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Die
Erfindung betrifft einen mehrteiligen Kolben für eine Kaltkammer-Druckgießmaschine.
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Der
Kolben einer Kaltkammer-Druckgießmaschine und insbesondere
der Dichtring eines solchen Kolbens ist hohen Drücken bei vergleichsweise hohen
Temperaturen der Metallschmelze ausgesetzt, so dass der Kolben und
insbesondere sein Dichtring deshalb im Betrieb sehr hohen Beanspruchungen ausgesetzt
sind, die deren Lebensdauer verkürzen, was
sich nachteilig auf die Produktivität der Gießmaschine auswirkt, wenn Verschleißteile des
Kolbens gewechselt werden müssen
und die Gießmaschine hierzu
stillgesetzt werden muss.
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Aus
der deutschen Auslegeschrift 1 080 739 ist ein ungekühlter, mehrteiliger
Kolben bekannt, dessen geschlitzter Dichtring in einer Ringaussparung am
Umfang eines niederdruckseitig an der Kolbenstange der Druckgießmaschine
zu befestigenden ersten Kolbenteils angeordnet ist. Auf der Hochdruckseite
des ersten Kolbenteils ist ein die hochdruckseitige Kolbenstirn
bildender zweiter Kolbenteil mit einer zentralen, axialen Schraube
abnehmbar befestigt. Der zweite Kolbenteil begrenzt die den Dichtring
aufnehmende Ringaussparung zur Hochdruckseite hin und enthält in Umfangsrichtung
verteilt eine Vielzahl Kanäle,
die in einen Ringspalt zwischen der Ringaussparung und dem Innenumfang
des Dichtrings führen.
In den Ringspalt unter dem Gießdruck einfließende Metallschmelze
zwängt
den Dichtring nach radial außen
gegen die Innenwand des Gießzylinders.
Auf diese Weise kann die Abdichtung des sich im Betrieb abnutzenden
Dichtrings verbessert werden. Allerdings hat sich gezeigt, dass
die in den Teilungsflächenspalt
zwischen den beiden Kolbenteilen einfließende und dort erstarrende
Schmelze das Trennen der beiden Kolbenteile erschwert und im Einzelfall
auch unmöglich
macht, insbesondere wenn die Schmelze bis an die Befestigungsschrauben
vordringt.
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Es
ist Aufgabe der Erfindung, einen mehrteiligen Kolben für eine Kaltkammer-Druckgießmaschine
zu schaffen, der sich nach Gebrauch leichter als bisher in seine
Komponenten trennen lässt.
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Die
Erfindung geht von einem mehrteiligen Kolben für eine Kaltkammer-Druckgießmaschine aus,
welcher umfasst:
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- – einen
niederdruckseitig an einer axial in einem Gießzylinder verschiebbaren Kolbenstange
der Druckgießmaschine
zu befestigenden, ersten Kolbenteil,
- – einen
lösbar
an dem ersten Kolbenteil angeschraubten, hochdruckseitig eine Kolbenstirn
bildenden, zweiten Kolbenteil und
- – einen
den ersten oder/und den zweiten Kolbenteil zumindest teilweise axial überlappenden
Dichtring.
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Die
erfindungsgemäße Verbesserung
ist dadurch gekennzeichnet, dass der Außenumfang der Teilungsfläche zwischen
dem ersten und dem zweiten Kolbenteil bezogen auf den hochdruckseitigen Dichtflächenrand
des Dichtrings zur Niederdruckseite hin axial versetzt ist oder/und
der erste Kolbenteil mehrere in Umfangsrichtung verteilt angeordnete, axiale
Durchgangslöcher
aufweist, durch die hindurch der zweite Kolbenteil mittels Befestigungsschrauben
an dem ersten Kolbenteil angeschraubt ist.
