DE19544716A1

DE19544716A1 - Method for temperature control in die-casting machine with a filling chamber

Info

Publication number: DE19544716A1
Application number: DE1995144716
Authority: DE
Inventors: Gerhard Dr Ing Betz
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1995-11-30
Filing date: 1995-11-30
Publication date: 1997-06-05

Abstract

The method concerns temperature control for a die-casting machine with a cylindrical filling chamber (1) for the melt (4). The heat flows in the filling chamber wall (2) are controlled by mean of one or more heat conduction elements (3) which join the inner and outer wall regions in such a way that the heat introduced by the melt is substantially taken up, stored, and subsequently (before the entry of the next melt volume) uniformly distributed over the entire wall (2). The distance between the inner surface (5) of the filling chamber and the elements (3) is designed to be inversely proportional to the expected local heat transfer rate. Also claimed is a corresponding die-casting machine with a filling chamber.

Description

Die Erfindung betrifft ein Temperierverfahren für eine Druckgießmaschine mit Füllkammer nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und eine Druckgießmaschine mit Füllkammer nach dem Oberbegriff des Anspruchs 12.The invention relates to a temperature control method for a die casting machine Filling chamber according to the preamble of claim 1 and a die casting machine Filling chamber according to the preamble of claim 12.

Das Gießsystem einer Druckgießmaschine zum Gießen von Aluminium, Zink, Magnesium, deren Legierungen und anderen Metallen besteht aus einer horizontal liegenden oder vertikal stehenden, zylindrischen Füllkammer, die im Falle der weitverbreiteten Kaltkammermaschine als unbeheizte Kaltkammer betrieben wird. Die hier weiter beschriebene horizontale Füllkammer wird über eine im formabgewandten Bereich befindliche, üblicherweise oben liegende Einfüllöffnung mit einer möglichst genau positionierten Metallschmelze befüllt. Das Befüllen, auch Dosieren genannt, erfolgt meist über eine Gießrinne oder auch durch einen Gießlöffel. Die Füllkammer wird von hinten durch den Druckkolben verschlossen. Bereits während des Einfüllens der Schmelze erwärmt sich die mit der Schmelze in Berührung stehende Innenfläche der Füllkammer sehr rasch, wobei diese Erwärmung örtlich sehr unterschiedlich ausfällt. So tritt beispielsweise direkt unter der Einfüllöffnung die stärkste Erwärmung auf, bei der die Oberfläche des Stahles deutlich über die bei etwa 550-600°C liegende Schädigungsgrenze erwärmt wird. Nach dem Befüllungsvorgang mit einem meist bei 50 bis 60% liegenden Füllgrad wird der Kolben in Bewegung gesetzt und das flüssige Metall zunächst langsam in Richtung Gießform durch den Gießkanal geschoben (Gießphase I), um es kurz vor Eintritt des Metalls in die Form mit hoher Geschwindigkeit in dieselbe einzuschießen. (Gießphase II). Normalerweise wird abschließend über den Druckkolben der Druck auf das noch flüssige Metall erhöht (Gießphase III), um das Erstarrungsdefizit auszugleichen und Gashohlräume zusammenzupressen. Der Füllgrad der Kammer wird so gewählt, daß noch in der langsamen Gießphase I die Einfüllöffnung mit Sicherheit verschlossen wird, ohne daß bereits Schmelze in den Formhohlraum gelangt.The casting system of a die casting machine for casting aluminum, zinc, Magnesium, its alloys and other metals consists of a horizontal lying or vertical, cylindrical filling chamber, which in the case of widespread cold chamber machine is operated as an unheated cold chamber. The horizontal filling chamber further described here is via a shape-facing Filling opening, usually located at the top, with a possible exactly positioned molten metal. Filling, also called dosing, is usually done using a pouring spout or a spoon. The filling chamber will closed from behind by the pressure piston. Already while filling the The inner surface of the melt which is in contact with the melt heats up Filling chamber very quickly, whereby this heating is very different locally. So For example, the strongest warming occurs directly under the fill opening the surface of the steel is clearly above that at around 550-600 ° C Damage limit is heated. After the filling process with a mostly at 50 up to 60% filling level, the piston is set in motion and the liquid metal first pushed slowly towards the mold through the pouring channel (pouring phase I), to it just before the metal entered the mold at high speed into it to shoot. (Casting phase II). Usually, the pressure piston ends the pressure on the still molten metal increased (casting phase III) to the solidification deficit balance and compress gas cavities. The degree of filling of the chamber will chosen so that the filling opening with certainty still in the slow pouring phase I. is closed without melt already getting into the mold cavity.

Das Gießsystem ist beispielsweise in Ernst Brunhuber, "Praxis der Druckgußfertigung", Verlag Schiele und Schön, Berlin 1991 und in "The Diecasting Book" von Althur C. Street, Portcullis Press Ltd, Reedhill, England 1986, beschrieben.The casting system is described, for example, in Ernst Brunhuber, "Practice of Die Casting Manufacturing", Verlag Schiele and Schön, Berlin 1991 and in "The Diecasting Book" by Althur C. Street, Portcullis Press Ltd, Reedhill, England 1986.

Die aus Warmarbeitsstahl bestehende Füllkammer, auch Kaltkammer genannt, wird in ihrer Temperatur nicht geregelt.The filling chamber made of hot-work steel, also called cold chamber, is in their temperature is not regulated.

