DE19938075A1 - Preßkolben und Verfahren zum Schmieren eines Preßkolbens - Google Patents

Abstract

Es wird ein Preßkolben, insbesondere für eine Kaltkammer-Druckgießmaschine mit Zentralschmierung und ein Verfahren zum Schmieren eines Preßkolbens bzw. der Füllkammer bereitgestellt, bei dem die Zuführung des Schmierstoffes durch eine in der Kolbenstange (3) vorgesehene Längsbohrung erfolgt und der Schmierstoff über eine Austrittsbohrung (64) in der Nähe des eigentlichen Kolbenkopfes erfolgt. Die Schmierung erfolgt zum Beginn des Zurückziehens des Preßkolbens durch die Füllkammer für einen neuen Gießvorgang. Damit wird eine gleichmäßige und ausreichende Schmierung der Füllkammer gewährleistet.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Preßkolben, insbeson­ dere für Kaltkammer-Druckgießmaschinen, nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 und ein Verfahren zum Schmieren eines Preßkolben nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 10.

Ein herkömmliches Verfahren zur Schmierung eines Preßkolbens in einer Füllkammer einer Kaltkammer-Druckgießmaschine wird nun anhand von Fig. 15 erläutert. Eine Kaltkammer-Druckgießmaschine weist eine Druckgießform 200 auf, die zwei Formhälften 201, 202 aufweist, die in geschlossenen Zustand einen Formhohlraum 203 einschließen. Der Formhohlraum 203 ist über einen Anschnitt 204 mit einer Füllkammer 205 verbunden, die ihrerseits mit einer Formhälfte 202 verbunden ist. Die Füllkammer 205 weist eine Füllöffnung 206 zum Einfüllen von flüssigem Metall 207 auf. Ein Preßkolben 1 preßt anschließend das flüssige Metall 207 in den Formhohlraum 203. Dabei gleitet der Preßkolben 1 an der Innen­ wand der Füllkammer 205 entlang. Weil im vorderen Bereich der Füllkammer 205 in Richtung zu der Druckgußform hin flüssiges Metall unter hohem Druck verarbeitet wird, ist hier eine gute Benetzung der Füllkammer mit Schmiermitteln notwendig. Bei dem herkömmlichen Verfahren wird Schmiermittel in Form von Öl oder Fett auf den Preßkolben außerhalb der Füllkammer aufgebracht, wenn dieser sich in einer in Fig. 15 dargestellten zurückgezo­ genen Stellung befindet. Es werden auch verschiedene Emulsionen (Ölgemische) benutzt, die umfangsseitig nahe bei dem vorderen Ende des Preßkolbens aufgesprüht oder mit einem Tropföler oder einem Pinsel aufgebracht werden. Alternativ werden auch Schmiermittel durch die Füllkammeröffnung 206 gegeben, insbe­ sondere Wachsgemische in Form von Prills (Wachskugeln), die dann in der warmen Füllkammer 205 aufschmelzen und so einen Schmierfilm erzeugen.

Bei all diesen Verfahren wird der Schmierstoff bzw. das Schmiermittel aber auf der Rückseite bzw. Einfüllseite der Füllkammer aufgebracht. Wichtig ist aber ein Schmierfilm in dem der Druckgießform benachbarten Bereich der Füllkammer, d. h. in Druckgußformbereich. Der Schmierstoff wird durch die Kolbenbe­ wegung beim Gießprozeß in diesen Bereich "verschleppt". Um aus­ reichend Schmierstoff im Druckgußformbereich zu haben, muß er­ fahrungsgemäß eine Überschmierung, d. h. zu viel Schmierstoff angewendet werden. Dies hat aber einen übermäßigen und unnöti­ gen Schmierstoffverbrauch zur Folge. Ferner bilden sich Ver­ brennungsgase des überschüssigen Schmierstoffs beim Kontakt mit flüssigem Metall. Diese Gase werden beim Gießprozeß durch hohe Drücke und durch die Affinität des flüssigen Metalls aufgenom­ men und lassen sich dann im fertigen Gußstück nachweisen bzw. führen hier zu einer Qualitätsverminderung.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Preßkolben und ein Verfah­ ren zum Schmieren eines Preßkolbens bzw. einer Füllkammer, ins­ besondere für eine Kaltkammer-Druckgießmaschine, bereitzustel­ len, mit dem die oben beschriebenen Nachteile vermieden werden können und insbesondere Gußstücke mit verbesserter Qualität hergestellt werden Können.

Die Aufgabe wird gelöst durch einen Preßkolben nach Patentan­ spruch 1 und ein Verfahren zum Schmieren eines Preßkolbens nach dem Patentanspruch 10. Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Weitere Merkmale und Zweckmäßigkeiten ergeben sich aus der Be­ schreibung eines Ausführungsbeispieles anhand der Figuren.

Von diesen zeigen:

Fig. 1 einen Querschnitt durch den Preßkolben gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 2 eine Querschnittsansicht des Schnittes entlang der Linie A-A in Fig. 1,

Fig. 3 eine Querschnittsansicht des Schnittes entlang der Linie B-B in Fig. 1,

Fig. 4 eine Querschnittsansicht des Schnittes entlang der Linie C-C in Fig. 1,

Fig. 5 eine Ansicht einer Draufsicht auf das hintere Ende des Preßkolbens gemäß An­ sicht X in Fig. 1,

Fig. 6 eine Querschnittsansicht des Schnittes entlang der Linie F-F in Fig. 1,

Fig. 7 eine Querschnittsansicht des Schnittes D von Fig. 1,

Fig. 8 eine Querschnittsansicht des Schnittes E von Fig. 1,

Fig. 9 eine vergrößerte Ansicht des Details "X" von Fig. 1,

Fig. 10 eine vergrößerte Ansicht des Details "X" von Fig. 1 in einer weiteren Aus­ führungsform,

Fig. 11 eine vergrößerte Ansicht des Details "X" von Fig. 1 in einer weiteren Aus­ führungsform,

Fig. 12 einen Querschnitt durch den Preßkolben gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 13 eine vergrößerte Querschnittsansicht des Schnittes entlang der Linie A-A in Fig. 12,

Fig. 14 eine vergrößerte Querschnittsansicht des Schnittes entlang der Linie B-B in Fig. 12,

Fig. 15 eine teilweise geschnittene Ansicht durch eine Kaltkammer-Druckgießmaschine mit dem Preßkolben in zurückgezogener Stellung; und

Fig. 16 eine teilweise geschnittene Ansicht ei­ ner Kaltkammer-Druckgießmaschine mit dem Preßkolben in vorgeschobener Stel­ lung.