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Der
Erfindung liegt die Überlegung
zugrunde, den äußeren Rand
der Teilungsfläche
oder/und die freiliegenden Mündungen
der Durchgangslöcher axial
zur Niederdruckseite des Kolbens hin zu verlegen, um so die Drosselwirkung
des Kolbens bei der Druckminderung der Metallschmelze auszunutzen. Auf
diese Weise kann verhindert werden, dass die Metallschmelze bis
in den Gewindebereich der Befestigungsschrauben vordringt und dort erstarren kann,
was ansonsten zu unlösbar
verbackenden Schraubverbindungen führen würde. Da die beiden Kolbenteile
wie auch der Dichtring lösbar
miteinander verbunden sind, können
die Materialien dieser Komponenten dem jeweiligen Zweck der Komponenten entsprechend
gewählt
werden. Insbesondere die beiden Kolbenteile können aus unterschiedlichen
Materialien, insbesondere hinsichtlich der Festigkeit und der Wärmeleitfähigkeit
unterschiedlichen Materialien hergestellt werden.
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In
einer bevorzugten Ausgestaltung ist der Dichtring als geschlitzter
Dichtring, insbesondere mit einem Stufenschlitz versehener Dichtring
ausgebildet und die Teilungsfläche
zwischen dem ersten und dem zweiten Kolbenteil ist bezogen auf den
niederdruckseitigen Rand des Dichtrings mit axialem Abstand zur
Niederdruckseite hin versetzt. Da die Teilungsfläche vollständig auf der Niederdruckseite
des Dichtrings liegt, lässt
sie sich besonders einfach abdichten. Der niederdruckseitige Überstand
des zweiten Kolbenteils erlaubt das Anbringen eines in den Dichtring
zur Drehsicherung eingreifenden Sicherungsstifts. Der Dichtring
behält
damit im Betrieb stets die gleiche Winkellage relativ zum Gießzylinder, was
den Abrieb mindert und die Dichtwirkung verbessert. Es versteht
sich, dass der Sicherungsstift gegebenenfalls auch an dem ersten
Kolbenteil befestigt sein kann und zum Dichtring auf den zweiten
Kolbenteil hinübergreift.
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In
der Hochvakuum-Gießtechnik
werden besonders hohe Anforderungen an die Abdichtung des Kolbens
relativ zum Gießzylinder
gestellt. In einer bevorzugten Ausgestaltung mit besonders guten
Dichteigenschaften ist vorgesehen, dass der vorstehend erstgenannte
Dichtring an dem zweiten Kolbenteil axial fixiert ist, dass die
Teilungsfläche
in einer den Außenumfang
des ersten Kolbenteils umschließenden
und zumindest über
einen Teil ihrer axialen Erstreckung überlappenden Ringaussparung
endet und dass in der Ringaussparung ein zweiter Dichtring angeordnet
ist. Der erste Dichtring ist als geschlitzter Dichtring angeordnet,
so dass er auf den zweiten Kolbenteil aufgeschnappt werden kann.
Der zweite Dichtring, der zur Verbesserung der Dichtwirkung in axialem
Abstand von dem ersten Dichtring angeordnet ist, kann bei voneinander
getrennten Kolbenteilen in die Ringaussparung des ersten Kolbenteils
eingebaut werden.
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Bevorzugt
handelt es sich bei dem zweiten Dichtring um einen geschlitzten,
außerhalb
des Druckzylinders auf ein Übermaß radial
auffedernden Dichtring. Der zweite Dichtring ist damit in der Lage, den
Kolben nicht nur gegenüber
dem Gießzylinder abzudichten
sondern auch radial in dem Gießzylinder zu
führen.
Dies ist insbesondere von Vorteil, wenn die radialen Führungseigenschaften
des ersten Dichtrings zugunsten einer Optimierung der Dichteigenschaften
des ersten Dichtrings vernachlässigt
sind.
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Der
radial auffedernde Dichtring hat bevorzugt an seinem hochdruckseitigen
Außenrand
einen Einfädelkonus,
so dass der Kolben bei Beginn des Gießhubs bis über den zweiten Dichtring hinaus
aus dem Gießzylinder
herausgezogen werden kann. Auf diese Weise kann ein hohes Gußvolumen
erreicht werden, ohne den Gießzylinder
entsprechend verlängern
zu müssen.
