DE102011052446A1

DE102011052446A1 - Die-cast piston head

Info

Publication number: DE102011052446A1
Application number: DE102011052446A
Authority: DE
Inventors: Werner Bochmann; Jürgen Barz
Original assignee: SCHMELZMETALL AG
Current assignee: SCHMELZMETALL AG
Priority date: 2011-08-05
Filing date: 2011-08-05
Publication date: 2013-02-07
Also published as: EP2554296B1; EP2554296A2; EP2554296A3

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Druckgusskolbenkopf für den Leichtmetalldruckguss, umfassend einen einteiligen Kolbenkopf (1) aus Kupfer oder einer Kupfer-Legierung und wenigstens einen an diesem angeordneten geschlossenen Verschleißring (2) aus einem härteren Material als das des Kolbenkopfes (1), wobei der Verschleißring (2) im Bereich zwischen einer Stirnfläche (3) und einer Mantelfläche (4) des Kolbenkopfes (1) angeordnet ist und wobei der Kolbenkopf (1) und der Verschleißring (2) zueinander komplementäre Verbindungseinrichtungen aufweisen. Um einen Druckgusskolbenkopf der eingangs genannten Art anzugeben, der sich durch eine gegenüber dem Stand der Technik verbesserte Standzeit und Wartungsfreundlichkeit auszeichnet, schlägt die Erfindung vor, dass der Verschleißring (2) an seiner der Stirnfläche (3) zugewandten, radial einwärts gerichteten Kante einen radial einwärts gerichteten Steg (5) aufweist.The present invention relates to a die-cast piston head for light metal die-casting, comprising a one-piece piston head (1) made of copper or a copper alloy and at least one arranged closed wear ring (2) of a harder material than that of the piston head (1), wherein the wear ring (2) in the region between an end face (3) and a lateral surface (4) of the piston head (1) is arranged and wherein the piston head (1) and the wear ring (2) mutually complementary connection means. In order to provide a die-cast piston head of the type mentioned, which is characterized by a comparison with the prior art improved durability and ease of maintenance, the invention proposes that the wear ring (2) on its the end face (3) facing radially inwardly directed edge radially inwardly directed web (5).

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Druckgusskolbenkopf für den Leichtmetalldruckguss, umfassend einen einteiligen Kolbenkopf aus Kupfer oder einer Kupfer-Legierung und wenigstens einen an diesem angeordneten geschlossenen Verschleißring aus einem härteren Material als das des Kolbenkopfes, wobei der Verschleißring im Bereich zwischen einer Stirnfläche und einer Mantelfläche des Kolbenkopfes angeordnet ist und wobei der Kolbenkopf und der Verschleißring zueinander komplementäre Verbindungseinrichtungen aufweisen. The present invention relates to a die-cast piston head for light metal die-casting, comprising a one-piece piston head made of copper or a copper alloy and at least one arranged on this closed wear ring made of a harder material than that of the piston head, wherein the wear ring in the region between an end face and a lateral surface of the Plunger head is arranged and wherein the piston head and the wear ring have mutually complementary connection means.

Druckgusskolben für den Leichtmetalldruckguss bestehen in der Regel zumindest aus einem Kolbenkopf und einer angetriebenen Kolbenstange. Diese Bauteile gleiten wandungsgeführt in einer Füllkammer. Der Druckgusskolben befördert die für einen Schuss in die Füllkammer eintretende Leichtmetallschmelze über das Anschnittsystem in die Kavität der Druckgussform, wo das Druckgussteil gegossen wird. Der Druckgusskolbenkopf kommt mit seiner Stirnseite mit den schmelzflüssigen Metallen beziehungsweise Legierungen in Kontakt. Druckgusskolbenköpfe aus Kupfer oder einer Kupfer-Legierung weisen eine hohe Wärmeleitfähigkeit auf und führen die Wärme der an der Kolbenstirnseite anliegenden Schmelze während der Erstarrung so zügig ab, das die Zykluszeiten des Druckgusses nicht erhöht werden, und so langsam, dass noch eine erfolgreiche Nachpressphase möglich ist. Der Wärmehaushalt der Druckgusskolbenköpfe ist daher von großer Bedeutung für die Druckgussqualität und -wirtschaftlichkeit. Aus Kupfer oder Kupfer-Legierung bestehende Druckgusskolbenköpfe sind relativ weich und somit anfällig für einen frühzeitigen Verschleiß. Daher werden sie mit Verschleißschutzringen aus Stahl, Stellite oder anderen Hartstoffen versehen oder sind komplett aus Stahl gefertigt. Die Verschleißschutzringe werden nach ihrer Abnutzung gegen neue ausgetauscht, so dass eine teure Neubeschaffung eines kompletten Druckgusskolbenkopfes unterbleiben kann. Aufgrund der mechanischen und thermischen Belastung der Kolbenköpfe und dem Erfordernis des (Teil-)Austausches, welcher lediglich aufwändig mit Spezialwerkzeugen bewerkstelligt werden kann, ist die Befestigung der Verschleißschutzringe am Kolbenkopf von besonderer Bedeutung für die Handhabbarkeit des Druckgusskolbens im betrieblichen Alltag. Die-cast pistons for light metal diecasting usually consist of at least one piston head and one driven piston rod. These components slide wall guided in a filling chamber. The die-cast piston conveys the light metal melt entering the fill chamber for a shot via the gate system into the cavity of the die where the die casting is cast. The die-cast piston head comes with its front face with the molten metals or alloys in contact. Die-cast piston heads made of copper or a copper alloy have a high thermal conductivity and dissipate the heat of the melt applied to the piston face so rapidly during solidification that the cycle times of die casting are not increased, and so slowly that a successful repressing phase is still possible , The heat balance of Druckgusskolbenköpfe is therefore of great importance for die casting quality and economy. Copper or copper alloy die-cast piston heads are relatively soft and thus prone to premature wear. Therefore, they are provided with wear protection rings made of steel, Stellite or other hard materials or are made entirely of steel. The wear protection rings are replaced after their wear against new, so that an expensive new procurement of a complete die-cast piston head can be omitted. Due to the mechanical and thermal loading of the piston heads and the requirement of (partial) replacement, which can be accomplished only consuming with special tools, the attachment of wear protection rings on the piston head of particular importance for the handling of the die-cast piston in everyday operations.