Das bekannte Gießsystem hat eine Reihe von thermischen Nachteilen, die zu einem schwer kontrollierbaren Prozeß insbesondere im Hinblick auf die Temperatur und die Eingießgeschwindigkeit der Schmelze in die Form (Schuß) führen. So zeigen Temperaturmessungen in Füllkammern, daß die Schmelze in der Kaltkammer einen großen Temperatursturz erfährt, der je nach Verweildauer der Schmelze in der Füllkammer sowie Wanddicke und örtlichen Ausgangstemperaturen der Kammer sehr unterschiedlich ausfallen kann. Dieser Temperatursturz liegt bei einer für Aluminiumiegierungen üblicherweise praktizierten Einfülltemperatur von 700 bis 750°C zwischen 50 und 120°C. Stellt der Gießer fest, daß sein Gußteil Kaltlaufstellen besitzt, so erhöht er die Eingießtemperatur der Schmelze in die Füllkammer und vielleicht noch die Bewegungsgeschwindigkeit des Gießkolbens so lange, bis kein Kaltlauf mehr eintritt. Die Erhöhung der Schmelzetemperatur ist andererseits aber wegen der dadurch erheblich erhöhten Metallverluste (Oxidation) sowie des zusätzlichen Energiebedarfs sehr kostspielig und wegen der damit einhergehenden deutlich erhöhten Wasserstoffaufnahme der Schmelze qualitätsbeeinträchtigend. Mit der Erhöhung der Schmelzetemperatur wird auch der beim Eindosieren an der Stahlinnenwand der Füllkammer eintretende Thermoschock erheblich verstärkt, was die Lebensdauer der Füllkammer drastisch verkürzt. Das sich aus dieser Schmelzeüberhitzung zwangsläufig ergebende heißere Gießen erhöht außerdem in der Gießform den auf die Formoberfläche einwirkenden Thermoschock und vermindert somit auch die Lebensdauer der teuren Dauerform.The known casting system has a number of thermal disadvantages that lead to one difficult to control process, especially with regard to temperature and Lead the pouring speed of the melt into the mold (shot). So show Temperature measurements in filling chambers that the melt in the cold chamber experiences a large drop in temperature, which, depending on the length of time the melt remains in the Filling chamber as well as wall thickness and local initial temperatures of the chamber very much can be different. This drop in temperature is one for Aluminum alloys usually have a filling temperature of 700 to 750 ° C between 50 and 120 ° C. If the caster determines that his casting has cold running points, so it increases the pouring temperature of the melt into the filling chamber and maybe even more the speed of movement of the casting plunger until cold running no longer occurs. On the other hand, the increase in the melt temperature is considerable because of this increased metal losses (oxidation) as well as the additional energy requirement expensive and because of the associated significantly increased hydrogen absorption the melt affects the quality. As the melt temperature increases also that which occurs when metering on the steel inner wall of the filling chamber Thermal shock significantly amplified, drastically increasing the life of the filling chamber shortened. The hotter that necessarily results from this melt overheating Pouring in the mold also increases that acting on the mold surface Thermal shock and thus also reduces the lifespan of the expensive permanent mold.

Bei der heute verwendeten Kaltkammer entsteht im Auftreffbereich des Gießstrahls am Boden der Kammer ein "hot-spot" und eine Strömungserosion, was rasch zu Heißrissen, Ausbröckelungen und Auswaschungen des Warmarbeitsstahles an dieser Stelle führt. Die Folge ist, daß sich erstarrende Schmelze unterschiebt, der Kolben nicht mehr ausreichend abdichtet und die Kolbenbewegung bis hin zum Kolbenklemmer beeinträchtigt wird. In der Praxis versucht häufig der Gießer, das Eintreten dieser Schädigung durch Einfüllen von Schmieröl in die Füllkammer zu verzögern, was aber durch die beim Kontakt mit dem flüssigen Metall eintretenden, heftigen Verbrennungsreaktionen zu so großen Qualitätsbeeinträchtigungen des Gießmetalles führt, daß diese Methode für Qualitätsguß ausscheidet.In the cold chamber used today, the impact area of the pouring jet is formed on Bottom of the chamber a "hot spot" and flow erosion, which quickly leads to hot cracks, Crumbling and washing out of the hot-work steel leads at this point. The The consequence is that solidifying melt is pushed under, the piston is no longer sufficient seals and the piston movement up to the piston clamp is impaired. In In practice the foundry often tries to fill in this damage of lubricating oil in the filling chamber, which is caused by the contact with violent combustion reactions entering the liquid metal into such great Impairment of quality of the casting metal leads to this method for quality casting is eliminated.

Ein weiterer gravierender Nachteil ergibt sich daraus, daß eine verschlissene Füllkammer wiederholt dadurch instandgesetzt wird, daß sie innen ausgedreht wird. Dadurch verringert sich zwangsläufig mehr und mehr ihre Wanddicke mit der Folge, daß sie im stationären Betrieb immer kälter fährt.Another serious disadvantage arises from the fact that a worn filling chamber Repeatedly repaired by turning it inside. Thereby inevitably decreases their wall thickness with the result that they in the stationary operation keeps getting colder.

Die Kaltkammer führt zu dem weiteren Nachteil, daß an der zu Beginn des Eindosierens relativ kalten Formwand Vorerstarrungen und Ausscheidungen von Primärphasen eintreten, die beispielsweise beim Vergießen übereutektischer Aluminiumlegierungen zu großen Qualitäts- und Fertigungsproblemen führen können. So scheiden sich aus einer Legierung vom Typ G-AlSi17 Siliziumphasen aus, die agglomerieren, sich als grobe Siliziumansammlungen im Gußstück wiederfinden und damit dessen Eigenschaften beeinträchtigen. Außerdem wirken die in der Schmelze schwimmenden Siliziumausscheidungen beim Einschuß der Schmelze in die Form wie eine Raspel und zerstören in kürzester Zeit die Formoberfläche durch mechanischen Abrieb.The cold chamber leads to the further disadvantage that at the beginning of the metering relatively cold mold wall pre-solidification and excretion of primary phases occur, for example when casting hypereutectic aluminum alloys major quality and manufacturing problems. So separate from one Alloy type G-AlSi17 silicon phases that agglomerate themselves as coarse Find silicon accumulations in the casting and thus its properties affect. In addition, those floating in the melt act Silicon deposits when the melt shot into the mold like a rasp and destroy the mold surface in a very short time due to mechanical abrasion.