Wie am besten aus Fig. 1 ersichtlich ist, weist ein Preßkolben 1 entsprechend einer ersten Ausführungsform der Erfindung einen Kolbenkopf in Form einer Kopfplatte 2 und eine damit verbundene Kolbenstange 3 auf. Die Kolbenstange ist bevorzugt einstückig ausgebildet. Die Kolbenstange 3 weist ein hinteres Ende 4 an der der Kopfplatte 2 abgewandten Seite auf und ein vorderes En­ de mit einer Stirnseite 5, die der Kopfplatte 2 zugewandt ist. Von dem hinteren Ende 4 bis zur Stirnseite 5 der Kolbenstange 3 erstreckt sich eine koaxiale Mittelbohrung 6, in die ein zen­ trales Rohr 7, dessen Durchmesser kleiner als der der Mittel­ bohrung ist, eingesetzt ist, so daß durch die Innenwand der Mittelbohrung 6 und die Außenwand des zentralen Rohrs 7 ein sich koaxial zur Mittenachse M erstreckender zylinderringförmi­ ger Kanal 8 gebildet ist, der in die Stirnseite 5 mündet.

Wie insbesondere aus den Fig. 1 und 2 ersichtlich ist, weist die Kolbenstange 3 an ihrer Stirnseite 5 radial von dem zylin­ derringförmigen Kanal 8 nach außen verlaufende kanalförmige Ausnehmungen auf, die in zusammengebautem Zustand des Preßkol­ bens stirnseitige Kühlkanäle 9 bilden. In dem Ausführungsbei­ spiel sind drei stirnseitige Kühlkanäle 9 vorgesehen, die je­ weils einen Winkel von 120 Grad miteinander einschließen. Es können jedoch auch weniger bzw. mehr Kühlkanäle vorgesehen sein, deren Winkelabstand dann entsprechend kleiner oder größer ist, z. B. 4 Kühlkanäle mit einem Abstand von 90° oder 6 Kühlka­ näle mit einem Abstand von 60°. Ist der Kolbenkopf sehr groß­ flächig, werden zweckmäßigerweise mehr als drei Kühlkanäle vor­ gesehen sein, um eine gleichförmige Kühlung über die ganze Flä­ che zu erreichen. In einem Abstand von der Stirnfläche 5 in Richtung auf das hintere Ende 4 hin weist die Kolbenstange 3 eine Mehrzahl von sich von dem zylinderringförmigen Kanal 8 bis an die Außenwand 10a der Kolbenstange in radialer Richtung er­ streckende Bohrungen auf, die innere Kühlkanäle 10 bilden. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel sind sechs innere Kühlkanäle 10, die jeweils einen Winkel von 60 Grad miteinander einschlie­ ßen, vorgesehen. Die stirnseitigen Kühlkanäle 9 weisen eine größere Breite auf, als die inneren Kühlkanäle 10 und diese weisen jeweils eine größere Breite auf, als der zylinderring­ förmige Kühlkanal 8.

In dem Bereich zwischen der Stirnseite 5 der Kolbenstange und den inneren Kühlkanälen 10 ist eine Dichtung 11 in Form einer Labyrinthdichtung aus Metall mit eingearbeiteten ringförmigen Einstichen zwischen dem zentralen Rohr 7 und der Innenseiten der Mittelbohrung 6 vorgesehen.

Auf die Kolbenstange 3 ist an ihrer Stirnseite 5 eine Hülse 20, die aus einem gut wärmeleitfähigen Material, wie z. B. Kupfer besteht, aufgesetzt und mit der Kolbenstange 3 in einer weiter unten beschriebenen Weise verbunden. Die Hülse 20 ist im we­ sentlichen becherförmig ausgebildet mit einem ersten, der Stirnseite 5 der Kolbenstange 3 bzw. der Kopfplatte 2 zugewand­ ten Ende 21, welches geschlossen ist und einem zweiten, dem hinteren Ende 4 der Kolbenstange zugewandten offenen Ende 22. Die Hülse 20 weist eine Länge auf, die geringfügig größer ist, als der Abstand der inneren Kühlkanäle 10 zu den stirnseitigen Kühlkanälen 9, so daß das offene Ende 22 der Hülse 20 in Längs­ richtung bis hinter die Mündungen der inneren Kühlkanäle 10 in die Außenwand 10a der Kolbenstange 3 reicht. Die Kolbenstange 3 ist im Bereich des hinteren Endes 22 der Hülse 20 so ausgebil­ det, daß die Hülse 20 mit der Außenwand 10a der Kolbenstange 3 formschlüssig abschließt. Die Hülse ist ferner so ausgebildet, daß sie an ihrer Innenwand nahe bei ihrem vorderen Ende 21 in einem auf die Kolbenstange aufgesetzten Zustand auf Höhe der stirnseitigen Kühlkanäle 9 der Kolbenstange eine ringförmige Ausnehmung besitzt, die einen ersten ringförmigen Kanal 8a mit der Kolbenstange bildet. Ferner weist die Hülse 20 auf Höhe der inneren Kühlkanäle 10 in der Innenwand eine zweite ringförmige Ausnehmung auf, die zusammen mit der Kolbenstange einen zweiten ringförmigen Kanal 8b bildet. Weiterhin weist die Hülse 20 in ihrer Innenwand eine Mehrzahl von sich von ersten ringförmigen Ausnehmung bis zu der zweiten ringförmigen Ausnehmung in axia­ ler Richtung erstreckende Ausnehmungen 12 auf. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel sind sechs Ausnehmungen 12 vorgesehen, die voneinander einen Winkelabstand von 60 Grad aufweisen. Die Hül­ se 20 ist so auf der Kolbenstange angebracht, daß die Ausneh­ mungen 12 zu den inneren Kühlkanälen 10 jeweils um 30 Grad ver­ setzt sind und daß jede zweite der Ausnehmungen 12 an der Stel­ le in die erste ringförmige Ausnehmung mündet, in die ein stirnseitiger Kühlkanal 9 mündet.

