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技術 射出成形機における金属溶湯の供給装置

出願人 ゲブリューダークラルマンゲーエムベーハー
発明者 ブレクセラー、インゴ
出願日 2015年12月15日 (4年11ヶ月経過) 出願番号 2017-532943
公開日 2018年1月18日 (2年10ヶ月経過) 公開番号 2018-501112
状態 特許登録済
技術分野 圧力または真空鋳造 チル鋳造・ダイキャスト
主要キーワード 液圧式駆動装置 金属顆粒 上昇管路 軸方向孔内 熱シールド材 周囲部品 充填通路 成形チャンバ
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2018年1月18日)のものです。
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図面 (3)

課題・解決手段

射出成形機、例えば鋳造機における金属溶湯供給装置は、金属溶湯のための貯湯容器供給通路とを有し、その供給通路内で金属溶湯が成形キャビティに供給可能である。前記供給通路がシリンダを含み、そのシリンダ内ピストンが軸方向に移動可能に配置されている。前記シリンダ内に金属溶湯のための収集チャンバが設けられ、前記ピストンの軸方向移動によって金属溶湯が前記収集チャンバから後続管路を通して前記成形キャビティに導入可能である。前記シリンダが少なくとも1つの加熱要素を有する第1の加熱装置によって取り囲まれている。

概要

背景

鋳造機では、一般に合金である液状金属成形キャビティに導入され、ここで硬化させられ、それによって成形キャビティに対応する金属部品が形成される。金属溶湯の導入は金属溶湯に加えられる圧力によって行われる。

特許文献1から、金属溶湯のための供給装置が公知であり、この公知の供給装置では、金属溶湯が貯湯容器からシリンダ内に形成された収集チャンバに供給され、それに続いてすぐにピストンがシリンダ内で軸方向に移動され、それによって金属溶湯が収集チャンバから押し出されて後続管路に達し、その後続管路において金属溶湯が成形キャビティに供給される。

適切な射出成形機で製造される金属部品の品質は、主として、金属溶湯が貯湯容器と成形キャビティとの間の供給経路上で十分な流動性を有することに関係し、またその供給経路上で金属溶湯が粘着性になりさらには硬化さえするということがないことに関係する。このことを達成するべく、金属溶湯が成形キャビティ内に入る際にもまだ十分に高い温度を有すること、即ち良好な流動性を有することを保証するために、貯湯容器内の金属溶湯を十分な温度に加熱することは公知である。しかし、射出成形機により加工できる多くの考えられ得る合金に対して、十分な温度調節、従って十分な流動性を保証することは、実際にはかなり困難であることが判明した。

概要

射出成形機、例えば鋳造機における金属溶湯の供給装置は、金属溶湯のための貯湯容器と供給通路とを有し、その供給通路内で金属溶湯が成形キャビティに供給可能である。前記供給通路がシリンダを含み、そのシリンダ内にピストンが軸方向に移動可能に配置されている。前記シリンダ内に金属溶湯のための収集チャンバが設けられ、前記ピストンの軸方向移動によって金属溶湯が前記収集チャンバから後続管路を通して前記成形キャビティに導入可能である。前記シリンダが少なくとも1つの加熱要素を有する第1の加熱装置によって取り囲まれている。

目的

本発明の課題は、種々の金属材料についても供給経路上での良好な流動性を達成することができるような射出成形機における金属溶湯の供給装置を提供する

効果

実績

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請求項1

金属溶湯(M)のための貯湯容器(26)と供給通路とを有し、その供給通路内で金属溶湯(M)が成形キャビティに供給可能であり、前記供給通路がシリンダ(27)を含み、そのシリンダ内ピストン(13)が軸方向に移動可能に配置され、前記シリンダ(27)内に金属溶湯(M)のための収集チャンバ(15)が設けられ、前記ピストン(13)の軸方向移動によって金属溶湯(M)が前記収集チャンバ(15)から後続管路(21)を通して前記成形キャビティに導入可能である、射出成形機における金属溶湯(M)の供給装置において、前記シリンダ(27)が、少なくとも1つの加熱要素(37)を有する第1の加熱装置(36)によって取り囲まれていることを特徴とする射出成形機における金属溶湯の供給装置。

