Die Erfindung betrifft ein Vakuumdruckgussverfahren nach dem Oberbegriff des ersten Anspruches.

Druckgießen unter Vakuum wird bereits seit geraumer Zeit bei der Herstellung von Formteilen aus Metallen und Metalllegierungen angewandt, insbesondere bei Legierungen der Metalle Al, Mg, Zn und Cu. Durch das Druckgießen unter Vakuum wird eine höhere Materialgüte der Teile erreicht, weil weniger Luft und Gase im Material eingeschlossen werden. Für Formteile aus z.B. Aluminium, die später noch eine Wärmebehandlung unterzogen oder geschweißt werden sollten, kann kaum auf Vakuum verzichtet werden.

Darüber hinaus ist das Druckgießen unter Vakuum nicht nur beim Einsatz von flüssigen Metalllegierungen möglich, sondern kann auch bei abgeleiteten Sonderverfahren eingesetzt werden. Als Beispiele können hier genannt werden:

Verfahren wobei teilflüssiges oder teigiges Material als Gussmasse verwendet wird ( üblicherweise als Thixo- oder Rheo-casting bezeichnet), Verfahren wobei die Gussmasse aus einer Materialkombination (Komposit) von flüssigen oder teilflüssigen Metallen und nicht Metallische Einschlüsse besteht (MMC) und Verfahren wobei ein Vorkörper mit flüssigem Material infiltriert wird.

Aus der Schrift EP-OS 00451 310 ist das in der Industrie unter dem Namen „Vacural" (eingetragene Marke der Maschinenfabrik Müller- Weingarten AG) bezeichnete Verfahren bekannt. Dieses und ähnliche spätere Verfahren arbeiten mit einer fest abgeschlossenen Gießkammer, die mit einem Warmhalteofen über ein

Ansaugrohr in Verbindung steht. Durch ein in der Form und Gießkammer erzeugtes und genau kontrolliertes Vakuum wir Metall in der Gießkammer angesaugt und dosiert.

Das Vakuumsystem für einen solchen Druckgießprozess besteht dabei im wesentlichen aus einem mittels Vakuumpumpe auf Unterdruck gebrachten Pufferbehälter. Manchmal ist eine Vakuumpumpe direkt angeschlossen, manchmal wird ein Zentralvakuumsystem angewendet. Weiterhin beinhalten solche Vakuumsysteme noch zwischengeschaltete Ventile und Filter sowie Druckmessgeräte.

In der Schrift DE-OS 196 45 104 wird eine Technik beschrieben, die es zulässt, tiefere Vakuumwerte im Formhohlraum der Gießform zu erreichen, indem man nacheinander den Formhohlraum mit zwei unterschiedlichen Vakuumpufferbehältern verbindet, ohne dass die Behälter selbst je miteinander verbunden werden dürfen. Diese Methode lässt weiterhin zu, die Prozessstabilität zu erhöhen und den Prozess über die Enddrücke der Behälter zu überwachen.

In der einfachsten Form des Vakuumdruckgießens wird das Vakuum über ein an der Form befestigtes Entlüftungsventil erzeugt. Erst nachdem der Gießkolben während der „ersten Gießphase" die Einfüllöffhung überschritten hat und so die Verbindung zur Außenatmosphäre unterbrochen wurde, kann die Form auf Unterdruck gebracht werden. Die nach dem Überschreiten verbleibende Prozesszeit ist im allgemeinen nicht ausreichend, um einen Druckausgleich zwischen Formhohlraum und Pufferbehälter herzustellen oder den Formhohlraum über Vakuumpumpen effizient zu evakuieren. Weiter verschlechtert wird das erreichte Vakuum durch die engen Querschnitte des Entlüftungsventils und der Verbindungskanäle, die in der Gießform vom Formhohlraum zum Entlüftungsventil hinlaufen. Auch Verengungen im Formhohlraum selbst können sich diesbezüglich negativ auswirken. Weiterhin führen Undichtigkeiten, insbesondere zwischen Gießkolben und Gießkammer, zu schlechteren und schwankenden Vakuumwerten. Die Undichtigkeiten variieren darüber hinaus stark mit der Abnutzung des Kolbens und der Gießkammer und hängen von der Temperatur ab.

Bei dem Verfahren nach EP-OS O 051 310 wurden diese Nachteile teilweise dadurch behoben, dass bereits während der Metallfüllung das Vakuum appliziert wird und so mehr Zeit für das Erreichen eines tieferen Vakuums zur Verfügung steht. Allerdings wird auch die Dosiergenauigkeit stark durch die Vakuumwerte, die Temperatur und Viskosität der Schmelze und die Beschaffenheit der

Metalldurchströmungsöffhungen beeinflusst. Auch durch aufwändige Steuerungen können die entstehenden Schwierigkeiten bei der Dosierung nicht ganz überwunden werden.