Die Hülse 20 ist mit dem Material, aus dem die Kolbenstange 3 gebildet ist, metallisch verbunden. In dem gezeigten Ausfüh­ rungsbeispiel ist sie hartverlötet. Nach dem Verbinden der Hül­ se 20 mit der Kolbenstange 3 entstehen zwischen Hülse 20 und Kolbenstange 3 die in der Stirnseite 5 der Kolbenstange 3 radi­ al verlaufenden Kühlkanäle 9, die ringförmigen Kühlkanäle 8a und 8b, sowie die in axialer Richtung verlaufenden Kühlkanäle 12. Durch die metallische Verbindung zwischen Hülse 20 und Kol­ benstange 3 sind keine Dichtungen, wie O-Ring-Dichtungen erfor­ derlich.

Die Kopfplatte 2 ist mittels eines Befestigungsmittels, in dem gezeigten Ausführungsbeispiel mittels Schrauben 30 auf der Stirnseite 5 und dem vorderen Ende 21 der Hülse 20 befestigt. Die Schrauben 30 und die zugehörigen Bohrungen sind dabei der­ art angeordnet, daß sie nicht mit den stirnseitigen Kühlkanälen 9 und dem ersten ringförmigen Kühlkanal 8a in Kontakt sind. Die Kopfplatte 2 ist an ihrem äußeren Rand in einer Richtung, die von der Kolbenstange 3 weg weist, konisch zulaufend ausgebil­ det. Die Kopfplatte 2 liegt ferner flächig auf dem vorderen En­ de 21 der Hülse 20 auf, wodurch die Stirnseite 5 der Kolben­ stange ein Widerlager zum Aufnehmen der Kräfte beim Pressen bildet. Die Kopfplatte 2 ist aus einem Material mit geringer Wärmeleitfähigkeit, wie zum Beispiel gehärtetem Warmarbeits­ stahl, gebildet. Auf der Kopfplatte 2 kann mittels Plasmasprit­ zen eine dünne Keramik-Beschichtung aufgebracht sein, deren Wärmeleitfähigkeit geringer ist als die der Kopfplatte. Die Ke­ ramikbeschichtung bildet eine weitere Temperaturbarriere, um den Übergang von Wärme aus der Schmelze auf die Kopfplatte zu erschweren. Dadurch bleibt die Schmelze länger warm.

An die Kopfplatte 2 schließt sich in Richtung zu dem hinteren Ende 4 der Kolbenstange 3 auf Höhe der stirnseitigen Kühlkanäle 9 ein erster Gleitring 40 an, der auf die Hülse 20 aufgesetzt ist. Je nach Breite des Gleitrings kann dieser auch mehr als Gleithülse bezeichnet werden. Auf Höhe der inneren Kühlkanäle 10 ist ein zweiter Gleitring 41 vorgesehen, der genauso ausge­ bildet ist wie der erste Gleitring 40 und der von dem ersten Gleitring 40 durch eine Abstandshalterhülse 42 getrennt ist. Die Kolbenstange 3 weist an ihrer Außenwand in einem Abstand von dem hinteren Ende 22 der Hülse 20 einen ringförmigen Vor­ sprung 43 auf, durch den der zweite Gleitring 41 von einem Ver­ schieben in Richtung des hinteren Endes 4 der Kolbenstange ge­ hindert wird, während der erste Gleitring 40 von einem Ver­ schieben bzw. Verrutschen in Richtung der Stirnseite 5 der Kol­ benstange durch die montierte Kopfplatte 2 gehindert wird. Die Gleitringe 40, 41 sind aus einem gut wärmeleitfähigen Material, beispielsweise aus einer Kupferlegierung gebildet. Der äußere Durchmesser der Abstandshalterhülse 42 ist geringer, als der äußere Durchmesser der Gleitringe 40, 41, so daß kein Kontakt zwischen der Füllkammer und der Abstandshalterhülse 42 besteht.

Wie insbesondere aus den Fig. 1 und 4 bis 8 ersichtlich ist, ist an dem hinteren Ende 4 der Kolbenstange 3 ein Einsatz 50 angeordnet, der die Mittelbohrung 6 abdichtet und das Ende des zentralen Rohres 7 aufnimmt. Ferner ist in einem Abstand vom hinteren Ende 4 der Kolbenstange 3 ein Einlaß 51 für ein Kühl­ mittel vorgesehen, der in mit dem Inneren des zentralen Rohres 7 über eine Bohrung 51a in der Wand des Rohres in Verbindung steht und ein Auslaß 52, der mit dem zylinderringförmigen Kanal 8 in Verbindung steht zum Abführen von Kühlmittel. Ferner ist eine zweite Bohrung 51b in der Wand des zentralen Rohres 7 in dem Abschnitt zwischen der Dichtung 11 und der Stirnseite 5 vorgesehen, die den Austritt von Kühlmittel aus dem zentralen Rohr in den zylinderringförmigen Kanal 8 und anschließend in die stirnseitigen Kühlkanäle 9 erlaubt.

Wie aus den Fig. 1 und 5 bis 11 ersichtlich ist, ist ferner parallel zur Mittenachse M und in einem Abstand von der zentra­ len Bohrung 6 eine sich von dem hinteren Ende 4 bis zu der Stirnseite 5 der Kolbenstange 3 erstreckende Bohrung 60 vorge­ sehen, die an ihren beiden Enden mittels Schrauben 61, 62, die die Bohrung abdichten, verschlossen ist. Bei kurzen Kolbenstan­ gen kann auf eine durchgehende Bohrung verzichtet werden, so daß nur von einer Seite gebohrt werden muß. In einem Abstand von dem hinteren Ende 4 der Kolbenstange ist eine sich radial von der Außenwand 10a der Kolbenstange 3 bis zu der Bohrung 60 erstreckende Bohrung 63 zum Zuführen eines Schmierstoffes in die Bohrung 60 vorgesehen. In einem Abstand von dem zweiten Gleitring 41 in Richtung zu dem hinteren Ende 4 der Kolbenstan­ ge ist eine Austrittsbohrung 64, die sich von der Bohrung 60 zu der Außenwand 10a der Kolbenstange erstreckt, als Austrittsöff­ nung für den Schmierstoff vorgesehen.

