorrichtung 41 angeordnet sind, mit denen der Kolben 13 bzw. die Ventilstange 19 axial verstellbar sind. Ebenfalls innerhalb des Antriebs- und

Steuerungsgehäuses 47 ist eine elektronische Steuervorrichtung 48 insbesondere für die genannten Antriebsvorrichtungen vorgesehen, die nur schematisch angedeutet ist. Das Antriebs- und Steuerungsgehäuse 47 besitzt auf seiner dem Gehäuse 11 zugewandten Seite eine Trennwand 40, die von dem Kolben 13 und der Ventilstange 19 unter enger Passung durchdrungen ist und die als thermische Abschirmung dient.

Ferner ist in dem Antriebs- und Steuerungsgehäuse 47 eine Kühlvorrichtung 39 vorgesehen, die mehrere Kühlkanäle 42 umfasst, die von einer Kühlflüssigkeit durchströmt sind und sowohl durch das Antriebs- und Steuerungsgehäuse 47 als auch durch die Trennwand 40 verlaufen. Mittels der Kühlvorrichtung 39 ist es möglich, den Innenraum des Antriebs- und Steuerungsgehäuses 47 und damit die Antriebsvorrichtung 38 für den Kolben 13, die Ventilstangen-Antriebsvorrichtung 41 und die elektronische Steuervorrichtung 48 auf eine vor ^¬ teilhafte Betriebstemperatur von vorzugsweise < 80°C zu halten, da aufgrund der Heizvorrichtung 36 die Gefahr besteht, dass die genannten Bauteile ansonsten zu heiß und dadurch beschädigt werden.