Ein weiterer Schwachpunkt der Kaltkammer besteht in dem durch die asymmetrische Erwärmung des unteren Teils der Kammer und den hot-spot-Bereich zwangsläufig bedingten Verzug der Kammer, was einen relativ großen Spalt zwischen Kammer und Kolben zur Folge hat. Damit dieser Spalt nicht zu einem Kolbenklemmer führt, muß der Kolben während des gesamten Eindosier- und Gießvorganges stark gekühlt werden, damit sich zur Abdichtung eine feste Schale erstarrter Schmelze über den Spalt legt. Diese Kühlung führt aber zu einer erheblichen Schmelzeabkühlung über die gesamte Kolbenstirnfläche.Another weak point of the cold chamber is that of the asymmetrical Warming of the lower part of the chamber and the hot-spot area inevitably conditional warping of the chamber, resulting in a relatively large gap between the chamber and Piston. So that this gap does not lead to a piston jam, the Pistons are strongly cooled during the entire metering and pouring process, so that a solid shell of solidified melt lies over the gap for sealing. However, this cooling leads to a significant melt cooling over the entire Piston face.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Temperierverfahren bzw. eine Druckgießmaschine mit Füllkammer zu schaffen, bei dem bzw. der die Schmelze während des Einfüllens, Vorschiebens und Einschießens in ihrer Temperatur besser kontrolliert und in ihrer Qualität verbessert und gleichzeitig der Thermoschockverschleiß sowie die Störanfälligkeit der Füllkammer verringert werden können.The invention is based on the object of a tempering process or Die casting machine with filling chamber to create the melt better in temperature during filling, pushing and shooting controlled and improved in quality and at the same time thermal shock wear and the susceptibility to failure of the filling chamber can be reduced.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Temperierverfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 bzw. eine Druckgießmaschine mit Füllkammer mit den Merkmalen des Anspruchs 12 gelöst.According to the invention, this object is achieved by a temperature control process with the features of claim 1 and a die casting machine with a filling chamber with the features of Claim 12 solved.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird eine Füllkammer 1 mit einem im Inneren des Füllkammermantels 2 angeordneten Wärmeleitkörper 3 verwendet, wobei der Abstand "d" des Wärmeleitkörpers 3 zur inneren Oberfläche 5 der Füllkammer umgekehrt proportional dem zu erwartenden Eintrittswärmestrom von der Schmelze 4 zur inneren Oberfläche 5 ist und die absolute Dicke "d" der verbleibenden Stahlschicht 8 so bemessen ist, daß der Temperaturanstieg der Stahlschicht 8 einen vorgegebenen Höchstwert nicht überschreitet. Die Füllkammer 1 befindet sich vor dem ersten Eindosieren der Schmelze 4 auf dem gewünschten Temperaturniveau T1, z. B. nach Aufheizung mittels einer am äußeren Umfang angeordneten elektrischen Heizmanschette 10.In the method according to the invention, a filling chamber 1 with a heat-conducting body 3 arranged in the interior of the filling-chamber jacket 2 is used, the distance "d" of the heat-conducting body 3 from the inner surface 5 of the filling chamber being inversely proportional to the expected heat flow from the melt 4 to the inner surface 5 and the absolute thickness "d" of the remaining steel layer 8 is dimensioned such that the temperature rise of the steel layer 8 does not exceed a predetermined maximum value. The loading chamber 1 in front of the first metering of the melt 4 at the desired temperature level T1, z. B. after heating by means of an electrical heating sleeve 10 arranged on the outer circumference.

Während des Einfüllens der Schmelze 4 durch die Einfüllöffnung 7 erwärmt sich zunächst der Boden 6 direkt unter der Einfüllöffnung 7 und danach eine immer größere Fläche des Bodenbereiches und mit ansteigendem Schmelzespiegel auch der seitliche Wandbereich bis zu der dem Füllgrad entsprechenden Höhe. Während dieser Einfüllperiode ist im unmittelbar unter der Einfüllöffnung befindlichen Bodenbereich 6 durch das ständige Nachströmen heißer Schmelze 4 ein deutlich höherer Wärmestrom zur Kammerwand zu verzeichnen als in den weiter entfernten Bereichen. Die in diesem Flächenbereich erfindungsgemäß dünner gehaltene Stahlschicht "d" transportiert die Wärme durch den infolge der dünneren Schicht steileren Temperaturgradienten rascher zum Wärmeleitkörper 3 als in den dicker gehaltenen Nachbarbereichen.During the filling of the melt 4 through the filling opening 7 , the floor 6 first heats up directly below the filling opening 7 and then an ever larger area of the floor area and, with increasing melt level, also the lateral wall area up to the height corresponding to the degree of filling. During this filling period, in the bottom area 6 located directly below the filling opening, the constant flow of hot melt 4 results in a significantly higher heat flow to the chamber wall than in the more distant areas. The steel layer "d", which is kept thinner in this surface area according to the invention, transports the heat more quickly to the heat-conducting body 3 than in the thicker neighboring areas due to the steeper temperature gradient due to the thinner layer.

Der Wärmeleitkörper 3 besitzt die mindestens fünffache Wärmeleitfähigkeit des Füllkammermaterials 8, so daß bei Aufnahme und Ableitung des Wärmestromes innerhalb des Wärmeleitkörpers 3 nur ein geringer Temperaturgradient entsteht. Dieser Umstand führt zusammen mit der bewußt großvolumigen Auslegung des Wärmeleitkörpers 3 dazu, daß der untere Bezugspunkt des Temperaturgefälles der Stahlschicht (Berührungspunkt mit dem Wärmeleitkörper) fast nur um den Betrag ansteigt, um den sich der ganze Wärmeleitkörper 3 erwärmt. Somit dient erfindungsgemäß der Wärmeleitkörper 3 nicht nur als rascher Wärmeleiter, sondern gleichzeitig auch als großer, zeitweiliger Wärmespeicher.The heat-conducting body 3 has at least five times the thermal conductivity of the filling chamber material 8 , so that only a small temperature gradient occurs when the heat flow is received and dissipated within the heat-conducting body 3 . This fact, together with the deliberately large-volume design of the heat-conducting body 3 , means that the lower reference point of the temperature gradient of the steel layer (point of contact with the heat-conducting body) increases almost only by the amount by which the entire heat-conducting body 3 heats up. Thus, according to the invention, the heat-conducting body 3 serves not only as a rapid heat conductor, but also as a large, temporary heat store at the same time.

Diese Eigenschaft, auch einen kurzzeitig hohen Wärmestrom ohne die Folge eines merklichen Anstiegs des Temperaturniveaus an der Grenzschicht zur inneren Stahlschicht aufzunehmen, ermöglicht nun, daß die Füllkammer in einem auf hoher Temperatur befindlichen Zustand befüllt werden und gleichzeitig der Temperaturanstieg der Innenwand während des Befüllens und Gießens gering gehalten werden kann. Außerdem ermöglicht sie, die Eindosiertemperatur der Schmelze einerseits und die Gießtemperatur andererseits gegenüber dem bisherigen Zustand abzusenken.This property, even a briefly high heat flow without the consequence of a noticeable increase in the temperature level at the boundary layer with the inner steel layer record now allows the filling chamber to be at a high temperature current state are filled and at the same time the temperature rise of Inner wall can be kept low during filling and pouring. Furthermore it enables the metering temperature of the melt on the one hand and the casting temperature on the other hand, lower than the previous state.