In dem in den Fig. 1, 6 und 9 dargestellten Ausführungsbei­ spiel mündet die Austrittsbohrung 64 nahe bei dem zweiten Glei­ tring 41. An dieser Stelle weist die Kolbenstange 3 eine ring­ förmige Nut 64a auf, die die Verteilung des aus der Austritts­ bohrung 64 austretenden Schmierstoffes in Umfangsrichtung des Preßkolbens entlang der Innenfläche der Füllkammer erlaubt.

In dem in den Fig. 7 und 10 dargestellten abgewandelten Aus­ führungsbeispiel ist der ringförmige Vorsprung 43 etwas weiter in Richtung auf das hintere Ende 4 der Kolbenstange 3 versetzt und die Austrittsbohrung 64 mündet in ein ringförmiges Einsatz­ stück 65, welches zwischen dem Gleitring 41 und dem Vorsprung 43 vorgesehen ist und bündig mit diesen abschließt. Das ring­ förmige Einsatzstück 65 weist eine Mehrzahl von radial verlau­ fenden Bohrungen 65a auf, über die der über die Austrittsboh­ rung 64 austretende und sich über die ringförmige Nut 64a ver­ teilende Schmierstoff in Umfangsrichtung des Preßkolbens an mehreren Stellen austreten kann. Die ringförmige Nut kann auch in dem Einsatzstück 65 vorgesehen sein.

In dem in Fig. 11 dargestellten abgewandelten Ausführungsbei­ spiel mündet die Austrittsbohrung 64 direkt an dem Vorsprung 43 der Kolbenstange und damit am zweiten Gleitring 41, so daß die­ ser noch etwas in die Austrittsbohrung 64 hinein ragt. Dies er­ möglicht den Austritt des Schmierstoffes direkt am Gleitring 41 und die Verteilung des Schmierstoffes auf diesem sowie der Füllkammerinnenfläche.

Im Betrieb wird die Kopfplatte 2, sowie die beiden Gleitringe 40, 41 mittels dem Kühlsystem gekühlt. Dazu wird in den Einlaß 51 ein Kühlmittel, wie beispielsweise Wasser oder Thermoöl, eingeführt, welches über die Bohrung 51a durch das zentrale Rohr 7 und über die Bohrung 51b und den Kanal 8 bis zur Stirn­ seite 5 der Kolbenstange fließt und von da durch die stirnsei­ tigen Kühlkanäle 9 nach außen in den ersten ringförmigen Kühl­ kanal 8a. Das Kühlmittel fließt weiterhin entlang der Ausneh­ mungen 12 in der Innenwand der Hülse zwischen Kolbenstange und Hülse 20 von dem ersten Gleitring 40 in Richtung zu dem zweiten Gleitring 41 und von dort über den zweiten ringförmigen Kühlka­ nal 8b und die inneren Kühlkanäle 10 in den zylinderringförmi­ gen Kanal 8 und von dort zu dem Auslaß 52. Die metallische La­ byrinthdichtung 11 verhindert ein Rückfließen des Kühlmittels. Das an den beiden Gleitringen 40, 41 vorbeifließende Kühlmittel kühlt somit die Gleitringe 40, 41. Die Kühlkanäle 9 im Bereich der Kopfplatte 2 sind großflächig angelegt, um eine gute Wärme­ abfuhr zu erreichen. Die Kopfplatte und die beiden Gleitringe erwärmen sich im Gießbetrieb, die überschüssige Wärme wird dann durch Kontakt mit der Kupferhülse 20 abgeführt und durch das Kühlmittel entfernt. Die Gleitringe und die Kopfplatte sind so gearbeitet, daß enge Toleranzen die Bildung eines Luftspaltes verhindern und so die Wärme abgeführt wird. Es ist auch möglich eine Wärmeleitpaste einzusetzen, um die Wärmeabfuhr zu verbes­ sern. Dies ist aufgrund der vorliegenden Konstruktion möglich, weil kein Kühlmittel mit der Wärmeleitpaste in Berührung kommt. Aufgrund der besonderen Ausbildung der Kolbenstange 3 und der Hülse 20 und der Verbindung der Hülse 20 mit der Kolbenstange 3 ist somit ein Kühlkreislauf geschaffen, der ohne Dichtungen auskommt.

Im Betrieb des Preßkolbens kann es vorkommen, daß die Gleitrin­ ge 40, 41 in der Füllkammer klemmen, weil sie sich durch den natürlichen Verschleiß eine Spalte gebildet hat, in der sich Aluminium oder Magnesium beim Preßvorgang ansammelt. Eine wei­ tere Ursache des Klemmens ist gegeben, wenn im Betrieb die Küh­ lung ausfällt oder erst gar nicht in Betrieb genommen wird. Es kann dann passieren, daß beim Zurückziehen des Kolbens durch die Hydraulik der Gießmaschine die Gleitringe und die Kopfplat­ te trotz der Schraubbefestigung abgestreift werden. In diesem Fall werden die Befestigungsschrauben überlastet und reißen, sie bilden sozusagen eine Sollbruchstelle. Es tritt aber den­ noch kein Kühlmedium aus, weil keine Öffnung oder Bruchstelle entsteht, die mit dem Kühlkreislauf auf der Innenseite der hartverlöteten Kupferhülse in Verbindung steht.

Eine zweite Ausführungsform des Preßkolbens ist in den Fig. 12 bis 14 gezeigt.