Aus der EP 1 837 102 A1 der Anmelderin ist ein solcher einteiliger Kolbenkopf bekannt, bei dem mindestens ein Verschleißschutzring stoffschlüssig mit dem Kolbenkopf verbunden ist. Hierdurch wird das Eindringen von schmelzflüssigem Metall in den Ringspalt zwischen Verschleißschutzring und Kolbenkopf verhindert beziehungsweise der Kolbenkopf über die Verschleißschutzringe in der Füllkammer geführt. From the EP 1 837 102 A1 the Applicant is known such a one-piece piston head, wherein at least one wear protection ring is materially connected to the piston head. As a result, the penetration of molten metal is prevented in the annular gap between wear protection ring and piston head and the piston head over the wear protection rings in the filling chamber.

Aus der EP 1 483 074 B1 ist ein zur Stirnseite keilförmig verlaufender Verschleißschutzring beschrieben, der in seinem axial hinteren Bereich eine Nut aufweist, in die ein Steg des mehrteiligen Kolbenkopfes eingreift, so dass der Verschleißschutzring gehaltert ist. Dieser auch in der EP 0 423 413 A2 beschriebene Verschleißschutzring weist einen axial und radial gestuften Schlitz auf. From the EP 1 483 074 B1 is described a wedge-shaped to the front side wear protection ring having in its axially rear portion a groove into which a web of the multi-part piston head engages, so that the wear protection ring is supported. This one also in the EP 0 423 413 A2 described wear protection ring has an axially and radially stepped slot.

Aus der WO 03/074211 A1 ist ein geschlossener Dichtring bekannt, der zwischen einem ersten und einem mit diesem lösbar verbundenen zweiten Kolbenkopfteil von diesen gehaltert angeordnet ist. Dieser Dichtring besteht, von der Kolbenstirnseite aus gesehen, aus einem axial hinterem ersten Kolbenteil und einem axial vorderen zweiten Kolbenteil, wobei ein den ersten und/oder den zweiten Kolbenteil zumindest teilweise axial überlappender Dichtring vorgesehen ist. Der erste Kolbenteil ist dabei eine Buchse aus einer wärmeleitfähigen Kupfer-Legierung, der zweite besteht aus einem Warmarbeitsstahl oder einer Kupfer-Legierung mit hoher Lebensdauer und der Dichtring ist als nicht geschlitzter oder radial federnd als geschlitzter Verschleißring aus Stahl oder Kupfer ausgebildet. Erster und zweiter Kolbenteil sind dabei mittels in Umfangsrichtung verteilter axial angeordneter Schrauben lösbar miteinander verbunden, der Dichtring ist lösbar aufgeschnappt. From the WO 03/074211 A1 a closed sealing ring is known, which is arranged between a first and a releasably connected thereto second piston head part supported by this. This sealing ring consists, viewed from the piston end side, of an axially rear first piston part and an axially front second piston part, wherein a first and / or the second piston part at least partially axially overlapping sealing ring is provided. The first piston part is a bush made of a thermally conductive copper alloy, the second consists of a hot-work steel or a copper alloy with a long service life and the sealing ring is designed as non-slotted or radially resilient slotted wear ring made of steel or copper. First and second piston part are releasably connected to each other by means of circumferentially distributed axially arranged screws, the sealing ring is detachably snapped.

Aus der DE 10 2005 048 717 A1 ist ein kompliziert aufgebauter, mehrteiliger Kolbenkopf bekannt, bei dem ein mit einer radial inneren Ringnut versehener, stufig geschlitzter und radial federnder Dichtring auf einem Steg eines lösbar an einem Kolbenkörper befestigten Kolbendeckels angeordnet ist. From the DE 10 2005 048 717 A1 is a complicated structure, multi-part piston head is known in which a provided with a radially inner annular groove, stepped slotted and radially resilient sealing ring is arranged on a web of a piston cover detachably attached to a piston body.

Aus der DE 100 40 578 C1 ist ein Druckgusskolben mit einem zylinderförmigen, aus Kupfer gefertigten Kolbenkopf und einem diesen ummantelnden Gleitkörper für Vakuum-Druckgussmaschinen bekannt, wobei der Kolbenkopf an seinem dem schmelzflüssigen Metall zugewandten Ende einen stählernen Verschleißschutzring aufweist. Dieser Verschleißschutzring ist in axialer Richtung zwischen dem Gleitkörper und einem in dem Kolbenkopf angeordneten Anschlag fixiert. From the DE 100 40 578 C1 is a die-cast piston with a cylindrical, made of copper piston head and this enclosing slider for vacuum die-casting machines known, the piston head has at its the molten metal end facing a steel wear protection ring. This wear protection ring is fixed in the axial direction between the slider and arranged in the piston head stop.

Die US 4,886,107 A offenbart einen Druckgusskolbenkopf aus Kupfer, der an seinem vorderen Ende einen abriebfesten Ring aus Stahl in einer Nut aufweist. Dieser gespaltene Stahlring wird zur Montage aufgespreizt, über die Druckgusskolbenspitze geschoben und anschließend durch Zusammenlöten seiner Enden in der Position gegen axiales Ausdehnen gesichert. The US 4,886,107 A discloses a die-cast piston head made of copper having a wear-resistant steel ring in a groove at its front end. This split steel ring is spread apart for mounting, pushed over the die-cast bulb tip, and then secured against axial expansion by soldering its ends together in the position.

Die US 2004/0020625 A1 offenbart die direkte Abscheidung von Metallen auf Oberflächen mittels des Laserauftragsschweißverfahrens. Hierbei wird die Abscheidung von Kupfer oder Molybdän, Aluminium, Nickel und Zink auf Stahl offenbart. The US 2004/0020625 A1 discloses the direct deposition of metals onto surfaces by the laser cladding process. Here, the deposition of copper or molybdenum, aluminum, nickel and zinc is disclosed on steel.