Durch den über die dünne Stahlschicht und den großvolumigen Wärmeleitkörper gewährleisteten Wärmestrom wird die Füllkammerinnentemperatur in ihrem Anstieg so gering gehalten, daß die Temperaturschädigungsgrenze des Stahles nicht überschritten wird und andererseits die Schmelzeabkühlung möglichst gering bleibt. Auch nach Beendigung des gemessen am gesamten Arbeitszyklus kürzen Eindosier- und Gießvorganges transportiert der Wärmeleitkörper in seinem Innern die Wärme weiter über den gesamten Umfang der Füllkammer, über die Länge und an die äußere Stahlschicht der Füllkammer.Thanks to the thin steel layer and the large-volume heat-conducting body guaranteed heat flow will increase the inside temperature of the filling chamber kept low so that the temperature damage limit of the steel does not exceed and on the other hand the melt cooling remains as low as possible. Even after Completion of the metering and shortening of the entire work cycle The casting process transports the heat inside the heat over the entire circumference of the filling chamber, over the length and to the outer Steel layer of the filling chamber.

Die Dicke der äußeren Stahlschicht 9 ist so bemessen, daß bei der gewünschten mittleren Temperatur der Füllkammerwand die Durchleitung der Wärme durch die äußere Stahlschicht 9 und die Abgabe an die Umgebung durch natürliche Konvektion und Strahlung etwa der Wärmemenge entspricht, die im Innern von der Schmelze aufgenommen wurde. Zu berücksichtigen ist, daß sich die Wärmeabgabe über den gesamten Arbeitszyklus erstreckt, während die Wärmeaufnahme nur kurzzeitig erfolgt.The thickness of the outer steel layer 9 is such that, at the desired mean temperature of the filling chamber wall, the passage of heat through the outer steel layer 9 and the release to the environment by natural convection and radiation corresponds approximately to the amount of heat absorbed by the melt inside has been. It should be taken into account that the heat emission extends over the entire working cycle, while the heat absorption takes place only for a short time.

Durch den Wärmeleitkörper 3 hat sich vor dem nächsten Eindosieren die Temperatur über den Umfang und die Länge der Füllkammer ausgeglichen und befindet sich auf dem gewünschten Niveau. Nun läuft der wärmetechnische Vorgang bei jedem folgenden Arbeitszyklus aufs neue ab.Due to the heat-conducting body 3 , the temperature over the circumference and the length of the filling chamber has equalized before the next metering in and is at the desired level. The thermal process now runs anew in each subsequent work cycle.

Bei einer vorteilhaften Weiterbildung des Verfahrens wird die äußere Oberfläche der Füllkammer bei Bedarf mittels einer Temperiereinrichtung 10, z. B. einer elektrischen Beheizung, in ihrer Temperatur geregelt. Dadurch läßt sich bei Bedarf ein veränderter Füllgrad der Füllkammer, eine veränderter Zeitablauf und eine veränderte Gießtemperatur praktizieren, ohne daß sogleich die Schmelzetemperatur erhöht werden muß.In an advantageous development of the method, the outer surface of the filling chamber is, if necessary, by means of a temperature control device 10 , for. B. an electric heater, regulated in its temperature. As a result, a changed degree of filling of the filling chamber, a changed timing and a changed casting temperature can be practiced without the melt temperature having to be increased immediately.

Bei der Druckgießmaschine mit Füllkammer besteht die zylindrische, horizontale Füllkammer 1 auf ihrer gesamten Länge oder auf einer Teillänge über ihren ganzen Umfang oder einen Teilumfang aus einem inneren Mantel 8, vorzugsweise aus einem Warmarbeitsstahl, einem direkt mit diesem metallisch fest verbundenen Wärmeleitkörper 3, vorzugsweise aus einem gut wärmeleitenden Kupferwerkstoff, und einem metallisch fest mit dem Wärmeleitkörper und an den Enden oder anderen Stellen mit dem inneren Mantel verbundenen äußeren Mantel 9, vorzugsweise ebenfalls aus einem Warmarbeitsstahl oder auch einem anderen Stahl, wobei der in die Füllkammerwand eingebettete Wärmeleitkörper 3 sich stellenweise oder flächenweise in seiner Dicke und Form unterscheiden kann.In the die-casting machine with a filling chamber, the cylindrical, horizontal filling chamber 1 consists of an inner jacket 8 , preferably of a hot-work steel, a heat conducting body 3 , which is directly connected to this metal, preferably over its entire length or over a partial length over its entire circumference or a partial circumference a highly thermally conductive copper material, and a metallic fixed to the heat-conducting body and at the ends or other points with the inner cladding outer shell 9, also preferably made of a hot work tool steel or a different steel, wherein the embedded into the filling chamber wall thermal conductors 3 places itself or can differ in terms of thickness and shape.

Die Dicke des inneren Mantels "d", d. h. der Abstand der inneren Zylinderfläche 5 zum Wärmeleitkörper, ist so dimensioniert, daß sie umgekehrt proportional dem zu erwartenden Eintrittswärmestrom, d. h. dem von der eingefüllten Schmelze 4 in die innere Oberfläche der Füllkammer 5 eintretenden Wärmestrom ist. Vorteilhafterweise kann diese Dicke zwischen 0,1 und 30 mm liegen. The thickness of the inner shell "d", ie the distance between the inner cylinder surface 5 and the heat-conducting body, is dimensioned such that it is inversely proportional to the expected heat flow, ie the heat flow entering the inner surface of the filling chamber 5 from the melt 4 . This thickness can advantageously be between 0.1 and 30 mm.