Darüber hinaus erfordert dieses Verfahren aufwändigere und sorgfältiger abgedichtete Formen und Kolben, da diese länger als beim üblichen

Vakuumdruckgießen unter Vakuum stehen und Undichtigkeiten hierdurch an Bedeutung gewinnen.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, die bekannten Vakuumdruckgießverfahren zu verbessern, um die erwähnten Nachteile des Standes der Technik zu vermeiden.

Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zum Druckgießen von Metallen, Metalllegierungen, welche die Gussmasse (8) bilden, unter Beaufschlagung von Vakuum, umfassend die Schritte: a Befüllen der Gießkammer (6) mit der Gussmasse (8) b Trennen des Gießkammerraumes (5) von der Atmosphäre, wobei die Schritte a und b vertauscht werden können, und wobei das Verfahren dadurch gekennzeichnet ist, dass die Trennung des Gießkammerraums (5) von der Außenatmosphäre durch eine von außen verschließbare Abdeckung bewirkt wird. Die weiteren Ansprüche stellen Ausgestaltungsformen dar.

Das verbesserte Verfahren nach Anspruch 1 erlaubt es, Undichtigkeiten entlang des Kolbens in viel höherem Maße zu tolerieren. Auch Undichtigkeiten in der Form verlieren an Einfluss, da die Zeitdauer der Vakuumanwendung verringert wird. Die

erfindungsgemäß abschließbar ausgeführte Gießkammer ermöglicht es, die Metalldosierung unabhängig vom Vakuum mit hoher Genauigkeit durchzuführen. Durch die erfindungsgemäße Abdeckung wird der in der Form erreichte Enddruck erniedrigt. Mit dem niedrigeren Enddruck in der Form wird die im Gefüge des hergestellten Bauteils eingeschlossene Gasmenge verringert. Die bisher notwendigen hohen Metalldrücke können daher reduziert werden, da das verbleibende Restgas weniger stark komprimiert werden muss, um eine gleiche Gefügegüte zu erreichen. Das Verfahren ermöglicht so eine Verbesserung der Bauteilgüte bei Druckguss von Metall oder Metalllegierungen.

Dieses Verfahren kann in weiteren Ausführungsformen verbessert werden, indem der Raum hinter dem Gießkolben evakuiert bleibt. Dieses kann in einer Ausführungsform dadurch erreicht werden, dass der Raum hinter dem Kolben eine Einheit mit einer die Kammer abschließbaren Haube bildet oder hiermit in Verbindung steht. Eine mit einer Haube abschließbaren Gießkammer weist weiterhin den Vorteil auf, dass nachdem die Haube geschlossen wurde, sofort mit der Vakuumerzeugung angefangen werden kann, während der Kolben die Einfüllöffhung noch nicht abgeschlossen hat. Hierdurch kann die Prozesszeit verkürzt werden, indem der Kolben während der ersten Gießphase eine höhere Geschwindigkeit aufweisen kann.

Weiter kann das Abdichten und Trennen des Gießkammerraums von der Atmosphäre durch einen beweglichen Deckel, der die Einfüllöffnung abdeckt, geschehen. Diese Ausführungsform läßt ein schnelles Abschließen zu und ist besonders vorteilhaft, wenn Metall über eine Gießrinne durch die Einfüllöffhung in der Gießkammer dosiert wird. Die Gießrinne oder ein Verbindungsrohr zwischen Gießrinne und Gießkammer, werden dann ebenfalls beweglich ausgeführt. Die Kombination Dosierofen mit Gießrinne ist aktuell eines der am meisten in Gießereien vorkommenden Dosiersysteme.

In einer Ausführungsform, bei der ein Dosierpot auf der Einfüllöffnung aufgebaut ist, sind Gießkammerraum und Außenatmosphäre durch ein (beheizten) abschließbaren Dosierpot von einander getrennt. Hierbei dient der Dosierpot als Vorratsbehälter für die zu dosierende Gussmasse. Hierdurch wird der

Dosiervorgang unabhängiger vom restlichen Gießvorgang. Die Gießkammer kann so vor, während oder nach dem Vakuumziehen oder Zuleiten von Schutz- oder Reaktionsgase mit Metall befüllt werden. Der Dosierpot selbst wird über eine abschließbare Öffnung befüllt (Deckel, Rohr, Dosierkolben,...) und kann ebenfalls unter Vakuum gebracht oder mit Schutz- oder Reaktionsgase beaufschlagt werden.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann vorteilhaft bei Metalllegierungen eingesetzt werden, die mehrheitlich Aluminium enthalten, da gerade bei diesem Metall große Luftanteile im Gefüge die Weiterbearbeitung (bspw. Schweißen) erschweren, wenn nicht sogar unmöglich machen.