Wie am besten aus Fig. 12 ersichtlich ist, weist der Preßkolben 100 entsprechend einer zweiten Ausführungsform der Erfindung einen Kolbenkopf 102 und eine damit verbundene Kolbenstange 103 auf. Die Kolbenstange ist bevorzugt einstückig ausgebildet. Das von der Kolbenstange 103 wegweisende vordere Ende 104 des Kol­ benkopfes 102 ist an seinem äußeren Rand konisch ausgebildet und weist eine Stirnfläche auf, die senkrecht zur Längsrichtung der Kolbenstange 103 ausgerichtet ist. Die zu der Kolbenstange 103 weisende Seite des vorderen Endes 104 des Kolbenkopfes 102 weist eine erste Grundfläche 105 auf. In der Mitte der ersten Grundfläche 105 ist ein erster zylindrischer Abschnitt 106 vor­ gesehen, der einstückig mit dem vorderen Ende 104 des Kolben­ kopfes 102 verbunden ist. Der erste zylindrische Abschnitt 106 weist an seinem zu der Kolbenstange 103 weisenden Ende eine zweite Grundfläche 107 auf. Der Kolbenkopf 102 ist wie bei der ersten Ausführungsform aus einem Material mit geringer Wärme­ leitfähigkeit, wie zum Beispiel gehärtetem Warmarbeitsstahl, gebildet. Auf dem Kolbenkopf 102 kann mittels Plasmaspritzen eine dünne Keramik-Beschichtung aufgebracht sein, deren Wärme­ leitfähigkeit geringer ist als die des Kolbenkopfes 102. Wie bei der ersten Ausführungsform erläutert wurde, ist der Zweck der Keramik-Beschichtung das Bilden einer Temperaturbarriere um zu verhindern, daß Wärme übermäßig von der Schmelze auf den Kolbenkopf übergeht.

Die Kolbenstange 103 weist an ihrem zu dem Kolbenkopf 102 wei­ senden Ende eine erste Widerlagerfläche 108 auf. Von dieser er­ sten Widerlagerfläche 108 erstreckt sich eine erste zylindri­ sche Ausnehmung 109. Der Durchmesser der ersten zylindrischen Ausnehmung 109 ist dabei derart eingestellt, daß der erste zy­ lindrische Abschnitt 106 des Kolbenkopfes 102 gerade noch ohne zu verklemmen eingeführt und herausgenommen werden kann. Die Länge der ersten zylindrischen Ausnehmung 109 ist derart einge­ stellt, daß die erste Grundfläche 105 des Kolbenkopfes 102 flä­ chig auf der ersten Widerlagerfläche 108 der Kolbenstange 103 und die zweite Grundfläche 107 des ersten zylindrischen Ab­ schnittes 106 flächig auf einer Bodenfläche 110 der ersten zy­ lindrischen Ausnehmung 109 aufliegt, wenn der erste zylindri­ sche Abschnitt 106 des Kolbenkopfes 102 in die erste zylindri­ sche Ausnehmung 109 eingeführt ist.

In dem ersten zylindrischen Abschnitt 106 ist eine erste Ver­ bindungsbohrung 111 mit einem Innengewinde vorgesehen. In der Kolbenstange 103 ist eine zweite Verbindungsbohrung 112 vorge­ sehen, die an die erste Verbindungsbohrung 111 angrenzt und koaxial zu der ersten Verbindungsbohrung 111 ausgerichtet ist. An die zweite Verbindungsbohrung 112 schließt sich in der Kol­ benstange 103 koaxial eine Mittelbohrung 113 an, die sich bis zu dem von dem Kolbenkopf 102 wegweisenden Ende der Kolbenstan­ ge 103 erstreckt. In der ersten und zweiten Verbindungsbohrung ist von der Seite der Mittelbohrung 113 aus eine Schraube 114 eingeschraubt, die den Kolbenkopf 102 mit der Kolbenstange 103 - verbindet. In dem Kopf der Schraube 114 ist eine sechskantför­ mige Ausnehmung 146 vorgesehen.

An das vordere Ende 104 des Kolbenkopfes 102 schließt sich in Richtung zu der Kolbenstange 103 hin ein Gleitring 115 an, der aus einer Kupfer-Legierung gebildet ist. Der äußere Durchmesser des Gleitringes 115 ist etwas größer als der maximale äußere Durchmesser des vorderen Endes 104 des Kolbenkopfes 102. Der äußere Durchmesser des Gleitringes 115 wird dabei so gewählt, daß er dem inneren Durchmesser einer Füllkammer einer Kaltkam­ mer-Druckgießmaschine entspricht und eine gleitende Bewegung in der Füllkammer möglich ist. An dem von dem Kolbenkopf 102 weg­ weisenden Rand des Gleitringes 115 ist eine Abstandshalterhülse 116 aus Stahl angeordnet. Der äußere Durchmesser der Abstands­ halterhülse 116 ist geringer als der äußere Durchmesser des Gleitringes 115. Dadurch besteht kein Kontakt zwischen der Füllkammer und der Abstandshalterhülse 116. An dem von dem Kol­ benkopf 102 wegweisenden Ende der Abstandshalterhülse 116 ist ein zweiter Gleitring 117 vorgesehen. Der äußere Durchmesser des zweiten Gleitringes 117 entspricht dem des ersten Gleitrin­ ges 115. Der zweite Gleitring 117 ist aus einer Kupfer- Legierung gebildet.

Der Preßkolben 100 enthält weiterhin ein Kühlsystem zum Kühlen der Gleitringe 115 und 117. Das Kühlsystem enthält ein zentra­ les Rohr 118, das koaxial in der Mittelbohrung 113 angeordnet ist. Wie in Fig. 12 ersichtlich ist, mündet das zu dem Kolben­ kopf 2 weisende vordere Ende 119 des zentralen Rohres 118 in einer koaxial in der Schraube 114 vorgesehenen Durchgangsboh­ rung 120. Das vordere Ende dieser Durchgangsbohrung 120 mündet wiederum in der ersten Verbindungsbohrung 111 in dem ersten zy­ lindrischen Abschnitt 106 des Kolbenkopfes 102. Wie am besten aus Fig. 13 ersichtlich ist, stehen sechs Kanäle 121-126 in Verbindung mit der ersten Verbindungsbohrung. Die Kanäle 121-126 sind so angeordnet, daß sie sich radial nach außen erstrec­ ken. Jeweils zwei benachbarte Kanäle schließen einen Winkel von 60° miteinander ein. Die Kanäle 121-126 münden in eine erste ringförmige Vertiefung 127, die am äußeren Umfang der Kolben­ stange 103 vorgesehen ist. Die erste ringförmige Vertiefung ist in radialer Richtung durch den ersten Gleitring 115 begrenzt. Wie in Fig. 13 ersichtlich ist, weist der Kanal 121 einen er­ sten Abschnitt 128 und einen zweiten Abschnitt 129 auf. Der er­ ste Abschnitt 128 erstreckt sich von der ersten Verbindungsboh­ rung 111 durch den ersten zylindrischen Abschnitt 106 des Kol­ benkopfes 102. Daran schließt sich der zweite Abschnitt 29 an, der sich durch die Kolbenstange 103 bis zu der ersten ringför­ migen Vertiefung 127 erstreckt. Die anderen Kanäle 122-126 weisen in gleicher Weise wie der Kanal 121 jeweils zwei Ab­ schnitte auf.