Diese Ausstattung der Füllkammer 1 mit einem Wärmeleitkörper 3 kann auf den der Einfüllöffnung 7 gegenüberliegenden Füllkammerbereich 6, den hot spot-Bereich, begrenzt sein oder sich auf einen bezüglich Länge und Umfang größeren Bereich bis hin zur gesamten Füllkammerlänge erstrecken.This equipment of the filling chamber 1 with a heat-conducting body 3 can be limited to the filling chamber area 6 opposite the filling opening 7 , the hot spot area, or can extend over a length and circumference larger area up to the entire filling chamber length.

Der Wärmeleitkörper 3 besitzt im Verhältnis zum Füllkammermaterial 8 mindestens die fünffache Wärmeleitfähigkeit, so daß bei Aufnahme und Ableitung des Wärmestromes innerhalb des Wärmeleitkörpers nur ein geringer Temperaturgradient entsteht. Dieser Umstand führt zusammen mit der bewußt großvolumigen Auslegung des Wärmeleitkörpers 3 dazu, daß der untere Bezugspunkt des Temperaturgefälles der Stahlschicht 8 (Berührungspunkt mit dem Wärmeleitkörper) fast nur um den Betrag ansteigt, um den sich der ganze Wärmeleitkörper 3 erwärmt. Somit dient erfindungsgemäß der Wärmeleitkörper 3 als rascher Wärmeleiter und gleichzeitig als großer, zeitweiliger Wärmespeicher.The heat-conducting body 3 has at least five times the thermal conductivity in relation to the filling chamber material 8 , so that only a small temperature gradient arises when the heat flow is received and dissipated within the heat-conducting body. This fact, together with the deliberately large-volume design of the heat-conducting body 3 , means that the lower reference point of the temperature gradient of the steel layer 8 (point of contact with the heat-conducting body) increases almost only by the amount by which the entire heat-conducting body 3 heats up. Thus, according to the invention, the heat-conducting body 3 serves as a rapid heat conductor and at the same time as a large, temporary heat store.

Diese Eigenschaft, auch einen kurzzeitig hohen Wärmestrom ohne die Folge eines merklichen Anstiegs des Temperaturniveaus an der Grenzschicht zur inneren Stahlschicht aufzunehmen, ermöglicht nun, daß die Füllkammer in einem auf höherer Temperatur befindlichen Zustand befüllt werden und gleichzeitig der Temperaturanstieg der Innenwand während des Befüllens und Gießens gering gehalten werden kann. Außerdem ermöglicht sie, die Eindosiertemperatur der Schmelze einerseits und die Gießtemperatur andererseits gegenüber dem bisherigen Zustand abzusenken.This property, even a briefly high heat flow without the consequence of a noticeable increase in the temperature level at the boundary layer with the inner steel layer record now allows the filling chamber to be at a higher temperature current state are filled and at the same time the temperature rise of Inner wall can be kept low during filling and pouring. Furthermore it enables the metering temperature of the melt on the one hand and the casting temperature on the other hand, lower than the previous state.

Durch den über die dünne Stahlschicht 8 und den großvolumigen Wärmeleitkörper 3 gewährleisteten Wärmestrom wird die Füllkammerinnentemperatur in ihrem Anstieg so gering gehalten, daß die Temperaturschädigungsgrenze des Stahles nicht überschritten und andererseits die Schmelzeabkühlung möglichst gering gehalten wird. Auch nach Beendigung des gemessen am gesamten Arbeitszyklus kürzen Eindosier- und Gießvorganges transportiert der Wärmeleitkörper 3 in seinem Innern die Wärme weiter über den gesamten Umfang der Füllkammer 1, über die Länge und an die äußere Stahlschicht der Füllkammer.Due to the heat flow guaranteed by the thin steel layer 8 and the large-volume heat-conducting body 3 , the rise in the inside temperature of the filling chamber is kept so low that the temperature damage limit of the steel is not exceeded and on the other hand the melt cooling is kept as low as possible. Even after the metering and pouring process, which is shorter than the entire working cycle, has ended, the heat-conducting body 3 in its interior transports the heat further over the entire circumference of the filling chamber 1 , over the length and to the outer steel layer of the filling chamber.

Die Dicke der äußeren Stahlschicht 9 ist so bemessen, daß bei der gewünschten mittleren Temperatur der Füllkammerwand die Durchleitung der Wärme durch die äußere Stahlschicht und die Abgabe an die Umgebung durch natürliche Konvektion und Strahlung etwa der Wärmemenge entspricht, die im Innern von der Schmelze 4 aufgenommen wurde. Zu berücksichtigen ist, daß sich die Wärmeabgabe über den gesamten Arbeitszyklus erstreckt, während die Wärmeaufnahme nur kurzzeitig erfolgt.The thickness of the outer steel layer 9 is such that, at the desired mean temperature of the filling chamber wall, the passage of heat through the outer steel layer and the release to the environment by natural convection and radiation corresponds approximately to the amount of heat absorbed by the melt 4 inside has been. It should be taken into account that the heat emission extends over the entire working cycle, while the heat absorption takes place only for a short time.

Durch den Wärmeleitkörper 3 hat sich vor dem nächsten Eindosieren die Temperatur über den Umfang und die Länge der Füllkammer ausgeglichen und befindet sich auf dem gewünschten Niveau T1. Nun läuft der wärmetechnische Vorgang bei jedem folgenden Arbeitszyklus aufs neue ab.Due to the heat-conducting body 3 , the temperature over the circumference and the length of the filling chamber has equalized before the next metering in and is at the desired level T1. The thermal process now runs anew in each subsequent work cycle.

Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird die äußere Oberfläche der Füllkammer in ihrer Temperatur bei Bedarf mittels einer Temperiereinrichtung 10, z. B. einer elektrischen Beheizung geregelt. Dadurch läßt sich bei Bedarf ein veränderter Füllgrad der Füllkammer, eine veränderter Zeitablauf und eine veränderte Gießtemperatur praktizieren, ohne daß sogleich die Schmelzetemperatur erhöht werden muß.In an advantageous development of the invention, the temperature of the outer surface of the filling chamber is increased by means of a temperature control device 10 , e.g. B. regulated an electric heating. As a result, a changed degree of filling of the filling chamber, a changed timing and a changed casting temperature can be practiced without the melt temperature having to be increased immediately.