請求項2

前記シリンダ(27)の周囲にわたって分散配置された複数の加熱要素(37)が設けられていることを特徴とする請求項1記載の供給装置。

請求項3

前記加熱要素(37)が前記シリンダ(27)に対して半径方向に距離をおいて平行に延びているカートリッジヒータであることを特徴とする請求項1又は2記載の供給装置。

請求項4

4乃至8個の前記加熱要素(37)が設けられていることを特徴とする請求項1乃至3の1つに記載の供給装置。

請求項5

前記加熱要素(37)が個別におよび/又はグループごとに制御可能であることを特徴とする請求項2乃至4の1つに記載の供給装置。

請求項6

前記ピストン(13)が前記収集チャンバ(15)とは反対側の端部に駆動装置(38)および/又は制御装置(48)を有し、前記駆動装置(38)および/又は前記制御装置(48)に冷却装置(39)が付設されていることを特徴とする請求項1乃至5の1つに記載の供給装置。

請求項7

第1の加熱装置(36)と前記冷却装置(39)との間に隔壁(40)が設けられ、その隔壁を前記ピストン(13)が貫通していることを特徴とする請求項6記載の供給装置。

請求項8

前記隔壁(40)が前記冷却装置(39)により冷却可能であることを特徴とする請求項7記載の供給装置。

請求項9

前記ピストン(13)が軸方向孔(14)を有し、その軸方向孔内弁棒(19)が移動可能に収容されており、前記弁棒(19)が前記収集チャンバ(15)とは反対側の端部に弁棒駆動装置(41)および/又は制御装置(48)を有し、前記弁棒駆動装置(41)および/又は前記制御装置(48)が前記冷却装置(39)により冷却可能であることを特徴とする請求項1乃至8の1つに記載の供給装置。

請求項10

前記冷却装置(19)が、冷却流体および特に冷却液によって貫流される少なくとも1つの冷却通路(42)を含むことを特徴とする請求項1乃至9の1つに記載の供給装置。

請求項11

金属溶湯(M)が前記貯湯容器(26)内で保護ガス雰囲気下にあることを特徴とする請求項1乃至10の1つに記載の供給装置。

請求項12

金属溶湯(M)の前記貯湯容器(26)に第2の加熱装置(43)が付設されていることを特徴とする請求項1乃至11の1つに記載の供給装置。

請求項13

前記後続管路(21)内に逆止弁(24)が配置されており、前記逆止弁(24)に第3の加熱装置(44)が付設されていることを特徴とする請求項1乃至12の1つに記載の供給装置。

技術分野

0001

本発明は、金属溶湯のための貯湯容器供給通路とを有し、その供給通路内で金属溶湯が成形キャビティに供給可能であり、前記供給通路がシリンダを含み、そのシリンダ内ピストンが軸方向に移動可能に配置され、前記シリンダ内に金属溶湯のための収集チャンバが設けられ、前記ピストンの軸方向移動によって金属溶湯が前記収集チャンバから後続管路を通して前記成形キャビティに導入可能である、射出成形機における金属溶湯の供給装置に関する。

背景技術

0002

鋳造機では、一般に合金である液状金属が成形キャビティに導入され、ここで硬化させられ、それによって成形キャビティに対応する金属部品が形成される。金属溶湯の導入は金属溶湯に加えられる圧力によって行われる。

0003

特許文献1から、金属溶湯のための供給装置が公知であり、この公知の供給装置では、金属溶湯が貯湯容器からシリンダ内に形成された収集チャンバに供給され、それに続いてすぐにピストンがシリンダ内で軸方向に移動され、それによって金属溶湯が収集チャンバから押し出されて後続管路に達し、その後続管路において金属溶湯が成形キャビティに供給される。

0004

適切な射出成形機で製造される金属部品の品質は、主として、金属溶湯が貯湯容器と成形キャビティとの間の供給経路上で十分な流動性を有することに関係し、またその供給経路上で金属溶湯が粘着性になりさらには硬化さえするということがないことに関係する。このことを達成するべく、金属溶湯が成形キャビティ内に入る際にもまだ十分に高い温度を有すること、即ち良好な流動性を有することを保証するために、貯湯容器内の金属溶湯を十分な温度に加熱することは公知である。しかし、射出成形機により加工できる多くの考えられ得る合金に対して、十分な温度調節、従って十分な流動性を保証することは、実際にはかなり困難であることが判明した。

先行技術

0005

独国特許出願公開第102012010923号明細書

発明が解決しようとする課題

0006

本発明の課題は、種々の金属材料についても供給経路上での良好な流動性を達成することができるような射出成形機における金属溶湯の供給装置を提供することにある。

課題を解決するための手段

0007

この課題は、本発明によれば、請求項1の特徴事項を有する、射出成形機における金属溶湯の供給装置によって解決される。その場合に、内部に収集チャンバが形成されているシリンダが、少なくとも1つの加熱要素を有する第1の加熱装置によって取り囲まれている。