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Der
zweite Dichtring ist zur Verbesserung seiner Führungseigenschaften in axialer
Richtung zweckmäßigerweise
breiter als der erste Dichtring. Auch der zweite Dichtring ist bevorzugt
als geschlitzter Dichtring ausgebildet, wobei seine den Schlitz
bildenden Ränder
wenigstens eine in Umfangsrichtung vorstehende Zunge und einer der
Zunge in Umfangsrichtung gegenüberliegende
Aussparung bilden, in die die Zunge axial eng passend, jedoch in
Umfangsrichtung beweglich eingreift. Bevorzugt bildet jeder der
beiden den Schlitz bildenden Ränder
des zweiten Dichtrings zumindest je eine Zunge. Die hierdurch entstehende
Mäanderstruktur
erlaubt es, in axialer Richtung relativ breite Dichtringe hinreichend
dicht zu bekommen.
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Die
Teilungsfläche
kann in einer den Außenumfang
sowohl des ersten als auch des zweiten Kolbenteils umschließenden und
beide Kolbenteile axial überlappenden
Ringaussparung enden. Der Dichtring kann hierbei als in der Ringaussparung
axial fixierte Dichtbuchse ausgebildet sein. Selbst wenn die Dichtbuchse
nicht geschlitzt und damit nicht radial federnd ausgebildet ist,
so kann sie bei hinreichend engen Toleranzen den Kolben wirksam
gegen den Gießzylinder
abdichten. Auf diese Weise lässt
sich ein einfacher und kostengünstiger
Kolben schaffen, bei welchem die vergleichsweise breite Dichtbuchse aus
einer Kupferlegierung bestehen kann, während der erste Kolbenteil
und gegebenenfalls auch der zweite Kolbenteil aus einem kostengünstigeren
Material, wie zum Beispiel Stahl, bestehen kann.
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Der
Kolben lässt
sich kostengünstig
herstellen, wenn der erste Kolbenteil als Buchse ausgebildet ist,
in deren Wand die axialen Durchgangslöcher für die Befestigungsschrauben
vorgesehen sind. Um den Kolben einerseits stabil mit der Kolbenstange verbinden
zu können
und andererseite die Wandstärke
der Buchse dennoch zur Aufnahme der Durchgangslöcher hinreichend dick bemessen
zu können, ist
zur Befestigung des Kolbens an der Kolbenstange zweckmäßigerweise
eine Bajonettverbindung vorgesehen. Eine geeignete Bajonettverbindung
ist beispielsweise in
US 5 233
912 beschrieben. Ein zum Aufschnappen auf einen gekühlten Kolben
geeigneter, geschlitzter Dichtring ist in
EP 0 422 413 A2 beschrieben.
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Im
Folgenden werden Ausführungsbeispiele der
Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Hierbei zeigt:
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1 einen Axiallängsschnitt
durch ein Ausführungsbeispiel
eines erfindungsgemäßen geteilten Kolbens
einer Kaltkammer-Druckgießmaschine;
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2 einen Axiallängsschnitt
durch einen Teil einer Variante des Kolbens;
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3 einen Axiallängsschnitt
durch einen Teil einer zweiten Variante des Kolbens;
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4 einen Axiallängsschnitt
durch einen Teil einer dritten Variante des Kolbens und
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5 eine Radialansicht eines
Dichtrings des Kolbens aus 4.