Eine Variante der Erfindung kann darin bestehen, daß zwei oder noch mehr Wärmeleitkörper verwendet werden, die vorteilhafterweise für den Fall, daß sie aneinander angrenzen, durch eine thermische Sperre entkoppelt sein können. So könnte der der Einfüllöffnung gegenüberliegende Bereich im Innern der Füllkammerwand einen separaten Wärmeleitkörper aufweisen, der beispielsweise zusätzlich einen inneren Temperierkanal zur Flüssigkeitstemperierung (Kühlung oder Beheizung) enthält.A variant of the invention can consist of two or more Thermally conductive bodies are used, which is advantageous in the event that they adjoin each other, can be decoupled by a thermal barrier. So could the area opposite the filling opening inside the filling chamber wall have separate heat-conducting body, for example, an additional inner Temperature control channel for liquid temperature control (cooling or heating) contains.

Die sichere Funktion des erfindungsgemäßen inneren Wärmeleitkörpers 3 erfordert einen ungehinderten Wärmeübergang an den jeweiligen Berührungsflächen von Füllkammermaterial - insbesondere des inneren Mantels 8 - und Wärmeleitkörper. Die hierfür unabdingbare feste und dauerhafte Verbindung der Materialien wird durch einen Hochtemperatur-Hochdruck-Diffusionsvorgang erzeugt.The safe functioning of the inner heat-conducting body 3 according to the invention requires unimpeded heat transfer at the respective contact surfaces of the filling chamber material - in particular the inner jacket 8 - and heat-conducting body. The indispensable solid and permanent connection of the materials is created by a high-temperature, high-pressure diffusion process.

Vorteilhafterweise kann beispielsweise im Wärmeleitkörper in der Nähe des inneren Mantels ein Mantelthermoelement vorgesehen werden, bei welchem der Mantel metallisch fest durch eine Hochtemperatur-Hochdruck-Diffusion mit dem umgebenden Material verbunden wurde.Advantageously, for example, in the heat sink near the inner Sheath a sheath thermocouple can be provided, in which the sheath metallic solid through a high temperature high pressure diffusion with the surrounding Material was connected.

Die vorliegende Erfindung erbringt den Vorteil, daß sie die Anwendung einer auf einem höheren Temperaturniveau befindlichen "Thermo-Kammer" mit exakt einstellbaren sowie reproduzierbaren thermischen Verhältnissen ermöglicht und dadurch sowohl ein kälteres Befüllen als auch ein kälteres Gießen möglich wird. Durch die Begrenzung der Innenflächentemperatur der Füllkammer wird deren Lebensdauer erheblich verlängert und ein weitgehend störungsfreies Gießen ermöglicht, was für die Produktivität der Fertigung und die Qualität der Gußteile entscheidende Verbesserungen erbringt. Das über den Umfang und die Länge gleichförmige Temperaturfeld (isotherme Verhältnisse) erbringt den Vorteil einer verzugsfreien Füllkammer. Dadurch kann der Spalt zwischen Druckkolben 11 und Füllkammerwand 2 gering gehalten werden, was eine exakte und reibungsarme Kolbenbewegung und damit in einem entscheidenden Punkt reproduzierbare Gießbedingungen ermöglicht. Dadurch kann auch der Kolbenverschleiß gering gehalten und die Kolbenkühlung im Gießtakt während der Eindosierperiode zurückgenommen werden.The present invention has the advantage that it enables the use of a "thermal chamber" located at a higher temperature level with precisely adjustable and reproducible thermal conditions, thereby making both colder filling and colder pouring possible. By limiting the inner surface temperature of the filling chamber, its service life is considerably extended and largely trouble-free casting is made possible, which brings about decisive improvements in the productivity of the production and the quality of the castings. The temperature field (isothermal conditions), which is uniform over the circumference and the length, provides the advantage of a distortion-free filling chamber. As a result, the gap between the pressure piston 11 and the filling chamber wall 2 can be kept small, which enables an exact and low-friction piston movement and thus reproducible casting conditions at a crucial point. This also keeps piston wear to a minimum and reduces piston cooling in the pouring cycle during the metering period.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.Advantageous developments of the invention are in the subclaims featured.

Im folgenden wird die Erfindung anhand von in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen erläutert.The invention is illustrated below with reference to the drawings Exemplary embodiments explained.

Fig. 1a zeigt einen Längsschnitt durch die erfindungsgemäße Füllkammer 1 mit einem in die Füllkammerwand zwischen einem inneren Mantel 8 und äußeren Mantel 9 eingebetteten Wärmeleitkörper 3. Die Dicke "d" des inneren Mantels, die vorteilhafterweise zwischen 0,1 und 30 mm liegen kann, ist in dem der Einfüllöffnung 7 gegenüberliegenden Füllkammerbereich 6 deutlich verringert. Der Querschnitt in Fig. 1b zeigt, daß der Wärmeleitkörper 3 sich in diesem Beispiel über den gesamten Umfang als geschlossener Ringkörper erstreckt. Es ist zu erkennen, daß sich die Verjüngung des inneren Mantels nur bis zum Winkel α, der den Einflußbereich des hot-spots markiert, erstreckt. Fig. 1a shows a longitudinal section through the filling chamber 1 with an embedded into the filling chamber between an inner wall 8 and outer jacket 9 thermal conductors. 3 The thickness "d" of the inner jacket, which can advantageously be between 0.1 and 30 mm, is significantly reduced in the filling chamber region 6 opposite the filling opening 7 . The cross section in Fig. 1b shows that the heat-conducting body 3 extends in this example over the entire circumference as a closed ring body. It can be seen that the tapering of the inner shell extends only up to the angle α, which marks the area of influence of the hot spot.

Die Füllkammer 1 besitzt in diesem Ausführungsbeispiel zusätzlich an ihrem äußeren Umfang einen elektrischen Mantelheizer 10, mit dem die Vorwärmung der Füllkammer zum ersten Arbeitstakt sowie bei Bedarf auch eine zusätzliche Feintemperaturregelung der Oberfläche durchgeführt werden kann.In this exemplary embodiment, the filling chamber 1 additionally has an electrical jacket heater 10 on its outer circumference, with which the preheating of the filling chamber for the first work cycle and, if necessary, an additional fine temperature control of the surface can be carried out.