0008

本発明によれば、金属溶湯が供給経路上で流動性を失うことを防止するべく、第1の加熱装置の使用によって貯湯容器と成形チャンバとの間の供給経路上で少なくとも部分的に金属溶湯を所望の温度に調整又は維持するという基本的な考え方から出発している。他方では、シリンダの領域内での第1の加熱装置の使用により、金属溶湯が貯湯容器内で過度に加熱される必要がないので、貯湯容器内での金属溶湯の過度の加熱によって供給装置の他の追加部品、特に電子式制御装置又は駆動装置が損傷させられ又はこれらの機能が制限されるという危険が阻止されている。

0009

好ましくは、第1の加熱装置がシリンダの周囲にわたって特に一様に分散配置された複数の加熱要素を含み、これらの加熱要素が、例えば、シリンダに対して半径方向に距離をおいてシリンダに対して平行に延びているとよい。これらの加熱要素は、それぞれ供給装置のハウジング内の孔に挿通された電気的なカートリッジヒータよって構成されているとよい。カートリッジヒータは電気抵抗加熱装置であるが、しかし代替として第1の加熱装置は、高温流体、特に高温液体によって貫流される通路によって構成されていてもよい。

0010

これらの加熱要素の個数および配置は射出成形機の大きさ、特にシリンダの大きさに関係するが、実際には4〜8個の加熱要素を使用するのが合理的である。しかし、本発明はそれに限定されない。

0011

前記加熱要素が個別におよび/又はグループごとに制御可能であるならば、シリンダの壁および周囲部品の正確な温度調節を達成し、従って金属溶湯の正確な温度調節も達成することができる。本発明の発展形態では、所望の温度もしくは所望の温度プロファイルを達成するために、個々の加熱要素および/又は金属溶湯および/又はシリンダの壁の温度が検出・評価されて前記加熱要素が個別に又はグループごとに制御されるフィードバック制御が使用されるとよい。

0012

前記ピストンがシリンダ内で軸方向に移動可能であり、それにより前記収集チャンバ内にある金属溶湯がその収集チャンバから押し出される。好ましくは、この目的のために、電気式又は液圧式駆動装置および/又は電子式制御装置が設けられるとよく、このような装置は一般に収集チャンバとは反対側のピストン上端部に配置されている。前記駆動装置および/又は前記制御装置は温度過上昇時に故障しやすい温度に敏感な部品である。第1の加熱装置による金属溶湯の加熱にもかかわらず前記駆動装置および/又は前記制御装置の正常な動作を保証するために、本発明の発展形態では、前記駆動装置および/又は前記制御装置に冷却装置付設されている。前記冷却装置は、例えばペルチエ素子である電気式冷却装置、又は冷却流体および特に冷却液によって貫流される冷却通路であるとよい。

0013

本発明の好ましい実施形態では、前記加熱装置と前記冷却装置との間に、前記ピストンが貫通している隔壁が設けられている。前記隔壁は、熱シールド材として使用され、加熱装置により加熱される領域と冷却装置により冷却される領域とを互いに遮蔽する。

0014

本発明の好ましい実施形態では、例えば前記冷却通路が前記隔壁内に組み込まれていることによって、前記隔壁が前記冷却装置により冷却可能である。

0015

前記ピストンが軸方向孔を有し、その軸方向孔に弁棒が移動可能に収容されていることは公知である。前記弁棒が、前記収集チャンバとは反対側の端部に、特に電気式駆動モータ又は液圧式駆動装置の形での弁棒駆動装置および/又は電子式制御装置を有し、前記弁棒駆動装置および/又は前記制御装置が前記冷却装置により冷却可能である。このようにして、前記弁棒駆動装置および/又は前記制御装置の正常な機能を保証し、従って前記弁棒の正常な機能を保証する。

0016

供給経路上での金属溶湯の十分な流動性を保証するために、金属溶湯が貯湯容器内で正確に温度調節されていることは有益である。

0017

この目的のためには、シリンダ用の第1の加熱装置とは独立に制御可能である第2の加熱装置が金属溶湯の貯湯容器に付設されているとよい。

0018

さらに、金属溶湯の流動性にとって、貯湯容器内の金属溶融の表面に過度のスラグ層が発生することが回避されているならば有意義である。なぜならば、スラグ粒子が供給装置を通して供給経路内に達する危険があるからである。これを防止するべく、本発明の発展形態では、金属溶湯が前記貯湯容器内で保護ガス雰囲気下におかれている。この目的のために、例えば貯湯容器の内部空間の金属溶湯の上方に二酸化炭素(CO2)又は窒素(N2)が充填されかつ印加されるとよい。

