Beschreibung:

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Gießen von Metallen, insbesondere von Legierungen mit niedrigem Schmelz¬ punkt, bei dem das flüssige Metall über einen Gießkanal und eine an der tiefsten Stelle der Gießform angeordnete Eingu߬ öffnung von unten nach oben in eine Gießform eingefüllt wird, sowie eine Vorrichtung zur Durchführung eines solchen Ver¬ fahrens.

Derartige Verfahren werden beispielsweise bei der Herstellung verlorener Kerne für Kunststoff-Spritzgußteile angewandt. Hierbei muß fallender Guß vermieden werden, so daß der Einguß notwendigerweise an der tiefsten Stelle der Form erfolgt. Bisher wird bei Verfahren der genannten Art das flüssige Metall unter Druck in die Gießform eingefüllt und der Gießdruck so¬ lange aufrecht erhalten, bis das Metall in der Gießform voll¬ ständig erstarrt ist. Nach dem Erstarren des Metalls muß der Anguß- oder Eingußzapfen entfernt und die Eingußstelle glatt¬ geschliffen werden.

Die auf diese Weise hergestellten Kerne werden u.a. zur Serien¬ fertigung von Kunststoffteilen in der Automobilindustrie ver¬ wendet, bei der es aufgrund der hohen Stückzahlen wichtig ist, die Herstellungskosten so gering wie möglich zu halten. Diese Kosten werden jedoch durch die erforderliche Nachbearbeitung und die zusätzlich benötigten Maschinen bzw. manuelle Tätigkeit beträchtlich erhöht.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Verfahren bzw. eine Vorrichtung zu entwickeln, mit dem bzw. der ein Gußstück ohne Anguß- bzw. Eingußzapfen herstellbar ist und ohne Nachbearbei¬ tung direkt weiterverwendet werden kann.

Diese Aufgabe wird er indungsgemäß im wesentlichen dadurch gelöst, daß nach vollständigem Füllen der Gießform und ledig¬ lich teilweisen Erstarren des Metalls in der Gießform der Gießdruck verringert bzw. abgeschaltet wird, so daß ein Rück¬ fluß von flüssigem Metall aus der Gießform über einen Rück¬ flußkanal, dessen Querschnitt wesentlich kleiner ist als der Querschnitt des Gießkanals, erfolgt, und daß ein Stempel, dessen Stirnfläche nach Größe und Gestalt der Außenkontur des Gußstücks im Bereich der Eingußöffnung entspricht, wenigstens über den letzten Abschnitt des Gießkanals unter Verschieben des in diesem Abschnitt vorhandenen flüssigen Metalls in die Gie߬ form soweit in Richtung des Gießforminneren verstellt wird, bis die Stirnfläche des Stempels mit der Innenkontur der Gießform fluchtet.

Aufgrund der Anpassung der Stirnfläche des Stempels an die ge¬ wünschte Außenkontur des Kerns im Bereich der Eingußöffnung befindet sich der Kern nunmehr in einer vollständig geschlos¬ senen Gießform und erstarrt, ohne daß sich ein nachzubearbei¬ tender Eingußzapfen bildet.

Beim Vordrücken des Stempels und Schließen der Eingußöffnung am Ende des Gießvorgangs verdrängt der Stempel flüssiges Material, was bei herkömmlichen Verfahren nicht möglich wäre, da die Form mit flüssigem Metall ohne Lufteinschlüsse vollständig gefüllt ist. Durch den erfindungsgemäßen Rückfluß des flüssigen Metalls aus der Gießform nach Verringern oder Abschalten des Gießdrucks wird jedoch in der Gießform ein Hohlraum geschaffen, in den der Stempel beim Schließen der Eingußöffnung flüssiges Metall nachschieben kann. Die Kontrolle der Rückflußmenge wird dadurch erreicht, daß der Querschnitt des Rückflußkanals wesentlich kleiner ist als der Querschnitt des Gießkanals. Dadurch wird sichergestellt, daß bis zum Verschließen der Eingußöffnung durch den Stempel nicht zu viel flüssiges Metall zurückge¬ flossen ist und der Hohlraum innerhalb der Gießform nicht zu groß wird.