Fig. 2a zeigt einen Längsschnitt durch die erfindungsgemaße Füllkammer 1 für ein zweites Ausführungsbeispiel. In Fig. 2b ist der Querschnitt abgebildet. Die Füllkammer 1 besteht hier lediglich im Bereich des der Einfüllöffnung 7 gegenüberliegenden Füllkammermantels aus einem inneren Mantel 8, einem äußeren Mantel 9 und einem zwischen dem äußeren und inneren Mantel eingebetteten Wärmeleitkörper 3. Die Dicke "d" des inneren Stahlmantels ist am geringsten unmittelbar im Auftreffpunkt der Schmelze und der unmittelbaren Umgebung und vergrößert sich dann mit zunehmendem Abstand vom hot spot. Für eine praktische Anwendung einer Füllkammer mit einem Innendurchmesser von 40 mm könnte die Dicke "d" beispielsweise einen geringsten Wert von 2 mm aufweisen und sich dann bis auf 5 mm erhöhen. Im Querschnitt ist zu sehen, daß bei dem hier ausgewählten zweiten Ausführungsbeispiel der Wärmeleitkörper 3 sich nur bis zur halben Umfangshöhe erstreckt. Fig. 2a shows a longitudinal section through the inventive filling chamber 1 for a second embodiment. The cross section is shown in FIG. 2b. The filling chamber 1 consists here only in the area of the filling chamber jacket opposite the filling opening 7 , consisting of an inner jacket 8 , an outer jacket 9 and a heat-conducting body 3 embedded between the outer and inner jacket. The thickness "d" of the inner steel jacket is the smallest directly at the point of impact of the melt and the immediate vicinity and then increases with increasing distance from the hot spot. For a practical application of a filling chamber with an inner diameter of 40 mm, the thickness "d" could, for example, have a minimum value of 2 mm and then increase to 5 mm. In cross section it can be seen that in the second exemplary embodiment selected here, the heat-conducting body 3 extends only up to half the circumferential height.

In Fig. 3 ist der Temperatur-Weg-Verlauf für die erfindungsgemäße Füllkammer aufgetragen. Die gestrichelte Kurve zeigt den Temperaturverlauf vor dem Eindosieren der Schmelze. Die ausgezogene Kurve gibt den Verlauf nach dem Eindosieren, aber vor dem Gießen wieder. Anhand der Fig. 1 und 3 soll nun der Ablauf des Verfahrens geschildert werden. Vor Beginn der Gießserie wird die gesamte Füllkammer 1 durch den elektrischen Mantelheizer 10 auf die gewünschte Temperatur T1 gebracht und der Heizer wird auf Temperaturregelung einer Bezugstemperatur T2 für den stationären Betriebszustand umgeschaltet. Nach Ablauf einer Wartezeit, die etwa einem Arbeitszyklus entspricht, wird die erste Schmelzeportion eindosiert. Der innere Mantel 8 erwärmt sich zunächst instationär, bis sich der Wärmeleitkörper 3 wärmetechnisch einkoppelt und damit der stationäre Zustand erreicht ist. Von diesem Zeitpunkt an bleibt die innere Oberflächentemperatur für die Dauer des Schmelzekontaktes nahezu konstant und bewegt sich lediglich etwa um den geringfügigen Betrag nach oben, um den sich der gesamte Wärmeleitkörper 3 erwärmt.In Fig. 3, the temperature-displacement curve is plotted for the inventive filling chamber. The dashed curve shows the temperature curve before metering the melt. The solid curve shows the course after dosing, but before pouring. Referring to Figs. 1 and 3, the flow of the process will now be described. Before the start of the casting series, the entire filling chamber 1 is brought to the desired temperature T1 by the electric jacket heater 10 and the heater is switched over to temperature control of a reference temperature T2 for the stationary operating state. After a waiting period, which corresponds to approximately one working cycle, the first melt portion is metered in. The inner jacket 8 initially heats up transiently until the heat-conducting body 3 is coupled in from a thermal point of view and the stationary state is thus achieved. From this point in time, the inner surface temperature remains almost constant for the duration of the melt contact and only moves upward by about the slight amount by which the entire heat-conducting body 3 heats up.

Nach dem Vergießen der Schmelze 4 bricht der Wärmestrom in die Füllkammer abrupt ab. In der Zeitperiode bis zum nächsten Eindosieren (etwa die zehnfache Zeitperiode der Eindosier- und Gießperiode) verteilt der Wärmeleitkörper 3 die Wärme durch innere Wärmeleitung gleichmäßig über den Umfang und die Länge. Gleichzeitig strömt ein Teil der Wärme über den Temperaturgradienten des äußeren Mantels 9 an die Umgebung. Diese Wärmemenge entspricht im Idealfall genau der von innen zugeführten Wärmemenge. Wird mehr Wärme an die Umgebung abgegeben, so gleicht der elektrische Heizer 10 den Differenzbetrag aus.After pouring the melt 4 , the heat flow into the filling chamber stops abruptly. In the time period until the next metering (about ten times the period of metering and pouring period), the heat-conducting body 3 distributes the heat evenly over the circumference and the length by internal heat conduction. At the same time, part of the heat flows to the environment via the temperature gradient of the outer jacket 9 . This amount of heat ideally corresponds exactly to the amount of heat supplied from the inside. If more heat is released into the environment, the electric heater 10 compensates for the difference.

Die Erfindung kann überall da eingesetzt werden, wo thermische Systeme örtlich unterschiedlich stark und im Vergleich zum gesamten Arbeitstakt jeweils nur kurzzeitig erwärmt werden.The invention can be used wherever thermal systems are local of different strengths and only briefly compared to the entire work cycle be heated.