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Der
in
1 dargestellte kappenförmige Kolben
1 einer
Kaltkammer-Druckgießmaschine
umfasst einen als Buchse ausgebildeten ersten Kolbenteil
3,
der über
eine Bajonettverbindung
5, wie sie beispielsweise in
US 5 233 912 beschrieben
ist, lösbar an
einer in einem Gießzylinder
7 der
Gießmaschine axial
verschiebbaren Kolbenstange
9 befestigt ist. An dem ersten
Kolbenteil
3 ist hochdruckseitig ein zweiter Kolbenteil
11 angeschraubt,
der das bei
13 angedeutete Ende der Kolbenstange
9 überdeckt
und eine den Hochdruckraum des Gießzylinders
7 begrenzende
Stirnwand
15 des Kolbens
1 bildet. Der zweite
Kolbenteil
11 enthält
eine zentrische Aussparung
17, deren Boden durch die Stirnwand
15 gebildet
ist und zusammen mit dem Ende
13 der Kolbenstange
9 einen Kühlmittelraum
19 zur
Kühlung
des Kolbens
1 und insbesondere seiner Stirnwand
15 begrenzt.
Das Kühlmittel
wird über
bei
21 und
23 angedeutete Kanäle der Kolbenstange
9 zu-
bzw. abgeführt.
Einzelheiten eines geeigneten Kühlsystems
sind in
EP 0 423 413
A2 und in
US 5 233 912 beschrieben.
US 5 233 912 beschreibt
auch Einzelheiten einer geeigneten Konstruktion der Bajonettverbindung
5.
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Am
Außenumfang
des zweiten Kolbenteils 11 ist eine Ringaussparung 25 vorgesehen,
in der ein an der Innenwand des Gießzylinders 7 anliegender Dichtring 27 sitzt.
Zur Hochdruckseite hin endet die Ringaussparung 25 an einer
Ringschulter 29 des zweiten Kolbenteils 11. Niederdruckseitig
wird die Ringaussparung 25 durch eine hochdruckseitige Stirnfläche 31 des
ersten Kolbenteils 3 begrenzt, die einer bei 33 angedeuteten
Teilungsfläche
zwischen den beiden Kolbenteilen 3, 11 folgt.
Die Teilungsfläche 33 liegt
damit am niederdruckseitigen Stirnende des Dichtrings 27.
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Für die lösbare Verbindung
der beiden Kupplungsteile 3, 11 sind in der Wand
des niederdruckseitigen Kupplungsteils 3 mehrere, hier
sechs in Umfangsrichtung gleich verteilte, axial verlaufende Durchgangslöcher 35 vorgesehen,
durch die hindurch von der Niederdruckseite her Schraubbol zen 37 in
Gewindesacklöcher 39 des
zweiten Kolbenteils 11 eingeschraubt sind. Die Schraubbolzen 37 spannen
die beiden Kolbenteile 3, 11 flächig gegeneinander.
Eine am radial inneren Umfang der Teilungsfläche 33 vorgesehene
Ringdichtung 41 dichtet die Teilungsfläche kühlmitteldicht ab.
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Da
die Teilungsfläche 33 auf
der Niederdruckseite des Dichtrings 27 gelegen ist und
die Schraubbolzen 37 von der Niederdruckseite her in zur
Hochdruckseite geschlossene Sacklochgewinde 39 eingeschraubt
sind, reicht der Betriebsdruck der Schmelze nicht aus, um in den
Gewindebereich der Schraubbolzen 37 einzudringen. Die Schraubbolzen 37 backen
damit im Gießbetrieb
nicht fest und können
auch nach Gebrauch des Kolbens problemlos für den Tausch einzelner Komponenten
des Kolbens 1, insbesondere des Dichtrings 27 oder
des hochdruckseitigen Kolbenteils 11 problemlos gelöst werden.
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Der
Dichtring
27 kann axial geschlitzt sein, beispielsweise
als Stufenschlitz ausgebildet sein, wie er in
EP 0 423 413 A2 beschrieben
ist; es kann sich aber auch um einen ringförmig geschlossenen Dichtring
handeln. Von Vorteil ist es auch, wenn der Außenmantel des Ringkörpers des
Dichtrings
27 nahe seinem hochdruckseitigen axialen Ende
eine zur Anlage an der Innenmantelfläche des Gießzylinders
7 bestimmte
schmale Anlage-Ringfläche
44 hat,
die sich wie bei
43 angedeutet, zur Niederdruckseite hin verengt.