Erfindungsge äß verschließt der Stempel beim Hineinpressen des Metalls in die Gießform den Gießkanal bevor die Stirnfläche des Stempels mit der Innenkontur der Gießform fluchtet. Dadurch wird erreicht, daß das vom Stempel verdrängte Metall in die Gießform sicher hineingepreßt wird und nicht teilweise über den Gießkanal abgeführt wird, wodurch ein definiertes Füllen des Hohlraums in der Gießform verhindert würde.

Um ein möglichst vollständiges Füllen des in der Gießform durch Metallrückfluß entstandenen Hohlraums zu erreichen, ist in Weiterbildung des Erfindungsgedankens vorgesehen, daß das Volumen des aus der Gießform zurückgeflossenen Metalls größer oder gleich dem Volumen V _σ des von dem Stempel in das Gieß- forminnere verschobenen Metalls ist. Ein Resthohlraum, der eventuell im Innern der Gießform immer im Bereich noch flüs¬ sigen Metalls verbleibt, wird durch das erfindungsgemäße Ver¬ fahren sehr klein gehalten und schränkt die Verwendung des Gußstücks in keiner Weise ein.

Definierte Verhältnisse beim Rückfließen des flüssigen Metalls sowie dem Schließen der Eingußöffnung werden zweckmäßigerweise dadurch erreicht, daß das Verstellen des Stempels mittels frei bestimmbarer Zeitsteuerung erfolgt.

Dabei beträgt vorzugsweise nach der Erfindung die Zeitdauer des Füllens der Gießform über den Gießkanal mit Metall ca. 20 Sekunden, die Zeitdauer vom Ende des Füllens der Gießform mit Metall bis zum Verringern oder Abschalten des Gießdrucks ca. 40 Sekunden und die gesamte Zeitdauer vom Beginn des Gießgangs bis zum Verschließen der Eingußöffnung durch den Stempel ca. 80 Sekunden. Es hat sich herausgestellt, daß bei Einhalten dieser Richtzeiten der in der Gießform verbleibende Hohlraum sehr gering gehalten oder im Idealfall sogar ganz vermieden werden kann.

Die Erfindung ist auch auf eine Vorrichtung zur Durchführung des obigen Verfahrens gerichtet, die sich dadurch auszeichnet, daß in dem Gießkanal außerhalb des von dem Stempel über- strichenen Abschnitts ein in Gießrichtung öffnendes Rückschlag¬ ventil angeordnet ist, daß ein das Rückschlagventil über¬ brückender, als Bypasskanal für das Rückschlagventil in dem Gießkanal wirkender Rückflußkanal vorgesehen ist, wobei der Querschnitt des Rückflußkanals wesentlich kleiner ist als der Querschnitt des Gießkanals. Durch das Rückschlagventil wird der Rückfluß des flüssigen Metalls über den Gießkanal nach Ab¬ schalten des Gießdrucks verhindert, so daß lediglich ein relativ kleiner Anteil des flüssigen Metalls über den das Rückschlagventil umgehenden Rückflußkanal zurückfließen kann.

Um ein langsames, definiertes Rückfließen von Schmelze zu erreichen, hat es sich als zweckmäßig erwiesen, daß das Ver¬ hältnis des Querschnitts des Rückflußkanals zum Querschnitt des Gießkanals in der Größenordnung von 1 : 10 bis 1 : 50 liegt.

Vorzugsweise kann dieser Querschnitt des Rückflußkanals, z.B. über eine Stellschraube verändert werden, um ggf. an unter¬ schiedliche Bedingungen beim Gießen verschiedener Legierungen angepaßt zu werden.

Die erfindungsgemäße Lösung zeichnet sich dadurch aus, daß der Gießkanal einen in Füllrichtung gesehen letzten, in die Ein¬ gußöffnung mündenden Abschnitt aufweist, welcher koaxial zu dem Stempel und dessen Verschieberichtung verläuft, und daß sich an dem letzten Abschnitt des Gießkanals ein seitlich abgewinkelter Eingangsabschnitt befindet, in welchem das Rückschlagventil angeordnet ist.

