-
Verfahren zur Herstellung von Gußstücken durch mit Gasdruck betriebene
Spritzgußmaschinen unter Verwendung mehrerer verschieden hoher Treibmitteldrücke
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß es zur Durchführung des Spritzgußverfahrens
erforderlich ist, das Metall mit einer bestimmten Geschwindigkeit in die Form eintreten
zu lassen, diese Geschwindigkeit während des Einströmens möglichst gleichförmig
zu halten und nach Schluß des Einströmens einen hohen Druck auf das flüssige Metall
in der Form einwirken zu lassen. Die erste Bedingung wird dadurch gegeben, daß das
Metall bei zu geringer Einströmgeschwindigkeit bereits während des Einströmens in
schwachwandigen Formteilen erstarrt, bei zu hoher Einströmgeschwindigkeit aber die
Gießvorrichtung, insbesondere die unmittelbar vom Metallstrahl beaufschlagten. Formteile,
durch Korrosion vorzeitig zerstört. Die zweite Bedingung wird dadurch gegeben, daß
nur bei gleichförmiger Einströmgeschwindigkeit des Metalls eine planmäßige Strahlführung
in der Form möglich ist, während bei einer Beschleunigung des Metalls während des
Einströmens der Strahl wirbelt. Die dritte Bedingung, der hohe Druck am Ende des
Gießvorganges, dient dazu, das Metall zu verdichten und durch starkes Hineinpressen
in alle Feinheiten der Form einen genauen Abguß zu erzielen.
-
Die Geschwindigkeit des Metalls während der Einströmens wird durch
die Höhe des während dieser Zeit auf das Gießmetall einwirkenden Druckes, des Gießdruckes,
bestimmt. Für jedes Gußstück hängen die günstigsten Werte der Einströmgeschwindigkeit
und des Nachdruckes von der Eigenart seiner Gestaltung ab, und zwar ist normalerweise
der Gießdruck, der die für das Ausfüllen der Form günstigste Einströmgeschwindigkeit
ergibt, von anderer, und zwar stets geringerer Größe als der wünschenswerte Nachdruck.
Somit _ kann den obengenannten drei Bedingungen nur dann voll entsprochen werden,
wenn die auf das Gießmetall während des Einströmens in die Form und während des
Nachverdichtens einwirkenden Drücke, der Gießdruck und der Nachdruck, verschiedene
Höhe haben und unabhängig voneinander sind.
-
Es sind zwar schon Spritzgußmaschinen mit gasförmigem Treibmittel
vorgeschlagen worden, bei denen während des Gießvorganges nacheinander Drücke von
verschiedener Größe zur Einwirkung kommen. Diesen Vorschlägen lag jedoch nicht die
Einsicht in das oben beschriebene Zusammenwirken der einzelnen Drücke zugrunde,
insbesondere hatte man nicht die Notwendigkeit der daraus ganz eindeutig bestimmten
richtigen Aufeinanderfolge der verschiedenen Drücke erkannt. Man hat beispielsweise
bei Verwendung nur einer einzigen Treibmittelquelle das Druckeinlaßorgan so ausgebildet,
daß es sich nur allmählich öffnet. Dadurch wirkt während des Einströmens oder während
einesTeilesdesselben
nicht der volleDruck auf das Metall. Dies bringt jedoch den Obelstand mit sich,
daß der Gießdruck während des Einströmens allmählich anwächst. Infolgedessen ist
die Eintrittsgeschwindigkeit des Metalls auch nicht gleichförmig, sondern steigt
an, so daß ein unzusammenhängender stark wirbelnder Strahl in die Form gelangt.
Außerdem muß namentlich bei größeren Gußstücken der Lufteintritt stark gedrosselt
werden, damit der Druck in der Druckkammer bis zum Ende der Formauffüllung noch
nicht die volle Höhe erreicht hat. Dann ist aber beim Beginn des Einströmens die
Metallgeschwindigkeit so gering, daß das Metall einfrieren muß. Im anderen Fall,
wenn der Druckanstieg so gewählt wird, daß das Metall schon von Anfang an genügende
Geschwindigkeit hat, ist am Ende der Formausfüllung bei größeren Gußstücken der
Druck in der Druckkammer schon bis zur vollen Höhe des Betriebsdruckes angestiegen,
so daß ein großer Teil der Form doch von einem mit zu hoher Geschwindigkeit einströmenden
Metall ausgefüllt wird.