Die DE 203 09 181 U1 schlägt einen Kolbenkopf vor, der, von der Kolbenstirnseite aus gesehen, aus einem axial hinterem ersten Kolbenteil und einem axial vorderen zweiten Kolbenteil besteht, wobei ein den ersten und/oder den zweiten Kolbenteil zumindest teilweise axial überlappender Dichtring vorgesehen ist. Der erste Kolbenteil ist dabei eine Buchse aus wärmeleitfähiger Kupfer-Legierung, der zweite besteht aus Warmarbeitsstahl oder einer Kupfer-Legierung und der Dichtring ist als nicht geschlitzter oder radial federnd als geschlitzter Verschleißring aus Stahl oder Kupfer ausgebildet. Erster und zweiter Kolbenteil sind dabei mittels in Umfangsrichtung verteilter axial angeordneter Schrauben lösbar miteinander verbunden, der Dichtring ist lösbar aufgeschnappt. Diese Schrift schlägt für Anwendungen in der Hochvakuum-Gusstechnik vor, einen zweiten, axial hinteren Dichtring vorzusehen, der mittels Federn außerhalb der Füllkammer auf ein Übermaß radial auffahrend ausgebildet ist und der den Druckgusskolben innerhalb des Gusszylinders führt. The DE 203 09 181 U1 proposes a piston head which, viewed from the piston end side, consists of an axially rear first piston part and an axially front second piston part, wherein a first and / or the second piston part at least partially axially overlapping sealing ring is provided. The first piston part is a sleeve of thermally conductive copper alloy, the second consists of hot-work steel or a copper alloy and the sealing ring is designed as non-slotted or radially resilient slotted wear ring made of steel or copper. First and second piston part are releasably connected to each other by means of circumferentially distributed axially arranged screws, the sealing ring is detachably snapped. This document proposes for applications in the high-vacuum casting technique to provide a second, axially rear sealing ring, which is formed by means of springs outside the filling chamber to an excess radially auffahrend and which leads the die-cast piston within the casting cylinder.

Als nächstkommender Stand der Technik wird seitens der Anmelderin die EP 0 525 229 A1 erachtet. Dort ist ein Druckgusskolben offenbart, dessen Kolbenkopf einteilig ausgebildet ist und der ebenfalls einen Dichtring aufweist. Gemäß dieser Schrift ist der Dichtring über eine Umfangsnut auf einer an dem Kolbenkopf angeordneten Umfangsfeder lösbar gehaltert. Der Kolbenkopf weist entlang des Umfangs seiner Stirnfläche eine Abschrägung auf. Die Fügestelle zwischen Kolbenkopf und Dichtring schließt sich daran abstandslos an. Auf Grund des hohen Druckes während des Pressvorganges dringt die Schmelze bevorzugt in den Ringspalt zwischen Dichtring und Füllkammerinnenwand, ein sogenannter Durchschuss, und in die Fügestelle zwischen Kolbenkopf und Dichtring ein, wobei bei der Fügestelle die Abschrägung des Kolbenkopfes als Leitfläche fungiert, die das schmelzflüssige Metall oder die Legierung direkt der Fügestelle zuleitet. As the closest prior art, the applicant is the EP 0 525 229 A1 considered. There, a die-cast piston is disclosed, the piston head is formed in one piece and also has a sealing ring. According to this document, the sealing ring is detachably supported via a circumferential groove on a circumferential spring arranged on the piston head. The piston head has a chamfer along the circumference of its end face. The joint between the piston head and sealing ring adjoins it without gaps. Due to the high pressure during the pressing process, the melt preferably penetrates into the annular gap between the sealing ring and Füllkammerinnenwand, a so-called bullet, and in the joint between the piston head and sealing ring, wherein at the joint, the chamfer of the piston head acts as a guide surface, the molten metal or the alloy passes directly to the joint.

Nachteilig an diesem Stand der Technik ist, dass bei einem Durchschuss des schmelzflüssigen Metalls oder der Legierung der Kolbenkopf geschädigt wird und der Verschleißring von dem Kolbenkopf nicht mehr zerstörungsfrei lösbar ist, wodurch eine Wartung des Druckgusskolbenkopfes erheblich erschwert beziehungsweise unmöglich wird. A disadvantage of this prior art is that is damaged in a shoot through the molten metal or alloy piston head and the wear ring of the piston head is no longer destructive solvable, making maintenance of Druckgusskolbenkopfes considerably more difficult or impossible.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Druckgusskolbenkopf anzugeben, der sich durch eine gegenüber dem Stand der Technik verbesserte Standzeit und Wartungsfreundlichkeit auszeichnet und keine besondere Ausführung der Füllkammer benötigt. It is therefore an object of the present invention to provide a Druckgusskolbenkopf, which is characterized by a comparison with the prior art improved durability and ease of maintenance and no special design of the filling chamber needed.

Zur Lösung dieser Aufgabe schlägt die Erfindung einen Druckgusskolbenkopf der eingangs genannten Art vor, wobei der Verschleißring an seiner der Stirnfläche zugewandten, radial einwärts gerichteten Kante einen radial einwärts gerichteten Steg aufweist. Dieser Steg bildet eine Barriere zum Schutz der in der Fügestelle zwischen dem Kolbenkopf und dem Verschleißring angeordneten Verbindungseinrichtungen gegen ein Eindringen des schmelzflüssigen Metalls, da durch die erfindungsgemäße Verlängerung und mehrfache Umlenkung der Fügestelle eindringendes Metall stirnflächennah erstarrt, somit nicht bis zu den Verbindungseinrichtungen vordringen kann und gleichzeitig die Fügestelle verschließt. Die Verbindungseinrichtungen bleiben deshalb voll funktionsfähig, wodurch die Verbindung zwischen dem Kolbenkopf und dem Verschleißring stabil bleibt und der Druckgusskolbenkopf für eine gegenüber dem Stand der Technik erhöhte Anzahl von Arbeitszyklen eingesetzt werden kann. Die Standzeit des erfindungsgemäßen Druckgusskolbenkopfes ist derart verlängert, dass ein mindestens einmaliges Abdrehen und damit ein erneuter Einsatz in einer Füllkammer mit einem geringeren Innendurchmesser möglich sind. To solve this problem, the invention proposes a die-cast piston head of the type mentioned above, wherein the wear ring has a radially inwardly directed web on its face facing the radially inwardly directed edge. This web forms a barrier to protect the arranged in the joint between the piston head and the wear ring connecting devices against ingress of the molten metal, as solidified by the inventive extension and multiple deflection of the joint penetrating metal end face, thus can not penetrate to the connecting devices and simultaneously closes the joint. The connection devices therefore remain fully functional, whereby the connection between the piston head and the wear ring remains stable and the die-cast piston head can be used for a number of working cycles which are increased compared with the prior art. The service life of the die-cast piston head according to the invention is extended in such a way that at least one twisting off and thus a renewed use in a filling chamber with a smaller inner diameter are possible.