Der Stempel ist vorzugsweise in einer Bohrung der Gießform geführt, die koaxial zu dem letzten Abschnitt des Gießkanals verläuft, so daß der Stempel genau auf die Eingußöffnung der Gießform zugeführt wird.

Da die Stirnfläche des Stempels der gewünschten Außenkontur des Gußstücks angepaßt ist, die ggf. nicht rotationssymmetrisch ist, άst der Stempel vorzugsweise verdrehsicher in der Bohrung geführt.

Die notwendigen Kräfte zum Verschieben des flüssigen Metalls werden erfindungsgemäß dadurch aufgebracht, daß der Stempel hydraulisch antreibbar ist.

Das Verschließen des Gießkanals nach Abschalten des Gießdrucks wird bei einer bevorzugten Ausführungform dadurch sicherge¬ stellt, daß das Rückschlagventil von einer Rückstellfeder gegen einen Ventilsitz gepreßt wird.

Im Gießkanal muß das Metall flüssig gehalten werden, um den Stempel beim Verschließen der Eingußöffnung nicht zu behindern.

Deshalb muß die Temperatur im Gießkanal größer oder gleich der Schmelztemperatur der zu vergießenden Legierung sein, während die Temperatur der Gießform, in der das Gußstück erstarren soll, geringer sein muß. Daher ist in Weiterbildung der Er¬ findung vorgesehen, daß ein wesentlicher Teil des Gießkanals und der Stempel in einem Gehäuse angeordnet sind, das unter Zwischenschaltung einer Thermobarriere mit der Gießform lösbar verbunden ist. Dadurch wird der Temperaturverlust von Gehäuse zu Gießform verringert.

Weiterbildungen, Vorteile und Anwenduπgsmöglichkeiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispieles und der Zeichnung. Dabei bilden alle beschriebenen und/oder bildlich dargestellten Merkmale für sich oder in beliebiger sinnvoller Kombination den Gegenstand der Erfindung, unabhängig von ihrer Zusammenfassung in den An¬ sprüchen oder deren Rückbeziehung.

Die einzige Figur zeigt eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Gießvorrichtung.

In eine aus zwei Formhälften 1 , 2 bestehende Gießform 3 wird über einen Gießkanal 4 und eine an der tiefsten Stelle der Gießform 3 angeordnete Eingußöf nung 5 flüssiges Metall, ins¬ besondere eine Legierung mit niedrigem Schmelzpunkt, von unten nach oben eingefüllt. Das flüssige Metall wird dabei unter Druck in die Gießform 3 hineingepreßt, wobei die in der Gie߬ form 3 enthaltene Lu t durch den zwischen den Formhälften 1 , 2 bestehenden Spalt 6 entweicht. Der Spalt 6 ist zu klein, als daß auch das flüssige Metall durch diesen hindurchfließen

könnte. Auf diese Weise ist sichergestellt, daß in der Tei¬ lungsebene der Gießform 3 kein ungewollter Ansatz entsteht.

Nach dem vollständigen Füllen der Gießform 3 beginnt das in der Gießform 3 enthaltene Metall zu erstarren, und zwar beginnend an den Außenrändern des Gußstücks 7 nach innen fortschreitend. Dabei bedeuten in der Zeichnung die Linien 8, 9 jeweils Linien gleicher Erstarrung. Nach einer vorbestimmten Zeit, nämlich wenn nur noch ein verhältnismäßig geringes Metallvolumen im Innern der Form flüssig ist, wird der Gießdruck abgeschaltet. Nach Abschalten des Gießdrucks fließt flüssiges Metall unter Wirkung der Schwerkraft aus der Gießform 3 heraus. Der Rückfluß des flüssigen Metalls durch den Gießkanal 4 wird jedoch dadurch verhindert, daß im Gießkanal 4 ein in Gießrichtung öffnendes Rückschlagventil 10 angeordnet ist, dessen Ventilkörper 24 von einer Rückstellfeder 11 gegen einen Ventilsitz 12 gepreßt wird und dadurch bei fehlendem Gießdruck den Gießkanal 4 ver¬ schließt. Der Rückfluß des flüssigen Metalls kann deshalb nur über einen das Rückschlagventil 10 umgehenden, als Bypasskanal wirkenden Rückflußkanal 13 erfolgen, dessen Querschnitt wesent¬ lich kleiner ist als der Querschnitt des Gießkanals 4. Vorzugs¬ weise liegt das Verhältnis des Querschnitts des Rückflußkanals 13 zum Querschnitt des Gießkanals 4 in der Größenordnung von 1 : 10 bis 1 : 50. Der Querschnitt des Rückflußkanals 13 ist, z.B. über eine Stellschraube 14 veränderbar, um ggf. erforder¬ lich Anpassungen an unterschiedliche Legierungen und Gie߬ volumina vornehmen zu können.