0019

金属溶湯が前記収集チャンバから前記ピストンによって押し出されて後続管路内に達する。この後続管路には一般に逆止弁が配置されている。本発明の発展形態では、前記逆止弁に第3の加熱装置が付設されており、この第3の加熱装置は、前記シリンダのための第1の加熱装置とは独立に制御可能であり、また前記貯湯容器のための第2の加熱装置とは独立に制御可能である。

0020

第2の加熱装置も、第3の加熱装置も、電気抵抗加熱装置、例えばカートリッジヒータによって構成してよいが、高温流体および特に高温液体によって貫流されている加熱通路を設けてもよい。

0021

以下において図面を参照して実施例を説明することにより、本発明の更なる詳細および特徴事項を明らかにする。

図面の簡単な説明

0022

図1は本発明による供給装置の縦断面図を示す。
図2は外側に加熱装置を有するシリンダの拡大斜視図を示す。

実施例

0023

図1に示された射出成形機における金属溶湯Mの供給装置10はハウジング11を有し、そのハウジング内に垂直方向収容孔12が形成されている。

0024

ハウジング11には貯湯容器26が設けられ、この貯湯容器は金属溶湯Mを満たされている。金属溶湯Mは、液状の形態で貯湯容器26に供給されてもよいし、この貯湯容器26内で、例えば金属顆粒の溶解によって生成されてもよい。

0025

貯湯容器26は蓋部45により気密に覆われており、貯湯容器26内で金属溶湯Mの上方に形成された空隙46は保護ガス、例えば二酸化炭素(CO2)又は窒素(N2)で満たされている。

0026

ハウジング11内の貯湯容器26の領域には、電気抵抗加熱装置であり得る第2の加熱装置43が組み込まれており、この加熱装置により貯湯容器26の壁を、従って金属溶湯Mを所望の温度にし、又は所望の温度に維持することができる。

0027

貯湯容器26は、流れ方向に斜め下方に傾斜して延びた少なくとも1つの供給通路18を介して、収容孔12に連通している。収容孔12内には、はめあい部材28がぴったり合うようにはめ込まれており、そのはめあい部材28は管状構造を有し、下端閉鎖されている。はめあい部材28は交換可能に収容孔12内に保持されて、中心部にある軸方向のシリンダ27を有する。そのシリンダ27は上に向けて開いた止まり穴の形態をなしている。はめあい部材28の壁内には、斜めに延びた接続孔30が設けられており、この接続孔30は、供給通路18と一直線になって供給通路18をシリンダ27に接続する。

0028

シリンダ27内にはピストン13がぴったり合うように移動可能に挿通されている。ピストン13の軸方向の長さの下半分部に配置されていてピストン下端から軸方向に或る距離を有する領域に、ピストン13の外側面に対して環状空間17が形成されている。環状空間17の下端では、ピストン13の周囲にわたって分散配置された複数の充填孔16が、ピストン13内でそれぞれピストン13の下端面に向かって延びている。充填孔16が形成されているピストン13の領域は、シリンダ27の内壁密着接触している。

0029

ピストン13の外側面には、軸方向に距離をおいて周りを取り巻いている2つの溝29が形成されており、これらの溝29にはそれぞれスリット付きピストンリング31がはめ込まれており、そのピストンリングは、シリンダ27の内壁に対して半径方向外側に向けられたバネ付勢により、その内壁に密着接触している。ピストンリング31は、例えばバネ鋼からなる。

0030

さらに、ピストン13は中心の軸方向孔14を有し、この軸方向孔14内に弁棒19が移動可能に配置されている。弁棒19は、ピストン13を完全に貫通しており、ピストン13の端面の下流側で弁棒下端部において皿形弁体20を支持している。弁体20は、ピストン13に対する弁棒19の相対的な移動によって、図1に示された閉位置と、図示されていない開位置との間で移動することができる。閉位置においては、弁体20が充填孔16からの金属溶湯の流出を阻止し、開位置においては、金属溶湯が充填孔16からその下側にあるシリンダ27内に形成された収集チャンバ15内に流入することができる。

0031

弁体20の横断面積はシリンダ27の横断面積よりも小さいので、シリンダ27内において弁体20は密閉機能を持ち、金属溶湯Mは弁体20の周りを自由に流れることができる。