In einer ersten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Verbindungseinrichtungen als eine an dem Kolbenkopf angeordnete Feder und eine an dem Verschleißring angeordnete Nut ausgebildet sind. Diese rotationssymmetrischen und damit in Konstruktion und Herstellung leicht umsetzbaren Verbindungsvorrichtungen erlauben eine einfache Handhabung des Druckgusskolbenkopfes, da dieser aus lediglich zwei einteiligen Bauteilen, nämlich aus dem Kolbenkopf und dem Verschleißring, aufgebaut ist. Bei einer Montage des Verschleißringes an dem Kolbenkopf werden beide Bauteile zusammengeschoben, bis die Feder die der Stirnseite abgewandte Begrenzung der Nut überspringt und in der Nut einrastet. Damit dies möglich ist, weisen die Feder eine geringe Bauhöhe und die Nut dementsprechend eine geringe Tiefe auf. In einem montierten Zustand ist die Feder zwischen den beiden Begrenzungen der Nut, also in der Nut angeordnet. In a first embodiment of the invention it is provided that the connecting means are designed as a spring arranged on the piston head and a groove arranged on the wear ring. This rotationally symmetrical and thus easy to implement in construction and manufacturing connection devices allow easy handling of the die-cast piston head, since it is composed of only two one-piece components, namely from the piston head and the wear ring. When mounting the wear ring on the piston head, both components are pushed together until the spring skips the end of the facing away from the boundary of the groove and engages in the groove. This is possible, the spring have a low height and the groove accordingly a small depth. In an assembled state, the spring between the two boundaries of the groove, that is arranged in the groove.

Des Weiteren erweist es sich als erfindungsgemäß besonders vorteilhaft, dass die Feder an ihrer der Stirnseite zugewandten, radial auswärts gerichteten Kante einen radialen Übergang aufweist und/oder der Verschleißring an seiner der Stirnseite abgewandten, radial einwärts gerichteten Kante einen radialen Übergang aufweist. Durch diese radialen Übergänge vereinfacht sich die Montage, da beim Zusammenschieben von Kolbenkopf und Verschleißring die radialen Übergänge als zwei Gleitflächen aufeinander treffen und den erforderlichen Kraftaufwand zum Überspringen der Feder erheblich reduzieren. Andererseits sind die Feder an ihrer der Stirnseite abgewandten, radial auswärts gerichteten Kante und die Nut nicht abgerundet ausgebildet, so dass ein unbeabsichtigtes Ausrasten des Verschleißringes wirkungsvoll verhindert wird. In einer alternativen Ausführungsform sind die radialen Übergänge als Abschrägungen ausgebildet. Furthermore, it proves to be particularly advantageous according to the invention that the spring on its side facing the radially outwardly facing edge has a radial transition and / or the wear ring on its side facing away from the end, radially inwardly directed edge has a radial transition. Through these radial transitions, the assembly simplifies, since when pushing together of the piston head and wear ring the radial transitions meet as two sliding surfaces and the required effort Significantly reduce skipping the spring. On the other hand, the spring on its side facing away from the end, radially outwardly directed edge and the groove are not rounded, so that an unintentional disengagement of the wear ring is effectively prevented. In an alternative embodiment, the radial transitions are formed as chamfers.

In einer zweiten Ausgestaltung der Erfindung sind die Verbindungseinrichtungen als zwei miteinander in Eingriff bringbare Gewinde, insbesondere metrische Feingewinde, ausgebildet. Der Verschleißring ist somit mit dem Kolbenkopf verschraubbar ausgebildet. Diese robuste, dauerhafte und einfach handzuhabende Art einer Verbindung ist in vielen Bereichen der Technik seit langer Zeit bekannt und gilt dort als eine der grundlegenden Verbindungsarten, stellt jedoch bei der erfindungsgemäßen Verbindung von einem Kolbenkopf und einem Verschleißring auf dem Gebiet des Druckgusses ein absolutes Novum dar. Durch den erfindungsgemäßen Steg ist die Verschraubung auch nach vielen Arbeitszyklen des Druckgusskolbenkopfes noch lösbar, wodurch bei einem verschleißbedingten Austausch nicht der gesamte teure Druckgusskolbenkopf ausgetauscht werden muss, sondern lediglich der relativ dazu kostengünstige Verschleißring. In a second embodiment of the invention, the connecting means are designed as two mutually engageable threads, in particular metric fine thread. The wear ring is thus formed screwed to the piston head. This robust, durable and easy-to-handle type of connection has been known in many fields of technology for a long time and is considered one of the basic types of connection, but represents an absolute novelty in the inventive connection of a piston head and a wear ring in the field of die casting By means of the web according to the invention, the screw connection can still be loosened even after many working cycles of the die-cast piston head, which means that the entire expensive die-cast piston head does not have to be exchanged during a wear-related replacement, but only the relatively inexpensive wearing ring.