Weiterhin sind in Längsrichtung der Kolbenstange 103 an ihrer Außenseite sechs oder mehr Schlitze 130-135 vorgesehen, die sich von der ersten ringförmigen Vertiefung 127 bis zu dem zweiten Gleitring 117 erstrecken. Der Abstand der Schlitze 130-135 in Umfangsrichtung ist jeweils zwischen zwei benachbarten Schlitzen 130-135 gleich groß. Diese Schlitze 130-135 mün­ den unter dem zweiten Gleitring 117 in eine zweite ringförmige Vertiefung 136. Von dieser zweiten ringförmigen Vertiefung 136 erstrecken sich sechs Kanäle 137, 138 radial zu der Mittelachse der Kolbenstange 103 und münden in die Mittelbohrung 113. Von diesen sechs Kanälen sind in Fig. 12 die Kanäle 137 und 138 ge­ zeigt. Wie am besten in Fig. 14 ersichtlich ist, ist an dem hinteren Ende der Kolbenstange 103 ein Einsatz 141 angeordnet, der die Mittelbohrung 113 abdichtet und der das Ende des zen­ tralen Rohres 118 aufnimmt. Weiterhin ist an dem Ende des zen­ tralen Rohres 118 ein Einlaß 139 vorgesehen. Wie in Fig. 14 er­ sichtlich ist, ist oberhalb des Einlasses 139 ein Auslaß 140 vorgesehen, der mit der Mittelbohrung 113 in Verbindung steht.

Wie am besten aus Fig. 13 ersichtlich ist, ist in der ersten Widerlagerfläche 108 der Kolbenstange 103 eine erste Justier­ bohrung 142 vorgesehen. Wie aus Fig. 12 am besten ersichtlich ist, ist in der ersten Grundfläche 105 des Kolbenkopfes 102 ei­ ne zweite Justierbohrung 143 vorgesehen, die koaxial zu der er­ sten Justierbohrung 142 ausgerichtet ist. In den Justierbohrun­ gen 142 und 143 ist ein Justierstift 144 eingefügt. Durch die beiden Justierbohrungen 142 und 143 und dem Justierstift 144 wird die relative Winkelposition des Kolbenkopfes 102 zur Kol­ benstange 103 derart festgelegt, daß im zusammengebauten Zu­ stand jeweils die beiden Abschnitte der Kanäle 121-126 mit­ einander in Verbindung stehen, wie in Fig. 13 gezeigt ist. Fer­ ner bildet der Justierstift 144 mit den Justierbohrungen 142, 143 eine Verdrehsicherung, beispielsweise beim Zusammenbau des Kolbens und/oder beim Ringwechsel.

Auch die zweite Ausführungsform des Preßkolbens 100 weist, wie die erste Ausführungsform, eine Einrichtung zum Zuführen von Schmierstoff in einen an den Kolbenkopf angrenzenden Bereich auf, wie aus den Fig. 12 bis 14 ersichtlich ist. In einem Abstand von der Zentralen- bzw. Mittelbohrung 113 ist eine sich von dem hinteren Ende der Kolbenstange 103 bis wenigsten in den Bereich des zweiten Gleitrings 117 erstreckende parallel zur Mittenachse M verlaufende Bohrung 160 vorgesehen, die an dem hinteren Ende der Kolbenstange mittels einer Schraube 161 dicht verschlossen ist. In einem Abstand von dem hinteren Ende der Kolbenstange 103 ist eine sich radial von der Bohrung 160 aus bis an die Außenwand der Kolbenstange erstreckende Bohrung 163 zum Zuführen eines Schmierstoffes in die Bohrung 160 vorgese­ hen. In einem Abstand von dem zweiten Gleitring 117 in Richtung zu dem hinteren Ende der Kolbenstange ist eine Austrittsbohrung 164, die sich von der Bohrung 160 zur Außenwand der Kolbenstan­ ge erstreckt, als Austrittsöffnung für den Schmierstoff vorge­ sehen.

Die in den Fig. 6 bis 11 dargestellten verschiedenen Ausfüh­ rungsformen der Mündung der Austrittsbohrung 64 des ersten Aus­ führungsbeispieles sind auch bei der zweiten Ausführungsform des Preßkolbens 100 möglich. Die erste und die zweite Ausfüh­ rungsform des Preßkolbens 1 bzw. 100 sind jeweils über eine in den Fig. 15 bzw. 16 dargestellte Leitung 70 mit einem Reser­ voir von Schmierstoff verbunden, der über eine nicht darge­ stellte Pumpe in die Bohrung 60 bzw. 160 gepumpt wird. Es ist ferner eine Steuerung zur Betätigung der Pumpe vorgesehen, die die Pumpe derart betätigt, daß der Schmierstoff zu einem Zeit­ punkt nach dem Abschluß eines Gießvorgangs und beim Zurückzie­ hen des Preßkolbens dem Preßkolben und der Füllkammer zugeführt wird. Die Zuführung des Schmierstoffs erfolgt dabei bevorzugt im Anfangsmoment des Zurückziehens des Kolbens.