0032

収集チャンバ15内には簡略的にしか示されていない圧力センサ49が配置され、この圧力センサ49が配線を介して圧力信号を図示されていない制御装置に与え、この制御装置がピストン14の駆動装置を制御する。このようにして、ピストン14の駆動装置(液圧シリンダ)のための調節回路がもたらされる。

0033

シリンダ27もしくはそのシリンダの下側領域に形成された収集チャンバ15は、下端部において、後続管路21を介して詳しくは示されていない成形キャビティに接続されている。後続管路21は、はめあい部材28の壁内の下方の横孔32を含み、横孔32は、ハウジング21内の後続横孔33と一直線になっており、この後続横孔を介して収集チャンバ15が垂直上昇管路22に連通している。上昇管路22の上端は充填通路23に移行し、その充填通路から金属溶湯が、矢印Fによって示されているように成形キャビティに供給される。上昇管路22と充填通路23との間の移行部には逆止弁24が配置されており、この逆止弁はバネ34によって反流れ方向に弁座35に向かって押圧される弁体25を有する。

0034

シリンダ27およびはめあい部材28は第1の加熱装置36によって取り囲まれており、この第1の加熱装置は、はめあい部材28の周囲にわたって分散配置された複数の加熱要素37を有し、これらの加熱要素は、図1破線で示されているように、それぞれハウジング内に形成された孔内に挿通されている。好ましくは電気的なカートリッジヒータである加熱要素37の配置が図2に示されている。これから分かるように、6個の加熱要素37が設けられており、それらの加熱要素37は、はめあい部材28の周囲にわたって一様に分散配置されて、好ましくはそれぞれ個別に又はグループごとに制御されるとよい。加熱装置36により、接続孔30、充填孔16、収集チャンバ15の領域において、また少なくとも部分的に後続管路21において、金属溶湯Mを所望の温度に調整し又は所望の温度に維持することができる。

0035

図1に破線で簡略的に示されているように、逆止弁24に第3の加熱装置44が付設され、この第3の加熱装置により、逆止弁24を貫流する金属溶湯が、特に逆止弁24内で、温度調節される。第3の加熱装置44は電気抵抗加熱装置、又は高温流体、特に高温の液体が貫流している加熱通路によって構成されているとよい。

0036

収集チャンバ15とは反対側の、ピストン13および弁棒19の端部は、ハウジング11の外側に配置された駆動/制御ハウジング47内に配置され、この駆動/制御ハウジング47内には、ピストン13のための簡略に示しているだけ駆動装置38と、同様に簡略に示されているだけの弁棒駆動装置41とが配置されており、これらの駆動装置によりピストン13もしくは弁棒19が軸方向に移動可能である。同様に駆動/制御ハウジング47内には、特に上記の両駆動装置のために電子式制御装置48が設けられており、この電子式制御装置48は概略的にしか示されていない。駆動/制御ハウジング47は、ハウジング11の側に隔壁40を有し、この隔壁40は、ピストン13および弁棒19によって貫通されており、熱シールドとして利用されている。

0037

さらに、駆動/制御ハウジング47内には、複数の冷却通路42を含む冷却装置39が設けられている。それらの冷却通路42は、冷却液によって貫流されており、駆動/制御ハウジング47も隔壁40も貫通して延びている。冷却装置39により、駆動/制御ハウジング47の内部空間を、従ってピストン13のための駆動装置38、弁棒駆動装置41および電子式制御装置48を、好ましくは80℃より低い有利な動作温度に保つことができる。というのは、加熱装置36に基づいて、上記構成部品がさもなければ過熱になり、それによって損傷する危険が存在するからである。

0038

M金属溶湯
10供給装置
11ハウジング
12収容孔
13ピストン
14軸方向孔
15収集チャンバ
16充填孔
17 環状空間
18供給通路
19弁棒
20弁体
21後続管路
22上昇管路
23充填通路
24逆止弁
25 弁体
26貯湯容器
27シリンダ
28はめあい部材
29 溝
30接続孔
31ピストンリング
32 下方横孔
33後続横孔
34バネ
35弁座
36 第1の加熱装置
37加熱要素
38駆動装置
39冷却装置
40隔壁
41 弁棒駆動装置
42冷却通路
43 第2の加熱装置
44 第3の加熱装置
45 蓋部
46 空隙
47 駆動/制御ハウジング
48電子式制御装置
49 圧力センサ

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