In einer dritten Ausgestaltung der Erfindung ist mit großem Vorteil vorgesehen, dass die Verbindungseinrichtungen als eine an dem Kolbenkopf angeordnete Feder und eine an dem Verschleißring angeordnete Nut und zwei miteinander in Eingriff bringbare Gewinde, insbesondere metrische Feingewinde, ausgebildet sind. Die Kombination der beiden zuvor beschriebenen Ausführungsformen vereint die jeweiligen Vorteile. Bei der Montage dienen die Gewinde als Montagemittel, da während des Verschraubens des Verschleißringes mit dem Kolbenkopf der hierdurch generierte Vorschub in axialer Richtung die Nut wirkungsvoll und dosiert über die Feder hinweg schieben. Im montierten Zustand sorgen die Gewinde und die Nut-Feder-Kombination für eine redundante und dauerhafte Halterung des Verschleißringes an dem Kolbenkopf. Zusätzlich ist der Verschleißring im montierten Zustand gegen ein Verdrehen relativ zu dem Kolbenkopf gesichert, da eine Drehbewegung auf Grund der Gewindesteigung stets eine axiale Bewegung impliziert, diese jedoch durch die eingerastete Feder verhindert wird. In a third embodiment of the invention, it is provided with great advantage that the connecting means are designed as a spring arranged on the piston head and a groove arranged on the wear ring and two threads which can be brought into engagement, in particular metric fine threads. The combination of the two embodiments described above combines the respective advantages. During assembly, the threads serve as mounting means, as during the screwing of the wear ring with the piston head, the feed generated thereby in the axial direction, the groove effectively and metered push over the spring. When assembled, the threads and the tongue and groove combination ensure redundant and permanent retention of the wear ring on the piston head. In addition, the wear ring is secured in the assembled state against rotation relative to the piston head, since a rotational movement due to the thread pitch always implies an axial movement, but this is prevented by the latched spring.

Es erweist sich als erfindungsgemäß besonders vorteilhaft, dass der Kolbenkopf aus einer im Wesentlichen Kupfer, Nickel, Chrom und Silicium aufweisenden Legierung oder aus einer im Wesentlichen Kupfer, Cobalt, Nickel und Beryllium aufweisenden Legierung besteht. Derartige Legierung sind hochgradig wärmeleitfähig und lassen sich verschleißfest ausgestalten. Für weitere Details sei an dieser Stelle auf die Kupfer-Legierungen der Anmelderin verwiesen. Darüber hinaus sind für den Kolbenkopf erfindungsgemäß weitere Kupfer-Legierungen mit den oben angeführten Eigenschaften denkbar. It proves to be particularly advantageous according to the invention that the piston head consists of an essentially copper, nickel, chromium and silicon-containing alloy or of an essentially copper, cobalt, nickel and beryllium-containing alloy. Such alloys are highly thermally conductive and can be made wear-resistant. For further details, reference is made at this point to the copper alloys of the applicant. In addition, further copper alloys with the above properties are conceivable for the piston head according to the invention.

Mit großem Vorteil ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass der Verschleißring eine Härte gemäß der Rockwell-Skala C größer 50 aufweist. Der gegenüber dem auf einer Kupfer-Legierung basierenden Kolbenkopf deutlich härtere Verschleißring dient dem Schutz des weicheren Kolbenkopfes vor mechanischem Verschleiß auf Grund eines möglichen Verkantens beim Vorschieben des Druckgusskolbenkopfes in der Füllkammer und vor thermischer Beschädigung durch durchschießende Schmelze. With great advantage, the invention provides that the wear ring has a hardness according to the Rockwell scale C greater than 50. The compared to the copper-based piston head significantly harder wear ring is used to protect the softer piston head from mechanical wear due to a possible tilting when advancing the Druckgusskolbenkopfes in the filling chamber and against thermal damage by durchschießende melt.

In einer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Verschleißring aus einem Warmarbeitsstahl besteht und sein Außendurchmesser bis zu 0,5 mm kleiner ist als der Außendurchmesser des Kolbenkopfes. Die aus Eisen, Kohlenstoff, Silicium, Chrom, Molybdän und Vanadium bestehende Legierung des Verschleißringes zeichnet sich durch eine die Härte des Kolbenkopfes deutlich übersteigende Härte aus, die ausreichend ist, um den Kolbenkopf effektiv vor mechanischen Belastungen zu schützen und eine wirtschaftlich akzeptable Standzeit des Kolbenkopfes zu ermöglichen. Um bei Betriebstemperatur gleiche Außendurchmesser für den Verschleißring und den Kolbenkopf zu erzielen, sind im Wesentlichen zwei Umstände zu berücksichtigen. Der Wärmeausdehnungskoeffizient der Legierung des Verschleißringes ist geringer als der Wärmeausdehnungskoeffizient der Legierung des Kolbenkopfes. Allerdings ist die Wärmeleitfähigkeit der Legierung des Verschleißringes ebenfalls geringer als die Wärmeleitfähigkeit der Legierung des Kolbenkopfes, wodurch sich der Verschleißring schlechter kühlen lässt, da er nur indirekt gekühlt wird, und während dem Betrieb eine deutlich höhere Temperatur als der Kolbenkopf aufweist, was gesamthaft zu einer größeren Wärmeausdehnung des Verschleißringes führt. Bei Raumtemperatur ist deshalb der Außendurchmesser des stählernen Verschleißringes geringer zu wählen als der Außendurchmesser des Kolbenkopfes. In one embodiment of the invention, it is provided that the wear ring consists of a hot-work steel and its outer diameter is up to 0.5 mm smaller than the outer diameter of the piston head. The alloy consisting of iron, carbon, silicon, chromium, molybdenum and vanadium wear ring characterized by the hardness of the piston head significantly exceeding hardness sufficient to effectively protect the piston head from mechanical stresses and an economically acceptable service life of the piston head to enable. In order to achieve the same outer diameter for the wear ring and the piston head at operating temperature, essentially two circumstances have to be considered. The thermal expansion coefficient of the wear ring alloy is less than the thermal expansion coefficient of the piston head alloy. However, the thermal conductivity of the alloy of the wear ring is also lower than the thermal conductivity of the alloy of the piston head, whereby the wear ring can be cooled worse, since it is only indirectly cooled, and during operation has a significantly higher temperature than the piston head, which in total to a larger thermal expansion of the wear ring leads. At room temperature, therefore, the outer diameter of the steel wear ring is to be selected smaller than the outer diameter of the piston head.