Claims

1.Tempering process for a die casting machine with a cylindrical filling chamber ( 1 ) which is connected to a mold on its front side and which has a filling opening ( 7 ) for filling a molten metal ( 4 ) near the opposite side and one in the filling chamber ( 1 ) movable pressure piston ( 11 ), a portion of the molten metal ( 4 ) being poured into the filling chamber ( 1 ) and the heat flow in the filling chamber wall ( 8 ) due to heat transfer from the melt to the surface ( 5 ) of the inside of the filling chamber ( 8 ) due to heat conduction is derived and the surface of the inner wall of the filling chamber heats up in accordance with the transition inlet heat flow and the discharge heat flow determined by the thermal conductivity of the filling chamber material ( 8 ) in accordance with the laws of heat conduction, the local heat flows subsequently with the pressure piston ( 11 ) in the direction of the forehead Change the moving melt and with the injection of the melt ( 4 ) into the mold cavity, only in the area of the remaining and solidifying pressing residue ( 12 ) in the filling chamber at the end, there is a heat flow to the filling chamber inner wall until the process with the new dosing repeated in the next work cycle, characterized in that the dissipation of the heat flows in the filling chamber wall ( 2 ) by one or more arranged inside the filling chamber wall ( 2 ) in a partial area or over the entire filling chamber, firmly connected to the inner and outer wall area of the filling chamber Heat-conducting body ( 3 ) is determined in such a way that the heat flow initially taken up by the inner filling chamber jacket ( 8 ) with the thickness "d" is quickly absorbed by the heat-conducting body ( 3 ), which is at least five times as good a heat conductor and has a sufficiently large heat absorption capacity, and for which shorter period of time Contact of the melt with the inner wall of the filling chamber is predominantly stored in this, that the thickness "d" of the filling chamber material ( 8 ) lying between the heat-conducting body and the cylindrical inner surface ( 5 ) of the filling chamber is set inversely proportional to the heat transfer to be expected locally from the melt to the inner wall that the heat-conducting body ( 3 ) over the longer period until the next metering of melt distributes the heat absorbed over the shorter period of time within the entire filling chamber wall ( 2 ) in such a way that the temperature is uniform along the concentric peripheral layers of the wall and over the length of the chamber wall is and in the steady state the amount of heat emitted over the entire surface of the filling chamber by the end of the work cycle corresponds to the amount of heat absorbed at the beginning.

2. The method according to claim 1, characterized in that the outer Surface temperature of the filling chamber through an additional temperature control device is regulated.

3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that the filling opening ( 7 ) is placed opposite a heat-conducting body in the filling chamber wall, which is separated from the rest of the heat-conducting body by a thermal barrier and has its own cooling pipe system embedded in the heat-conducting body for liquid cooling .

4. The method according to any one of claims 1 to 3, characterized in that the Layer thickness "d" is between 0.1 and 30 mm.

5. The method according to any one of claims 1 to 4, characterized in that the average thickness of the heat-conducting body at least five times the smallest thickness "d" of the inner shell of the filling chamber.

6. The method according to any one of claims 1 to 5, characterized in that the Materials of the filling chamber and the heat-conducting body are metallic materials.

7. The method according to any one of claims 1 to 6, characterized in that for an inner jacket and an outer jacket of the filling chamber different Materials are used.

8. The method according to any one of claims 1 to 7, characterized in that between the filling chamber material and the heat conducting material one by one High-temperature high-pressure metal diffusion process connection is made.

9. The method according to any one of claims 1 to 8, characterized in that the Filling chamber material is a hot-work steel.

10. The method according to any one of claims 1 to 9, characterized in that the Material of the heat sink is a copper material.

11. The method according to any one of claims 1 to 10, characterized in that in the filling chamber wall, preferably in the heat-conducting body, a jacket thermocouple is arranged, the jacket by means of a previously carried out high temperature High-pressure diffusion process is firmly connected to the surrounding material.

12. Die casting machine with a cylindrical filling chamber ( 1 ) which is connected at its end face to a mold and which has a filling opening ( 7 ) for filling a molten metal ( 4 ) in the vicinity of the opposite side, characterized in that inside the filling chamber wall ( 2 ) one or more heat conducting bodies ( 3 ) with at least five times the thermal conductivity of the filling chamber material are arranged in a partial area or over the entire filling chamber, so that they are firmly connected to the surrounding inner ( 8 ) and outer ( 9 ) wall area of the filling chamber, that the local distance "d" of the heat-conducting body ( 3 ) from the inner surface ( 5 ) of the filling chamber (corresponding to the local thickness of the inner filling chamber shell 8 ) is chosen so that "d" is inversely proportional to the heat transfer flow to be expected locally from the melt to Inner wall is that the thickness or the volume of the heat-conducting body so wt is selected in such that the resulting heat storage capacity sufficient to the increase in the temperature of the heat conducting on its connecting surface to the inner Füllkammermaterial (8) to a predetermined value, and thus taking into account of the distance "d" and the rise of the wall temperature on the inner surface to a limit the other specific maximum value that the thermal conductor in its thermal properties, its geometric shape and its thickness and length in relation to the entire filling chamber geometry is such that it takes into account the thermal conductivity over the longer period until the next metering of melt the over the heat absorbed for a shorter period of time is distributed within the entire filling chamber in such a way that the temperature is uniform along the concentric peripheral layers of the wall and over the length of the chamber wall.

13. Die casting machine according to claim 12, characterized in that on the cylindrical outer surface of the filling chamber an additional temperature controllable Temperature control device is available.

14. Die casting machine according to claim 12 or 13, characterized in that a heat conducting body in the filling chamber wall opposite the filling opening is placed, which is separated from the rest of the heat sink by a thermal barrier and its own cooling pipe system for one, embedded in the heat-conducting body Owns liquid cooling.

15. Die casting machine according to one of claims 12 to 14, characterized characterized in that the layer thickness "d" is between 0.1 and 30 mm.

16. Die casting machine according to one of claims 12 to 15, characterized characterized in that the average thickness of the heat-conducting body is at least five times the smallest thickness "d" of the inner shell of the filling chamber.

17. Die casting machine according to one of claims 12 to 16, characterized characterized in that the materials of the filling chamber and the heat-conducting body are metallic materials.

18. Die casting machine according to one of claims 12 to 17, characterized characterized in that for an inner jacket and an outer jacket Filling chamber different materials die casting machine can be used.

19. Die casting machine according to one of claims 12 to 18, characterized characterized in that between the filling chamber material and the Thermal body material one by a high temperature high pressure Metal diffusion process established connection.

20. Die casting machine according to one of claims 12 to 19, characterized characterized in that the filling chamber material is a hot-work steel.

21. Die casting machine according to one of claims 12 to 20, characterized characterized in that the material of the heat-conducting body is a copper material.

22. Die casting machine according to one of claims 12 to 21, characterized characterized in that in the filling chamber wall, preferably in the heat-conducting body Sheathed thermocouple is arranged, the sheath by means of a previously carried out High temperature high pressure diffusion process firmly with the surrounding material connected is.