Formzuhaltung

Die Formzuhaltung beim Druckgießen erfordert aufgrund der hohen spezifischen Gießdrücke besondere Einrichtungen und Vorkehrungen, um die Formhälften während des Gießvorganges geschlossen zu halten und deren Aufdrücken oder Auffedern mit nachfolgendem Herausspritzen des flüssigen Metalls zu verhindern.

Abhängig von der Konstruktion der Druckgießmaschine kann dabei das Zuhalten der beiden Formhälften während des Druckgießens in unterschiedlicher Weise erfolgen. Man unterscheidet zwischen dem Kraftschluss, der ausschließlich durch eine direkte hydraulische Kraftwirkung auf die bewegliche Aufspannplatte zustande kommt, und dem Formschluss mittels einer Vorspannkraft in Verbindung mit mechanischen Verriegelungen oder Sperren.

Kraftschlüssige Zuhaltesysteme:

Von einer kraftschlüssigen Zuhaltung wird dann gesprochen, wenn hydraulische Schließzylinder auch die gesamte Formzuhaltekraft erzeugen. Dabei kann ein einziger Schließzylinder, wie in Bild 1 gezeigt, diese Aufgabe übernehmen. Somit hängt die vom Schließkolben im Schließzylinder auf die bewegliche Aufspannplatte ausgeübte Formzuhaltekraft nur vom Kolbendurchmesser und dem Hydraulikdruck ab, und ist dadurch eindeutig festgelegt. Übersteigt die beim Gießen auftretende Sprengkraft die Formzuhaltekraft, so weicht der Schließkolben zurück und die Form wird aufgedrückt. Im Falle einer solchen Überbeanspruchung spritzt das flüssige Metall aus der Formteilungsebene mit hoher Geschwindigkeit heraus, ein Umstand der unmittelbar zu einer Änderung der Betriebsbedingungen zwingt. Eine Maschine mit kraftschlüssiger Zuhaltung ist daher nicht überlastfähig.

Die kraftschlüssige Zuhaltung mit einem einzigen Schließzylinder wird relativ selten und dann vorwiegend bei kleineren Druckgießmaschinen oder Sonderbauarten abgewandt. Der Antrieb der Formschließeinheit gestaltet sich relativ einfach und sicher, da kaum Verschleißbeanspruchungen auftreten. Bei Notwendigkeit von größeren Zuhaltekräften, müssen dementsprechend größer dimensionierte Schießkolben verwendet werden. Die Nachteile großer Schießkolbendurchmesser liegen dann in größeren Füllvolumina der Schließzylinder und höherem Energieaufwand bei gleichzeitig zunehmender Schließzeit.

Es gibt zahlreiche Anstrengungen, die kraftschlüssige Zuhaltung für Druckgießmaschinen zu verbessern und weiter zu entwickeln. So existieren Ausführungen, bei denen verhältnismäßig kleine Schließzylinder das Schließen und Öffnen der Druckgießform übernehmen, während die Zuhaltekraft von einem zentralen Kurzhubkolben aufgebracht wird. Diese Maschinentypen wurden weiter entwickelt, wobei kraft- und formschlüssige Konstruktionsausführungen kombiniert wurden, z. B. Kurzhubkolben und Sperren in Form von Keilverriegelungen. Im Allgemeinen werden jedoch kraftschlüssige Zuhaltesysteme mit einem einzigen Schließzylinder ausschließlich bei Maschinen mit kleinen Zuhaltekräften angewendet.

Kraftschlüssige Zuhaltung bei 2-Platten-Druckgießmaschinen:

Die moderne Bauart eines kraftschlüssigen Zuhaltesystems stellt die 2-Platten-Bauweise dar (2-Platten-Druckgießmaschine in Bild 2). Hierbei übernehmen einzelne auf den Säulen angebrachte Schließzylinder das Aufbringen der Schließkraft (Bild 3). Die Säulen weisen dabei eine charakteristische Rillengeometrie auf, in die geteilte Säulenmuttern eingreifen (Bild 4). Geschützte Säulengewinde und -rillen verhindern dabei das Eindringen von Flitter in die Gewinde- und Rillenzonen und erhöhen dadurch die Lebensdauer von Muttern, Verriegelungen und Säulen.