In einer alternativen Ausgestaltung besteht der Verschleißring aus einer im Wesentlichen Kupfer und Beryllium aufweisenden Legierung und sein Außendurchmesser entspricht dem Außendurchmesser des Kolbenkopfes. Hierbei ist besonders vorteilhaft, dass sich der Verschleißring und der Kolbenkopf annähernd gleich stark thermisch ausdehnen. Die für stählerne Verschleißringe anzustellenden Überlegungen bezüglich der Wärmeausdehnung entfallen. Auf Grund dieser stofflichen Ähnlichkeit zwischen Verschleißring und Kolbenkopf stimmen die jeweiligen Außendurchmesser für sämtliche in der Praxis relevanten Temperaturen überein. Durch den Einsatz von speziellen Kupfer-Legierungen, insbesondere von Kupfer-Legierungen der Anmelderin, bei der Herstellung lassen sich hinreichend harte und widerstandsfähige Verschleißringe bilden, ohne Stahl zu verwenden. In an alternative embodiment, the wear ring consists of a substantially copper and beryllium-containing alloy and its outer diameter corresponds to the outer diameter of the piston head. It is particularly advantageous that the wear ring and the piston head extend approximately equally thermally. The considerations to be made for steel wear rings thermal expansion omitted. Due to this material similarity between the wear ring and the piston head, the respective outer diameters are right for everyone in practice relevant temperatures. By the use of special copper alloys, in particular of copper alloys of the applicant, in the manufacture can be sufficiently hard and resistant wear rings form, without using steel.

Die Erfindung wird in bevorzugten Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beispielhaft beschrieben, wobei weitere vorteilhafte Einzelheiten den Figuren der Zeichnungen zu entnehmen sind. The invention will be described by way of example in preferred embodiments with reference to the drawings, wherein further advantageous details are shown in the figures of the drawings.

Die Figuren der Zeichnungen zeigen im Einzelnen: The figures of the drawings show in detail:

1 einen schematischen Querschnitt eines erfindungsgemäßen Druckgusskolbenkopfes entlang seiner Zylinderachse in einer ersten Ausführungsform, 1 a schematic cross section of a Druckgusskolbenkopfes invention along its cylinder axis in a first embodiment,

2 einen schematischen Querschnitt eines erfindungsgemäßen Druckgusskolbenkopfes entlang seiner Zylinderachse in einer ersten Ausführungsform in einem demontierten Zustand, 2 a schematic cross section of a die-cast piston head according to the invention along its cylinder axis in a first embodiment in a disassembled state,

3 einen schematischen Querschnitt eines erfindungsgemäßen Druckgusskolbenkopfes entlang seiner Zylinderachse in einer dritten Ausführungsform, 3 a schematic cross section of a die-cast piston head according to the invention along its cylinder axis in a third embodiment,

4 einen schematischen Querschnitt eines erfindungsgemäßen Druckgusskolbenkopfes entlang seiner Zylinderachse in einer dritten Ausführungsform in einem demontierten Zustand und 4 a schematic cross section of a Druckgusskolbenkopfes invention along its cylinder axis in a third embodiment in a disassembled state and

5 einen schematischen Querschnitt eines erfindungsgemäßen Druckgusskolbenkopfes entlang seiner Zylinderachse in einer ersten Ausführungsform in einer Detailansicht. 5 a schematic cross section of a Druckgusskolbenkopfes invention along its cylinder axis in a first embodiment in a detailed view.

In 1 ist ein schematischer Querschnitt eines erfindungsgemäßen Druckgusskolbenkopfes für den Leichtmetalldruckguss entlang seiner Zylinderachse 11 in einer ersten Ausführungsform dargestellt. Dieser Druckgusskolbenkopf weist einen einteiligen Kolbenkopf 1 aus einer Kupfer-Legierung und einen an dem Kolbenkopf angeordneten Verschleißring 2 aus Warmarbeitsstahl auf. Erfindungsgemäß wäre auch denkbar, dass der Verschleißring aus einer Kupfer-Beryllium-Legierung besteht. Der Verschleißring 2 ist im Bereich zwischen der Stirnfläche 3 und der Mantelfläche 4 des Kolbenkopfes 1 angeordnet. Als zueinander komplementäre Verbindungseinrichtungen weisen der Kolbenkopf 1 eine Feder 6 und der Verschleißring 2 eine Nut 7 auf. Die Feder 6 und/oder die Nut 7 kann entlang ihres Umfanges ein- oder mehrfach unterbrochen sein. In 1 is a schematic cross section of a Druckgusskolbenkopfes invention for the light metal die-casting along its cylinder axis 11 shown in a first embodiment. This die-cast piston head has a one-piece piston head 1 made of a copper alloy and arranged on the piston head wear ring 2 made of hot-work steel. According to the invention it would also be conceivable that the wear ring consists of a copper-beryllium alloy. The wear ring 2 is in the area between the face 3 and the lateral surface 4 of the piston head 1 arranged. As mutually complementary connection means, the piston head 1 a feather 6 and the wear ring 2 a groove 7 on. The feather 6 and / or the groove 7 may be interrupted one or more times along its circumference.

Diese Unterbrechungen gestalten die Feder 6 und/oder die Nut 7 weniger steif, so dass bei einer Montage des Verschleißringes 2 an dem Kolbenkopf 1 lediglich reduzierte Kräfte erforderlich sind. Selbstverständlich kann die Nut 7 auch an dem Kolbenkopf 1 und die Feder 6 dementsprechend an dem Verschleißring 2 angeordnet sein. Als erfindungsgemäß besonders vorteilhaft erweist es sich, dass der Verschleißring 2 an seiner der Stirnfläche 3 zugewandten, radial einwärts gerichteten Kante einen radial einwärts gerichteten Steg 5 aufweist. Dieser Steg 5 schützt die Verbindungseinrichtungen vor dem Eindringen von schmelzflüssigem Metall oder einer schmelzflüssigen Legierung. Auf der der Stirnfläche 3 gegenüberliegenden Seite weist der Kolbenkopf 1 eine zylinderförmige Ausnehmung auf, die in 1 nicht dargestellte Befestigungsmittel zum Befestigen des Druckgusskolbenkopfes an einer Kolbenstange oder an einem Druckgusskolbenkopfträger umfasst. These interruptions shape the spring 6 and / or the groove 7 less stiff, so when mounting the wear ring 2 on the piston head 1 only reduced forces are required. Of course, the groove 7 also on the piston head 1 and the spring 6 accordingly on the wear ring 2 be arranged. It proves to be particularly advantageous according to the invention that the wear ring 2 on his face 3 facing radially inwardly directed edge a radially inwardly directed web 5 having. This jetty 5 protects the connectors from the ingress of molten metal or molten alloy. On the face 3 opposite side, the piston head 1 a cylindrical recess on in 1 not shown fastening means for securing the die-cast piston head to a piston rod or on a Druckgusskolbenkopfträger includes.