Der Gießkanal 4 ist in einen in die Eingußöffnung 5 mündenden letzten Abschnitt 16 und einen seitlich abgewinkelten Eingangs¬ abschnitt 17 unterteilt, in welchem das Rückschlagventil 10

angeordnet ist. Koaxial zu dem letzten Abschnitt 16 des Gie߬ kanals 4 ist ein Stempel 18 verschiebbar, der in einer koaxial zu dem letzten Abschnitt 16 des Gießkanals 4 verlaufenden Bohrung 19 der Gießform 3 geführt ist. Die Stirnfläche 20 des Stempels 18 entspricht nach Größe und Gestalt der Kontur des Gußstücks 7 im Bereich der EingußÖffnung 5. Da diese Kontur des Gußstücks 7 in der Regel nicht rotationssymmetrisch ist, ist der Stempel 18 drehsicher in der Bohrung 19 geführt.

Nach Abschalten des Gießdrucks fließt ein Teil des flüssigen Metalls aus der Gießform 3 in den Gießkanal 4 zurück, wodurch ein Hohlraum 15 in dem Gußstück 7 entsteht. Das Zurückfließen des Metalls erfolgt durch den kleinen Querschnitt des Rück¬ flußkanals 13 sehr langsam, so daß man die Größe des entstehen¬ den Hohlraums 15 durch Zeitsteuerung genau bestimmen kann. Durch den Stempel 18 wird bei dessen Vorschieben das in dem letzten Abschnitt 16 des Gießkanals 4 vorhandene flüssige Metall in die Gießform 3 zurückgepreßt. Durch Zeitsteuerung kann die Menge des zurückgeflossenen Metalls und damit des Volumens des sich bildenden Hohlraums 15 genau auf das des durch den Stempel 18 in die Gießform 3 zurückgepreßten Metalls abgestimmt werden, so daß der Hohlraum 15 wieder ganz oder zumindest fast vollständig gefüllt wird.

Die Stirnfläche 20 des Stempels 18 entspricht nach Größe und Gestalt der Außenkontur des Gußstücks 7 im Bereich der Ein¬ gußöffnung 5, so daß sich die Innenkontur der vollständig geschlossenen Gießform 3 nach Schließen der Eingußöffnung 5 durch den Stempel 18 genau der gewünschten Außenkontur des Gußstücks 7 entspricht. Ein Anguß- bzw. Eingußzapfen bildet sich daher nicht, so daß das Gußstück 7 nach dem Herausnehmen aus der Gießform 3 ohne Nachbearbeitung weiter verwendet werden kann.

Der Stempel 18 wird durch einen hydraulischen Antrieb 21 ange¬ trieben. Ein wesentlicher Teil des Gießkanals 4 und der Stempel 18 sind in einem beheizbaren Gehäuse 22 angeordnet, das unter Zwischenschaltung einer Thermobarriere 23 mit der Gießform 3 lösbar verbunden ist.

Bezugszeichenliste:

1 Formhälfte

2 Formhälfte

3 Gießform

4 Gießkanal

5 Eingußöffnung

6 Spalt

7 Gußstück Linie gleicher Erstarrung

9 Linie gleicher Erstarrung 0 Rückschlagventil 1 Rückstellfeder 2 Ventilsitz 3 Rückflußkanal 4 Stellschraube 5 Hohlraum 6 Abschnitt 7 Eingangsabschnitt 8 Stempel 9 .Bohrung 0 Stirnfläche 1 hydraulischer Antrieb 2 Gehäuse 3 Thermobarriere 4 Ventilkörper