Im Betrieb werden die beiden Gleitringe 115 und 117 mittels dem Kühlsystem gekühlt. Dazu wird in den Einlaß 139 ein Kühlmittel, wie z. B. Wasser oder Thermoöl, eingeführt, das durch das zen­ trale Rohr 118 bis zu der ersten Verbindungsbohrung 111 fließt und von da durch die Kanäle 121-126 radial nach außen in die erste ringförmige Vertiefung 127 fließt. Weiterhin fließt das Kühlmittel entlang der Schlitze 130 bis 135 von dem ersten Gleitring 115 zu dem zweiten Gleitring 117 und von dort über die zweite ringförmige Vertiefung und die Kanäle 137 und 138 in die Mittelbohrung 113 und von dort zu dem Auslaß 140. Das an den beiden Gleitringen 115, 117 vorbeifließende Kühlmittel kühlt somit die Gleitringe 115, 117.

Beide Ausführungsformen des Preßkolbens weisen folgende Vortei­ le auf.

Aufgrund der konischen Ausbildung des vorderen Endes des Kol­ benkopfes wird beim Preßvorgang das Metall keilförmig in Rich­ tung des ersten Gleitringes gepreßt. Wegen der geringen Wand­ dicke dieses keilförmig gepreßten Metalles erstarrt das Metall und bewirkt eine Abdichtung gegenüber der Schmelze. Weiterhin wird dadurch der Gleitring gegen Verschleiß geschützt. Durch die konische Ausbildung des vorderen Endes des Kolbenkopfes ist auch die Kontaktfläche zwischen Schmelze und erstem Gleitring gering, so daß der Schmelze nur wenig Wärme entzogen wird. Da der Kolbenkopf aus gehärtetem Warmarbeitsstahl gebildet ist, der eine geringe Wärmeleitfähigkeit aufweist, und noch mit ei­ ner keramischen Beschichtung als Wärmesperre ausgerüstet sein kann, da der Kolbenkopf nicht bzw. nur indirekt gekühlt wird, entzieht er der Schmelze keine bzw. nur sehr wenig Wärme, die für den Gießprozeß benötigt wird. Bei der ersten Ausführungs­ form werden ebenfalls die auf den Kolbenkopf 2 wirkenden Kräfte von der durch die Stirnfläche 5 der Kolbenstange 3 gebildeten Widerlagerfläche aufgenommen. Weiterhin sitzt der Kolbenkopf 102 bei der zweiten Ausführungsform mittels der Grundflächen 105 und 107 direkt auf der ersten Widerlagerfläche 108 und der Bodenfläche 110 der Kolbenstange 103 auf, so daß die Preßkräfte direkt auf die Kolbenstange 103 übertragen werden. Die Schraub­ verbindung des Kolbenkopfes 102 mit der Kolbenstange 103 mit­ tels der beiden Verbindungsbohrungen 111 und 112 und der Schraube 114 wird somit durch die Preßkräfte nicht belastet. Dadurch erhöht sich die Lebensdauer des Kolbenkopfes und der Kolbenstange. Außerdem ist durch diese Verbindung von außen ein zufälliges und selbständiges Öffnen ausgeschlossen. Weiterhin wirken die Preßkräfte und flüssiges Metall nicht direkt auf die Gleitringe, so daß der Verschleiß der Gleitringe 15, 17 redu­ ziert ist. Die lange Lebensdauer des Kolbenkopfes der Kolben­ stange und der Abstandshalterhülse tragen zu einer erheblichen Kostenersparnis beim Betrieb von Druckgießmaschinen bei. Die einfach herzustellenden Gleitringe sind sehr preiswert im Ver­ hältnis zu einem Preßkolben, der vollständig aus einer Kupfer- Legierung gebildet ist. Der Austausch der Gleitringe ist ein­ fach und schnell durchzuführen. Dazu wird bei der zweiten Aus­ führungsform mittels dem Einsatz 141 das zentrale Rohr 118 aus der Kolbenstange 103 herausgezogen. Die Schraube 114 wird mit­ tels einem Sechskantschlüssel gelöst, der in die sechskantför­ mige Ausnehmung 146 eingreift. Dann wird der Kolbenkopf 102 ab­ genommen, und die Gleitringe 115, 117 werden ausgetauscht. Die Montage erfolgt dann in umgekehrter Weise. Bei der ersten Aus­ führungsform können die Gleitringe einfach durch Anschrauben der Kopfplatte 2 ausgewechselt werden.

Die Bohrungen 60 bzw. 160 mit der Zuführungsbohrung 63 bzw. 163 für den Schmierstoff und der Austrittsbohrung 64 bzw. 164 für den Schmierstoff ermöglicht es, den Schmierstoff an der Stelle zuzuführen, an der eine gute Benetzung der Füllkammer mit Schmiermittel notwendig ist. Der Schmierstoff tritt also am Kolben aus und kann durch die zuvor genannte Pumpe zum Kolben gebracht werden.

Nun wird anhand der Fig. 15 und 16 der Betrieb des Preßkol­ bens beim Gießen mit dem erfindungsgemäßen Verfahren des Schmierens der Füllkammer bzw. des Preßkolbens beschrieben.

Fig. 15 zeigt die Kaltkammer-Druckgießmaschine in einem ersten Zustand, in dem die Hälften 201, 202 der Druckgießform zusam­ mengefahren sind und zwischen sich den Formhohlraum 203 ein­ schließen. In die Füllkammer 205 wird über die Füllöffnung 206 flüssiges Metall 207 eingefüllt. Der Preßkolben 1 bzw. 100 be­ findet sich dabei in einer ersten zurückgezogenen Stellung. Beim Druckgießen wird nun der Preßkolben 1 bzw. 100 in die Füllkammer 205 bewegt und dadurch wird das flüssige Metall durch den Druck des Preßkolbens in den Anschnitt 204 und den Formhohlraum 204 bewegt. Am Ende des Preßvorgangs und nach Er­ starren der Metallschmelze in dem Formhohlraum werden die bei­ den Gießformhälften 201, 202 auseinander gefahren, so daß ein gegossenes Teil 208 entnommen werden. Dabei befindet sich der Preßkolben 1 bzw. 100 in einer zweiten vorgeschobenen Stellung, d. h. die Füllkammer ist zusammen mit der einen Gießformhälfte 202 derart zurückgeschoben, daß der Preßkolben mit dem die bei­ den Gleitringe enthaltenden Teil aus der Füllkammer herausragt, während sich die Kolbenstange innerhalb der Füllkammer befin­ det. In diesem Zustand zu Beginn des Zurückziehens des Preßkol­ bens durch die Füllkammer wird nun eine Steuerung betätigt, die über die in den Figuren nicht dargestellte Pumpe Schmierstoff über die Zuführungsbohrung 63 bzw. 163, die Bohrung 60 bzw. 160 und die Austrittsbohrung 64 bzw. 164 in einen Bereich unmittel­ bar hinter dem zweiten Gleitring 41, 117 befördert. Der Schmierstoff tritt durch die Austrittsbohrung 64 bzw. 164 aus.