Die Erfindung soll anhand der nachfolgenden Beschreibung und Zeichnungen näher erläutert werden. Die Beschreibung erfolgt am Beispiel eines zweistufigen Druckgussverfahrens,

Fig. 1 : Schnittzeichnung durch eine Druckgießmaschine, die zur Durchführung des

Verfahrens geeignet ist. Fig. 2: Verbesserung des Verfahrens durch Verschließen mittels einer Haube, gezeigt sind die Schritte a) Befüllen der Gießkammer und b) Erzeugen des Vakuums.

Fig. 3: Ausführungsform mit Dosierrinne und Abschließmechanismus an der

Einfüllöffnung. Fig. 4: Ausführungsform mit abschließbarem Dosierpot.

Eine zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeignete Druckgießmaschine ist in Figur 1 gezeigt. Zwischen zwei Platten 22 ist eine Form 21 eingespannt. Das zu fertigende Bauteil entsteht durch Erstarren von Metall oder einer Metalllegierung in dem Formhohlraum 10. In einer Gießkammer 6 läuft ein Kolben 3, der die Masse flüssigen Metalls 8 durch eine lineare Bewegung in den Formhohlraum drückt. Die Gießkammer ist mit einer Einfüllöffhung 4 versehen, durch die das flüssige Metall vor der ersten Vakuumphase eingefüllt wird. Eine Haube 7 schließt von außen die Gießkammer und den Raum 9 innerhalb der Haube vakuumdicht ab. Eine Zuleitung 15 mit einem Ventil 16 verbindet das an der

Gießform angebrachte Entlüftungsventil 14 mit dem Vakuumsystem 20. Über diese Zuleitung wird Vakuum im Formhohlraum, dem Gießkammerhohlraum und dem Raum innerhalb der Haube erzeugt. Das Vakuumsystem 20 kann eine Anordnung von Vakuumpumpen und / oder Pufferbehältern sein, beispielhaft ist eine Vakuumpumpe eingezeichnet.

Ein Teil des Verfahrens soll anhand Figur 2 genauer erläutert werden. Figur 2a zeigt den ersten Schritt, in dem das Metall in Form einer Gussmasse 8 in die Gießkammer 6 eingefüllt wird. In diesem Schritt ist die Haube 7 zurückgezogen und gibt die Einfüllöffhung 4 frei. Im nächsten Schritt in Figur 2b ist die Haube 7 vorgeschoben und schließt der Gießkammerraum 5 vakuumdicht ab. Kolbenseitig wird mit einer Durchfuhrungsdichtung 2 an der Kolbenstange 1 abgedichtet. Nun wird vom Vakuumsystem über den Anschluss gemäß Fig.1 Unterdruck erzeugt, also über Ventil 14 und Zuleitung 15.

Eine weitere Ausführungsform bezieht sich auf das Befüllen der Gießkammer mit Metall. Dieses muss nicht zwingend vor der ersten Vakuumphase erfolgen. Denkbar ist, eine Vakuumphase zum Dosieren der Gussmasse zu benutzen, indem mit dem

Vakuum das Metall in die Gießkammer eingesaugt wird, beispielsweise über ein Steigrohr.

In einer vorteilhaften Ausfuhrungsform werden anstelle einer Vakuumphase Schutz- oder Reaktionsgase in die Gießkammer und/oder den Formhohlraum zugeleitet. Damit können Reaktionen der Gussmasse mit Gasen vermieden werden, beispielsweise wird die Oxidation an der Oberfläche der Gusmasse stark unterbunden. Auch können Gase eingeleitet werden, die gezielt mit der Gusmasse reagieren und Eigenschaften des Materials verbessern.

In einer vorteilhaften Ausführung findet nach der ersten Vakuumphase keine Belüftung des Raumes innerhalb der Haube statt. Der Unterdruck während einer oder weiteren Vakuumphasen kann bestehen bleiben. Dadurch sind Undichtigkeiten entlang des Kolbens weniger kritisch, mögliche Leckagen führen nicht zu einer dramatischen Verschlechterung des Vakuums.