-
Man hat zwar auch bereits vorgeschlagen, zwei Treibmittel mit verschiedenem
Druck, nämlich einem gleichbleibenden Gasdruck und einem Explosionsdruck, in verschiedener
Aufeinanderfolge und Zusammenwirken bei Spritzgußverfahren zu verwenden. Aber hier
fehlte, abgesehen davon, daß ein Explosionsdruck niemals ein gleichbleibender Druck
ist, die Erkenntnis der richtigen Bemessung und Aufeinanderfolge der einzelnen Treibmittel.
Denn während praktisch sehr oft der mit Rücksicht auf die Einströmvorgänge und die
Beanspruchung der Vorrichtung höchst zulässige Gießdruck weit niedriger gewählt
werden muß als der für die Nachverdichtung wünschenswerte Nachdruck, kann nie der
umgekehrte Fall vorkommen, daß der Gießdruck höher sein müßte (oder auch nur sein
:dürfte) als der erwünschte Nachdruck, da der Gießdruck die Vorrichtung infolge
der Strömungskorrosion stets weit stärker angreift als ein gleich hoher, geschweige
denn ein niedrigerer, nur statisch einwirkender Nachdruck.
-
Die Erfindung besteht demgegenüber darin, auf die Metalloberfläche
in der Druckkammer während der ganzen Dauer des Ausfüllens der Form einen verhältnismäßig
niedrigen gleichbleibenden Druck und sofort nach beendigter Formausfüllung einen
wesentlich höheren, bis zur Erstarrung des Eingusses anhaltenden, gleichbleibenden
Druck einwirken zu lassen.
-
Wie hoch die Eintrittsgeschwindigkeit sein muß, hängt von der Gestalt
des Gußstückes ab. Je schwachwandiger dieses ist und durch je geringere Querschnitte
das Metall in der Form hindurchströmen muß, desto schneller muß es fließen, um nicht
einzufrieren. Anderseits ist aber auch erwünscht, die Eintrittsgeschwindigkeit bei
jedem Gußstück nicht höher zu wählen als unbedingt notwendig, da die Abnutzung der
Gießvorrichtungen, insbesondere des Steigkanals, des Mundstücks und der Form um
so stärker ist, je rascher das Metall strömt.
-
Ein stationäres gleichmäßiges Einströmen des Metalls wird dadurch
erreicht, daß während der ganzen Dauer der Einströmung ein gleichmäßiger Druck auf
die Druckkammer einwirkt. Dieser Druck steht (nach Ende der sehr kurzen Anlaufzeit)
zu der stationären Einströmung in der bekannten leicht zu berechnenden Beziehung
wobei w die stationäre Strömungsgeschwindigkeit, p der Druck, g die Erdbeschleunigung
und y das spezifische Gewicht des Metalls sind.
-
Der Druck, der der wünschenswerten Einströmungsgeschwindigkeit entspricht,
ist namentlich bei großen Stücken wesentlich niedriger als derjenige, der als Nachdruck
erforderlich und wünschenswert ist. Da sich bei Benutzung nur einer Druckmittelquelle
ein Druckanstieg in zweckmäßiger Weise nicht erreichen läßt, werden zu dessen Erzielung
in an sich bekannter Weise zwei voneinander getrennte Treibmittelquellen verwendet,
die über Steuerungsorgane mit der Druckkammer .in Verbindung gebracht werden. Diese
sind so ausgebildet, daß bei ihrer Betätigung zunächst der Niederdruck sofort in
voller Höhe auf die Druckkammer einwirkt und dem Metall die stationäre Ausströmungsgeschwindigkeit
erteilt. Sodann wird nach Beendigung des Füllens der Form die Niederdruckquelle
abgesperrt und die Druckkammer mit der Hochdruckquelle verbunden, so daß nunmehr
der Hochdruck als Nachdruck schlagartig auf das Gußmetall einwirkt.
-
Zur Vereinfachung der Vorrichtung kann das Niederdruckmittel dadurch
gewonnen werden, daß beim Entspannen der Druckkammer nach beendigtem Gießvorgang
zunächst das Treibmittel aus der Druckkammer in einen Niederdruckbehälter einströmt
und die Druckkammer erst, nachdem sie bis auf den Niederdruck entspannt ist, zur
weiteren Entspannung mit der Außenluft verbunden wird. Der Druck im Niederdruckbehälter
kann durch Sicherheitsventile oder ähnliche Vorrichtungen gleichmäßig auf einer
bestimmten Höhe gehalten werden.