Die 2 zeigt einen schematischen Querschnitt eines erfindungsgemäßen Druckgusskolbenkopfes entlang seiner Zylinderachse 11 in einer ersten Ausführungsform in einem demontierten Zustand. Dieser Druckgusskolbenkopf ist identisch zu dem in 1 abgebildeten Druckgusskolbenkopf. Wie aus 2 sehr anschaulich hervorgeht, besteht der Druckgusskolbenkopf aus lediglich zwei Bauteilen, nämlich einem einteiligen Kolbenkopf 1 und einem einteiligen Verschleißring 2. Die Nut 7 weist entlang ihrer Bogenlänge vier, jeweils um 90° versetzt angeordnete Unterbrechungen auf. The 2 shows a schematic cross section of a Druckgusskolbenkopfes invention along its cylinder axis 11 in a first embodiment in a disassembled state. This die-cast piston head is identical to that in FIG 1 pictured die-cast piston head. How out 2 As can be seen very clearly, the die-cast piston head consists of only two components, namely a one-piece piston head 1 and a one-piece wear ring 2 , The groove 7 has along its arc length four, each offset by 90 ° arranged interruptions.

In 3 ist ein schematischer Querschnitt eines erfindungsgemäßen Druckgusskolbenkopfes entlang seiner Zylinderachse 11 in einer dritten Ausführungsform dargestellt. Der prinzipielle Aufbau des Druckgusskolbenkopfes ist sehr ähnlich zu dem in 1 gezeigten Druckgusskolbenkopf. Im Gegensatz zu der zuvor beschriebenen ersten Ausführungsform mit einer Nut 7-Feder 6-Kombination und einer nicht graphisch dargestellten zweiten Ausführungsform mit Gewinden 10 als Verbindungseinrichtungen weist die hier illustrierte dritte Ausführungsform als zwischen dem Kolbenkopf 1 und dem Verschleißring 2 wirkende Verbindungseinrichtungen eine an dem Kolbenkopf 1 angeordnete Feder 6 und eine an dem Verschleißring 2 angeordnete Nut 7 und gleichzeitig zwei miteinander in Eingriff bringbare Gewinde 10 auf. Bevorzugt handelt es sich bei den Gewinden 10 um metrische Feingewinde mit einer substanziellen Selbsthemmung. Um die Gewinde 10 gegen ein Eindringen von schmelzflüssigem Metall zu schützen, weist der Verschleißring 2 an seiner der Stirnfläche 3 zugewandten, radial einwärts gerichteten Kante einen radial einwärts gerichteten Steg 5 auf. Der Steg 5 verlagert die potenzielle Eintrittsstelle der Schmelze zwischen dem Kolbenkopf 1 und dem Verschleißring 2 von den empfindlichen Gewinden 10 weg und fungiert somit als schützende Abdeckung für die Gewinde 10 und die Nut 7-Feder 6-Kombination. Bei der Montage dienen die Gewinde 10 mit großem Vorteil als Montagehilfe. Während des Verschraubens des Verschleißringes 2 mit dem Kolbenkopf 1 bewirkt der hieraus resultierende axiale Hub der Gewinde 10, dass die Nut 7 über die Feder 6 geschoben wird und die Feder 6 in der Nut 7 einrastet. Nach dem Einrasten sorgen die Gewinde 10 und die Nut 7-Feder 6-Kombination für eine redundante und dauerhafte Verbindung zwischen dem Kolbenkopf 1 und dem Verschleißring 2. In 3 is a schematic cross section of a Druckgusskolbenkopfes invention along its cylinder axis 11 shown in a third embodiment. The basic structure of the die-cast piston head is very similar to that in 1 shown die-cast piston head. In contrast to the previously described first embodiment with a groove 7 -Feather 6 Combination and a non-illustrated second embodiment with threads 10 as connecting means, the third embodiment illustrated here, as between the piston head 1 and the wear ring 2 acting connection means on the piston head 1 arranged spring 6 and one on the wear ring 2 arranged groove 7 and at the same time two engageable threads 10 on. Preferably, the threads are 10 Metric fine thread with a substantial self-locking. To the threads 10 to protect against ingress of molten metal, has the wear ring 2 on his face 3 facing radially inwardly directed edge a radially inwardly directed web 5 on. The jetty 5 shifts the potential entry point of the melt between the piston head 1 and the wear ring 2 from the delicate threads 10 away and thus acts as a protective cover for the thread 10 and the groove 7 -Feather 6 -Combination. During assembly, the threads are used 10 with great advantage as an assembly aid. During the screwing of the wear ring 2 with the piston head 1 causes the resulting axial stroke of the thread 10 that the groove 7 over the spring 6 is pushed and the spring 6 in the groove 7 locks. After locking the threads provide 10 and the groove 7 -Feather 6 -Combination for a redundant and permanent connection between the piston head 1 and the wear ring 2 ,