In einer weiteren Ausführung geschieht das Abdichten der Gießkammer gegen die Atmosphäre nicht durch ein lineares Verschieben der Haube wie in Figur 2. Vielmehr ist die Haube in dieser Ausführung als ein um die Achse der Gießkammer 6 und der Kolbenstange 1 drehbares Teil ausgestaltet. Durch eine Drehung dieser Haube wird die Einfüllöffnung verschlossen. Eine solche Haube erweist sich als vorteilhaft durch ihre kurze Baulänge und kurze Schließzeit.

Figur 3 zeigt eine Ausführung, bei der die Einfüllöffnung 4 der Gießkammer 6 über einen Deckel 53 abgeschlossen werden kann und das Metall 8 über eine bewegliche Gießrinne 51 in der Gießkammer 6 dosiert wird.

Figur 5a zeigt den Prozeß während des Metalldosierens. Nachdem die Gießkammer mit Metall befüllt wurde, wird die Gießrinne 51 vertikal nach oben aus der Einfüllöffhung 4 gehoben, so dass ein Deckel 53 unter der Gießrinne 51 eingedreht

werden kann und dann mit eine kurze vertikale Bewegung auf einen Deckelsitz 52 abgesenkt werden kann. Hierdurch wird die Einfüllöffhung 4 abgedichtet und es kann die Vakuumphase eingeleitet werden. Durch die vertikale Bewegung der Gießrinne 51 und die rotierende Bewegung des Deckels, wird verhindert das die Dichtfläche zwischen Deckel und Deckelsitz mit heißem Metall in Berührung kommt oder verschmutzt wird. Die Dichtung 54 wird deshalb vorzugsweise an der Unterseite des Deckels 53 angebracht. Um eventuell abtropfendes Metall aufzufangen, ist oberhalb des Deckels 53 ein Abtropfblech 55 angebracht. Alternativ zu einer Bewegung der Gießrinne 51 selbst, kann auch ein kurzes bewegliches Fallrohr 58 angebracht werden, welches während des Dosierens nach unten ausgefahren wird und so den Abstand zwischen Auslauf der Gießrinne 51 und Einfullöffnung 4 überbrückt. Hiermit soll verhindert werden, dass Metall seitig austreten oder spritzen kann. Der Raum hinter dem Kolben ist in der in Figur 3 dargestellten Ausführungsform ebenfalls über eine Verbindung 57 mit einer Vakuumzuleitung 12 und dem Vakuumsystem verbunden.

Bei der Ausführung in Figur 4 handelt es sich um eine Lösung, bei der die Gießkammer über einen Dosierpot 61 mit Metall befüllt wird. Über den Dosierpot wird gleichzeitig die Trennung zwischen Außenatmosphäre und Gießkammerraum hergestellt.

Der Dosierpot ist in einem ersten Schritt Figur 4a bereits mit Metall befüllt. Nachdem die Form 21 geschlossen wurde, kann zu einem sehr frühen Zeitpunkt bereits eine Vakuumphase eingeleitet werden (Figur 4b). Dieses geschieht in diesem Beispiel über die Zuleitung 12 zum Vakuumsystem. Wahlweise kann der Dosierpotraum 63 unabhängig hiervon auf einen bestimmten Unterdruck gebracht werden. Durch das Ziehen des Stopfens 62 wird das Metall über die Einfüllöffnung in die Gießkammer 6 dosiert. Eine eventuell bestehende (positive) Druckdifferenz

zwischen Dosierpotraum 63 und Gießkammerraum 5 wird hierbei den Dosiervorgang weiter beschleunigen.

In Figur 4d wird eine Variante des Dosierpots 61 gezeigt mit verschließbarem Deckel 64. Der Deckel kann, nachdem der Stopfen 62 die Durchgangsöfmung zuverlässig abgeschlossen hat, geöffnet werden. Es ist empfehlenswert mit der Öffnung des Deckels zu warten bis auch der Kolben 3 die Einfüllöffhung 4 überfahren hat um die Dichtigkeit des Gießkammerraums 5 nicht über eventuelle Leckagen am Stopfen 62 zu gefährden. Danach kann der Dosierpot 61 zu einem beliebigen Zeitpunkt wieder mit Gussmasse befüllt werden. In Fällen wo zum

Beispiel im Dosierpotraum 63 unter Schutzgas gearbeitet wird, kann am Dosierpot 61 anstelle über einem abschließbaren Deckel 64, ebenfalls über ein abschließbares Rohr oder einen Dosierkolben befüllt werden.

Statt eines Dosierpots könnte in einer weiteren Ausführungsform ebenfalls ein abschießbares Dosierrohr oder einen Dosierkolben benutzt werden.