Ein solcher Dichtring erzeugt, wenn er als geschlitzter, radial
federnder Dichtring ausgebildet ist, im Bereich seiner vergleichsweise
schmalen, hochdruckseitigen Dichtfläche
44 auf Grund seines großen Federungsvolumens
vergleichsweise hohe Dichtkräfte.
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In
einer Variante des Dichtrings 27 kann dieser sowohl mit
axialem als auch radialem Spiel in der Ringaussparung 25 angeordnet
sein, wenn die als Schulter 29 hochdruckseitig vorstehende
Stirnwand 15 zwischen ihrem axialen Überstand 45 und dem Gießzylinder 7 einen
Ringspalt 47 begrenzt, in welchem auf Grund der Kühlung der
Stirnwand 15 im Betrieb die Schmelze erstarren kann und
auf diese Weise zusätzlich
für eine
Abdichtung des Dichtrings 27 sorgt.
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Im
Folgenden werden Varianten des Kolbens aus 1 beschrieben. Gleichwirkende Komponenten
sind mit den Bezugszahlen der 1 bezeichnet und
zur Unterscheidung mit einem Buchstaben versehen. Zur Erläuterung
des Aufbaus und der Wirkungsweise wird auf die Beschreibung der 1 Bezug genommen. Anhang
von 1 erläuterte Varianten,
insbesondere des Dichtrings, treffen auch auf die nachfolgend erläuterten
Versionen des Kolbens zu.
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2 zeigt einen Kolben 1a,
bei welchem sich die Ringaussparung 25a nahezu über die
gesamte axiale Erstreckung der beiden Kolbenteile 3a und 11a,
jedoch wenigstens über
drei Viertel der Länge
des Kolbens 1a erstreckt. In die Ringaussparung 25a ist
eine ringförmig
geschlossene Buchse 27a eingesetzt, die von den Schultern 29a und 31a des
Kolbenteils 11a bzw. 3a axial fixiert wird. Die
Teilungsfläche 33a verläuft etwa
im mittleren Drittel der axialen Erstreckung der Ringaussparung 25a.
Auch in dieser Variante sind die beiden Kolbenteile 3a, 11a durch mehrere
am Umfang verteilte Schraubbolzen 37a lösbar miteinander verbunden,
wobei die Schraubbolzen 37a von der Niederdruckseite des
Kolbenteils 3a her in Sacklochgewinde 39a des
Kolbenteils 11a eingeschraubt sind.
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Die
Buchse 27a ist ringförmig
geschlossen und ist mit engen Toleranzen an den Innendurchmesser
des Gießzylinders 7a angepasst.
Die Buchse 27a besteht zweckmäßigerweise aus einer Kupferlegierung,
während
zumindest der Kolbenteil 3a, vorzugsweise aber auch der
Kolbenteil 11a aus Stahl besteht. Auf der Hochdruckseite
des Kolbens kann zwischen einem Überstand 45a der
Stirnwand 15a und dem Gießzylinder 7a ein Spalt 47a gebildet
sein, in welchem zur Verbesserung der Dichtwirkung die Schmelze
erstarren kann. Auch der Kolben 1a ist entsprechend dem
Kolben der 1 gekühlt und
ist durch eine Bajonettverbindung 5a mit der Kolbenstange 9a lösbar verbunden.
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3 zeigt einen Kolben
1b,
der sich durch die Art der Fixierung seines Dichtrings
27b von
den Kolben der
1 und
2 unterscheidet. Der Dichtring
27b ist
entsprechend dem in
US 5 233
912 oder
EP 0
423 413 A2 beschriebenen Dichtring nahe der hochdruckseitigen
Stirn des Kolbenteils
11b angeordnet und als in Form eines
Stufenschlitzes geschlitzter, radial federnder Dichtring ausgebildet,
der mit einer inneren Umfangsnut
49 auf einen radial abstehenden
Ringsteg
51 des hochdruckseitigen Kolbenteils
11b aufgeschnappt
ist. Zwischen dem Dichtring
27b und dem zur Hochdruckseite
gelegenen Umfangsbereich kann ein zum Druckraum des Gießzylinders
7b offener
Ringspalt
53 vorgesehen sein, der sich im Betrieb mit erstarrtem
Schmelzematerial füllen
kann und den Dichtring
27b zur Erhöhung der Dichtwirkung nach
radial außen
zwängt.