Die 4 zeigt einen schematischen Querschnitt eines erfindungsgemäßen Druckgusskolbenkopfes entlang seiner Zylinderachse 11 in einer dritten Ausführungsform in einem demontierten Zustand. Dieser Druckgusskolbenkopf ist identisch zu dem in 3 abgebildeten Druckgusskolbenkopf. Wie 4 verdeutlicht, besteht der Druckgusskolbenkopf aus lediglich zwei einteiligen Bauteilen, nämlich einem Kolbenkopf 1 und einem Verschleißring 2. In dieser Darstellung sind die Gewindegänge des an dem Verschleißring 2 angeordneten Gewindes 10 besonders gut zu erkennen. Die Gewinde 10 sind bevorzugt metrische Feingewinde. Allerdings sind von der vorliegenden Erfindung auch andere Gewindetypen, beispielsweise Trapezgewinde, umfasst. The 4 shows a schematic cross section of a Druckgusskolbenkopfes invention along its cylinder axis 11 in a third embodiment in a disassembled state. This die-cast piston head is identical to that in FIG 3 pictured die-cast piston head. As 4 illustrates, the Druckgusskolbenkopf consists of only two one-piece components, namely a piston head 1 and a wear ring 2 , In this illustration, the threads of the wear ring 2 arranged thread 10 particularly easy to recognize. The threads 10 are preferred metric fine thread. However, other thread types, for example trapezoidal threads, are encompassed by the present invention.

In 5 ist ein schematischer Querschnitt eines erfindungsgemäßen Druckgusskolbenkopfes entlang seiner Zylinderachse 11 in einer ersten Ausführungsform in einer Detailansicht dargestellt. Diese verdeutlicht insbesondere den an der der Stirnseite 3 zugewandten, radial auswärts gerichteten Kante der Feder 6 angeordneten radialen Übergang 8 und den an der der Stirnseite 3 abgewandten, radial einwärts gerichteten Kante des Verschleißringes 2 angeordneten radialen Übergang 9. Bei der Montage des Verschleißringes 2 an dem Kolbenkopf 1 treffen die radialen Übergänge 8 und 9 aufeinander, fungieren als Gleitflächen und erleichtern somit das Überspringen der Feder 6. Der in 5 gezeigte Verschleißring 2 besteht aus einem Warmarbeitsstahl. Um bei Betriebstemperatur einen zu dem Außendurchmesser des Kolbenkopfes 1 identischen Außendurchmesser anzunehmen und damit den Mantel 4 optimal gegen durchschießendes schmelzflüssiges Metall zu schützen, ist der Außerdurchmesser des Verschleißringes 2 bei Raumtemperatur bis zu 0,5 mm kleiner als der Außendurchmesser des Kolbenkopfes 1. In 5 is a schematic cross section of a Druckgusskolbenkopfes invention along its cylinder axis 11 in a first embodiment shown in a detailed view. This illustrates in particular the at the front side 3 facing, radially outwardly directed edge of the spring 6 arranged radial transition 8th and at the front 3 facing away, radially inwardly directed edge of the wear ring 2 arranged radial transition 9 , When mounting the wear ring 2 on the piston head 1 hit the radial transitions 8th and 9 on top of each other, act as sliding surfaces and thus facilitate the skipping of the spring 6 , The in 5 shown wear ring 2 consists of a hot-work tool steel. At operating temperature one to the outer diameter of the piston head 1 assume identical outer diameter and thus the coat 4 To protect against molten metal passing through is the extra diameter of the wear ring 2 at room temperature up to 0.5 mm smaller than the outer diameter of the piston head 1 ,

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11: Kolbenkopf piston head
22: Verschleißring wear ring
33: Stirnfläche face
44: Mantelfläche lateral surface
55: Steg web
66: Feder feather
77: Nut groove
88th: Radialer Übergang Radial transition
99: Radialer Übergang Radial transition
1010: Gewinde thread
1111: Zylinderachse cylinder axis

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

EP 1837102 A1 [0003]
EP 1483074 B1 [0004]
EP 0423413 A2 [0004]
WO 03/074211 A1 [0005]
DE 102005048717 A1 [0006]
DE 10040578 C1 [0007]
US 4886107 A [0008]
US 2004/0020625 Al [0009]
DE 20309181 U1 [0010]
EP 0525229 A1 [0011]

Claims

Die-cast piston head for light metal die-casting, comprising a one-piece piston head ( 1 ) made of copper or a copper alloy and at least one arranged on this closed wear ring ( 2 ) of a harder material than that of the piston head ( 1 ), wherein the wear ring ( 2 ) in the region between an end face ( 3 ) and a lateral surface ( 4 ) of the piston head ( 1 ) and wherein the piston head ( 1 ) and the wear ring ( 2 ) have mutually complementary connection means, characterized in that the wear ring ( 2 ) at its end face ( 3 ) facing radially inwardly directed edge a radially inwardly directed web ( 5 ) having.

Die-cast piston head according to claim 1, characterized in that the connecting means as one on the piston head ( 1 ) arranged spring ( 6 ) and one on the wear ring ( 2 ) groove ( 7 ) are formed.

Die-cast piston head according to claim 2, characterized in that the spring ( 6 ) at its front ( 3 ) facing radially outwardly directed edge a radial transition ( 8th ) and / or the wear ring ( 2 ) at its end ( 3 ) facing away, radially inwardly directed edge a radial transition ( 9 ) having.

Die-cast piston head according to claim 1, characterized in that the connecting means as two mutually engageable thread ( 10 ), in particular metric fine thread, are formed.

Die-cast piston head according to claim 1, characterized in that the connecting means as one on the piston head ( 1 ) arranged spring ( 6 ) and one on the wear ring ( 2 ) groove ( 7 ) and two engageable threads ( 10 ), in particular metric fine thread, are formed.

Die-cast piston head according to one of the preceding claims, characterized in that the piston head ( 1 ) consists of a substantially copper, nickel, chromium and silicon-containing alloy or of an essentially copper, cobalt, nickel and beryllium-containing alloy.

Die-cast piston head according to one of the preceding claims, characterized in that the wear ring ( 2 ) has a hardness according to the Rockwell scale C greater than 50.

Die-cast piston head according to one of the preceding claims, characterized in that the wear ring ( 2 ) is made of a hot-work steel and its outer diameter is up to 0.5 mm smaller than the outer diameter of the piston head ( 1 ).

Die-cast piston head according to one of claims 1 to 7, characterized in that the wear ring ( 2 ) consists of a substantially copper and beryllium-containing alloy and its outer diameter of the outer diameter of the piston head ( 1 ) corresponds.