Die Vorteile der 2-Platten-Technologie sind vielfältig. So ist ein geringerer Platzbedarf durch die Bauraumverkürzung notwendig, bei gleicher Gießleistung wird somit eine geringere Aufstellfläche gegenüber formschlüssigen Maschinen benötigt. Eine ältere Maschine kann bei gleichen Platzverhältnissen somit durch eine leistungsfähigere neue 2-Platten-Maschine ersetzt werden. Die 2-Platten-Maschinen zeichnen sich durch eine geringere Anzahl an bewegten Teilen und damit weniger Schmierstellen aus, was den Verschleiß verringert und geringere Unterhaltskosten bedeutet. Mittels der 2-Platten-Technologie können auch maßgenaue Bauteile bei nicht parallelen Formen durch Kompensation der unterschiedlichen Schließkraftverteilung erzeugt werden, was geringeren Ausschuss bedeutet. Durch die neuen Spannzylinder und die höhere Steifigkeit des Schließsystems und der beweglichen Aufspannplatte tritt weniger Flitterbildung auf. Neue Maschinenoptionen lassen Parallelbewegungen zur Zykluszeitreduktion zu. Die Säulen lassen sich vollständige aus der Werkzeugzone zurückziehen und verbessern somit die Zugänglichkeit beim Formwechsel. Eine individuelle Schließkraftvorwahl, dem Gussteil und der Formgröße angepasst, erhöht die Lebensdauer des Werkzeuges und des Schließsystems.

Formschlüssige Zuhaltesysteme:

Bei dieser Form der Zuhaltung werden mit verhältnismäßig geringerem äußeren Kraftaufwand durch entsprechende Bauelemente hohe Vorspannkräfte erzeugt. Diese blieben als innere Spannung auch bei Verringerung der äußeren Krafteinwirkung bestehen. Wird diese innere Spannung durch geeignete Mittel auf die Druckgießform übertragen, so kann eine konstante Zuhaltekraft aufrecht erhalten werden. Um 1955 wurden Maschinen mit Keilverriegelungen entwickelt, die an der Rückseite der beweglichen Aufspannplatte mit sog. Vertikalsäulen ausgeführt wurden, in die bzw. hinter die bei geschlossener Form Verriegelungskeile seitlich einfuhren. Die Zuhaltekraft wird bei diesem System über die hydraulischen Verriegelungszylinder bzw. die schrägen Keilflächen erzeugt.

Die gebräuchlichste Form der formschlüssigen Zuhaltung ist als Doppelkniehebel-Gelenksystem ausgeführt (Bild 5). Dabei wird das Öffnen und Schließen über einen hydraulischen Schließzylinder bewirkt. Die Vorspannung wird beim Durchdrücken der Kniehebel in die Strecklage erzeugt, wobei die Endlage nicht die Totpunktlage ist. Somit können mit kurzem Schließzylinderweg sehr hohe Vorspannkräfte realisiert werden. Die Druckbeaufschlagung des Schließkolbens bleibt auch bei geschlossener Form aufrecht erhalten, um ein Zurückschnellen der Kniehebel aus ihrer Endlage zu verhindern. Die dabei im Schließzylinder aufrecht zu erhaltende Kraft kann dabei relativ gering sein. Bei Einwirken von hohen Sprengkräften verhält sich das System somit elastisch, wobei die Säulen wie vorgespannte Federn wirken.

Die meisten Maschinen mit horizontaler Formteilung sind mit dem Doppelkniehebel-Gelenksystem ausgestattet, das sich im Praxis-Einsatz bestens bewährt hat. Gegenüber der kraftschlüssigen Zuhaltung ist zwar mit einer höheren Verschleißbeanspruchung zu rechnen, die jedoch bei modernen Maschinen durch den Einsatz gehärteter Gelenkbolzen und spezieller Lagerbüchsen minimiert wird.

Eine Übersicht über die Bauelemente einer modernen Schließeinheit mit Doppelkniehebel-Gelenksystem gibt Bild 6 wieder bzw. zeigt Bild 7 die Formschließeinheit mit Hebelsystem.


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