Nun wird der Preßkolben für einen neuen Gießvorgang zurückgezo­ gen und die beiden Gießformhälften wieder geschlossen. Durch das Zurückziehen des Preßkolbens wird der Schmierstoff gleich­ mäßig auf die Innenfläche der Füllkammer gebracht bzw. ver­ teilt, wobei zuviel eingebrachter Schmierstoff abgestreift wird und nicht im Füllkammerbereich zurückbleibt. Somit ergibt sich ein optimaler Schmierfilm in der Füllkammer, der für den nach­ folgenden Gießprozeß, wenn sich der Kolben wieder in seine zweite vorgeschobene Stellung bewegt, zur Schmierung des Preß­ kolbens benötigt wird. Da nur so viel Schmierstoff auf der In­ nenfläche der Füllkammer zurückbleibt, wie notwendig ist, wird auch eine übermäßige Gasaufnahme verhindert und die Gußteile werden dadurch in ihrer Qualität positiv beeinflußt. Weiter ist gewährleistet, da speziell die kritischen Stellen ebenfalls mit Schmierstoff in ausreichender Menge versorgt werden. Im Unter­ schied zu den herkömmlichen Verfahren zum Schmieren eines Preß­ kolbens erfolgt die Schmierstoffzufuhr zu einem Zeitpunkt nach dem Gießvorgang und beim Zurückziehen des Preßkolbens zur Frei­ gabe der Füllkammer für einen neuen Gießvorgang. Bevorzugt er­ folgt die Schmierstoffzufuhr zu Beginn des Zurückziehens des Preßkolbens. Dabei wird beim weiteren Zurückziehen des Preßkol­ bens der Preßkolben und die Innenfläche der Füllkammer ausrei­ chend und gleichmäßig geschmiert.

Als Schmierstoff kann Öl, Ölemulsionen, Fette oder Wachse be­ nutzt werden. Bei der Verwendung von Wachsen schmilzt der Schmierstoff bei Berührung mit der Füllkammer wie eingangs be­ schrieben auf, aber genau in den Bereichen, in denen die Schmierung des Preßkolbens am wichtigsten und sinnvollsten ist.

Claims (12)

1. Preßkolben, insbesondere für Kaltkammer-Druckgießmaschinen mit einem Kolbenkopf (2, 102) und einer mit diesem verbundenen Kolbenstange (3, 103), dadurch gekennzeichnet, daß die Kolben­ stange (3, 103) eine Einrichtung (63, 60, 64; 163, 160, 164) zum Zuführen eines Schmierstoffes in einen an dem Kolbenkopf (2, 102) angrenzenden Bereich aufweist.

2. Preßkolben nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kolbenstange (3; 103) einen Kanal (60; 160) zum Transport des Schmierstoffes von einem an das rückwärtige Ende der Kol­ benstange angrenzenden Bereich in den an den Kolbenkopf angren­ zenden Bereich aufweist.

3. Preßkolben nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich­ net, daß eine Einrichtung (64, 64a, 65, 65a; 164) zum Verteilen den Schmierstoffes in Umfangsrichtung des Kolbenkopfes (2) vor­ gesehen ist.

4. Preßkolben nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Kolbenstange (3, 103) eine im wesentlichen parallel und in einem Abstand zu ihrer Mittenachse (M) verlaufende Längsbohrung (60; 160) zum Transport des Schmierstoffes aufweist, mit einem Einlaß (63; 163) in einem dem Kolbenkopf (2, 102) abgewandten Bereich der Kolbenstange und einem Auslaß (64; 164) in einem Abstand von dem Kolbenkopf.

5. Preßkolben nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Kolbenstange (3; 103) wenigstens einen koaxialen Gleitring (41; 117) aufweist und daß die Schmier­ stoffzufuhr angrenzend an den Gleitring (41; 17) erfolgt.

6. Preßkolben nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Kolbenkopf (2; 102) eine der Kolbenstange zugewandte Grundfläche (105) aufweist und die Kolbenstange eine dem Kolbenkopf zugewandte Widerlagerfläche (108, 110) zur Auf­ nahme von auf den Kolbenkopf wirkenden Preßkräften aufweist.

7. Preßkolben nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch ge­ kennzeichnet, daß zwischen dem Kolbenkopf (2) und der Kolben­ stange (3) ein Element (20) vorgesehen ist, das so ausgebildet ist, daß zwischen dem Element (20) und der Kolbenstange (3) ei­ ne Mehrzahl von Kühlkanälen für den Transport eines Kühlmediums gebildet sind.

8. Preßkolben nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch ge­ kennzeichnet, daß eine Steuerung zum Steuern der Zufuhr des Schmierstoffes vorgesehen ist, die so ausgebildet ist, daß der Schmierstoff zu einem Zeitpunkt nach dem Abschluß eines Gieß­ vorgangs und beim Zurückziehen des Preßkolbens in einer Füll­ kammer vor dem nächsten Gießvorgang zugeführt wird.

9. Preßkolben nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Kolbenstange einstückig ausgebildet ist.

10. Verfahren zum Schmieren eines Preßkolbens für eine Kalt­ kammer-Druckgießmaschine, dadurch gekennzeichnet, daß der Schmierstoff zu einem Zeitpunkt nach dem Abschluß eines Gieß­ vorgangs und vor dem Zurückziehen des Preßkolbens in einer Füllkammer vor dem nächsten Gießvorgang zugeführt wird.

11. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Schmierstoff über einen in der Kolbenstange vorgesehenen Kanal zugeführt wird.

12. Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeich­ net, daß der Schmierstoff beim Beginn des Zurückziehens des Preßkolbens zugeführt wird.