Auch kann der Dichtring
27b ähnlich
1 im Bereich seines hochdruckseitigen
Außenrands
eine verglichen mit der axialen Ringdicke schmalen Auflagebereich
44b versehen
sein und sich im Übrigen
zur Niederdruckseite wie bei
43b angedeutet verjüngen.
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Die
Teilungsfläche 33b ist
gegenüber
dem Dichtring 27b mit Abstand von diesem zur Niederdruckseite
hin versetzt und in dem zwischen der Teilungsfläche 33b und dem Dichtring 27b verbleibenden
Materialbereich des Kolbenteils 11b ist in einer Bohrung 55 ein
formschlüssig
in eine nicht näher
dargestellte Aussparung des Dichtrings 27b eingreifender
Sicherungsstift 57 eingesetzt, der den Dichtring 27b gegen
Verdrehen sichert. Auf diese Weise werden gleichbleibende Einlaufeigenschaften
des Dichtrings 27b sichergestellt.
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4 zeigt einen für den Metallguss
unter Hochvakuum geeigneten, besonders gut abdichtenden Kolben 1c mit
einem hochdruckseitigen, in Form eines Stufenschlitzes geschlitzten
Dichtring 27c, der entsprechend der Beschreibung zu 3 mit einer inneren Ringnut 49c auf
einen äußeren Ringsteg 51c des
hochdruckseitigen Kolbenteils 11c aufgeschnappt ist. Zur
Erläuterung
wird auf die Beschreibung entsprechender Bezugszahlen in 3 verwiesen.
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Während der
hochdruckseitige Dichtring 27c an dem Kolbenteil 11c fixiert
ist, sitzt ein niederdruckseitiger Dichtring 59 in einer
Ringaussparung 61 des wiederum über eine Bajonettverbindung 5c mit
der Kolbenstange 9c lösbar
verbundenen Kolbenteils 3c. Zur Niederdruckseite hin bildet
die Aussparung 61 für die
axiale Fixierung des Dichtrings 59 eine Schulter 63.
Auf der Hochdruckseite wird der Dichtring 59 durch eine
Stirnfläche 65 fixiert,
die in dieser Position der Teilungsfläche 33c folgt.
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Der
Dichtring 59 ist radial federnd ausgebildet und hat außerhalb
des Gießzylinders 7c ein
radiales Übermaß, so dass
er beim Einführen
des Kolbens 1c in den Gießzylinder 7c radial
gespannt wird. An seinem hochdruckseitigen Rand hat der Dichtring 59 eine
konische Einfädelschräge 67,
so dass er auch im Dauerbetrieb der Kaltkammer-Druckgießmaschine
bei zurückgezogenem
Kolben 1c aus dem Gießzylinder 7c austreten
kann. Dies verkürzt
die für ein
vorgegebenes Gießvolumen
erforderliche Baulänge
des Gießzylinders.
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5 zeigt eine Draufsicht
auf den verglichen mit dem Dichtring 27c axial vergleichsweise langen
Dichtring 59, der im dargestellten Ausführungsbeispiel nahezu die gesamte
axiale Länge
des Kolbenteils 3c einnimmt. Der Dichtring 59 ist
aus einer federnden Kupferlegierung hergestellt und trägt an jeder
der sich in Umfangsrichtung gegenüberliegenden Kanten 69, 71 in
Umfangsrichtung vorstehende Zungen 73, denen jeweils Aussparungen 75 des
anderen Schlitzrands gegenüberliegen.
Die Zungen 73 greifen in axialer Richtung eng passend,
jedoch beweglich in jeweils eine der Aussparungen 75 ein,
so dass sich insgesamt eine mäanderförmige axiale
Dichtung ergibt.