DE2414118C3 - Halterung für den Zylinder einer Einspritzpumpe an Warmkammerdruckgießm aschinen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Halterung für den Zylinder einer Einspritzpumpe an Warmkammerdruckgießmaschinen, wobei der Zylinder und die ihn umgebende Halterung aus Werkstoffen mit unterschiedlichen Ausdehnungskoeffizienten bestehen und die Halterung eine geneigte, ringförmige Fläche zur Zentrierung des Zylinders aufweist.

Hierbei wird aus Gründen der Wärme- und Abriebfestigkeit für den Zylinder vielfach hartes Keramikmaterial verwendet, während seine Halterung aus Gußeisen besteht. Daher hat letztere einen höheren Ausdehnungskoeffizienten als der Zylinder, so daß im Betrieb ein Spalt zwischen Zylinder und Halterung entsteht, der eine exzentrische Verlagerung des Zylinders gegenüber dem Kolben zuläßt und starke Abnutzung bis zur Zerstörung zur Folge hat.

Aus der GB-PS 1 337 974 und der US-PS 3777 943 sind Halterungen der obigen Art bekannt, bei denen der Zylinder sich an seinem oberen oder an seinem unteren Ende mit einer geneigten Ringfläche an einer entsprechenden Sitzfläche abstützt, dagegen an seinem anderen Ende mit einer waagerechten Stirn- oder Ringfläche an einer entsprechenden Gegenfläche aufsitzt. In diesen Fällen geht daher bei unterschiedlichen Dehnungen von Zylinder und Halterung zumindest an den waagerechten Sitzflächen die Zentrierung des Zylinders verloren, weshalb mit der nur einseitig vorgesehenen Zentrierung des Zylinders durch geneigte Stützflächen der obenerwähnte Nachteil nicht zu beheben ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Anordnung so zu verbessern, daß der Zylinder stets eine genaue konzentrische Lage zur Halterung beibehält, auch wenn diese sich in der Wärme unterschiedlich ausdehnen.

Gegenstand der Erfindung Lst eine Halterung der eingangs angegebenen Art, die nach dem Grundgedanken der Erfindung dadurch gekennzeichnet ist, daß die Halterung zwei geneigte, ringförmige Flächen aufweist, wobei die Verlängerungen der Flächen sich

*5 in oder nahe bei dem für die Wärmespannung neutralen Punkt schneiden, der auf der Zylinderachse innerhalb des Zylinders liegt, und daß die den geneigten Flächen entsprechenden Gleitflächen des Zylinders an diesen selbst oder an den Zylinder umgebenden Führungsringen vorgesehen sind, wobei dann Zylinder und Führungsringe aus Werkstoffen von im wesentlichen gleichen Ausdehnungskoeffizienten bestehen. Hierfür sieht die Erfindung drei verschiedene Ausführungsformen vor, wie sie in den Unteransprüchen

»5 gekennzeichnet sind.

Da bei allen Ausführungsformen die Verlängerungen der Berührungsflächen, die eine Relativbewegung des Zylinders und des feststehenden Rings gestatten, sich miteinander in oder nahe eines neutralen Punktes der Wärmeausdehnung des Zylinders schneiden, wenn der Zylinder und der feststehende Ring in genauer konzentrischer Lage zueinander gehalten, unabhängig davon, daß sie aus Werkstoffen mit unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten hergestellt sind, so daß auf diese Weise die eingangs erwähnten Nachteile vermieden werden.

Nachstehend ist die Erfindung an Hand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt Fig. 1 im Schnitt eine Einspritzpumpe mit einer Halterung gemäß der Erfindung,

Fig. 2 A, 2B und 2C die Wärmedehnung bei der Halterung der Fig. 1 im Vergleich zu zwei Anordnungen mit unterschiedlichen Neigungswinkeln, Fig. 3 A und 3B schematische Darstellungen zur Erläuterung des Verhaltens der in Fig. 2B und 2C gezeigten Anordnungen,

Fig. 4 einen der Fig. 1 entsprechenden Schnitt einer abgewandelten Ausführungsform, Fig. 5 einen Ausschnitt aus Fig. 5, der die thermisehen Verformungen des Zylinders veranschaulicht, und

Fig. 6 einen Teil einer anderen Abwandlung der Erfindung im Längsschnitt.

Wie aus Fig. 1 hervorgeht, ist ein Kolben Aa am unteren Ende der Kolbenstange 4 durch einen Bolzen Ad befestigt, der sich durch den Kolben An hindurch erstreckt. Das obere Ende des Bolzens Ad ist mn dem unteren Ende der Kolbenstange 4 durch einen Querstift bzw. Splint Ae verbunden. In gleichen Abständen sind in der äußeren Umfangsfläche des Kolbens Aa Nuten 15 ausgebildet, die sich vom Boden des Kolbens Aa bis zu einem Zwischenpunkt desselben erstrecken. Wenn demnach der Kolben Aa aufwärts bewegt wird, läßt er geschmolzenes Metall durch die Nuten 15 in die Pumpe fließen, wie durch einen Pfeil in Fig. 2 angedeutet ist.

Zwischen der Außenfläche des Zylinders 5 und der Innenfläche einer Zy'inderbohrung5ii sind obere und

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untere Führungsringe 6a und 6b und eine feststehende Halterung 6c angeordnet. Um zu verhindern, daß das geschmolzene Metall die Führungsringe 6a und 6b berührt, sind elastische Dichtringe 18 und 19 gegen die Oberseite des oberen Führungsringes 6a und die Unterseite des unteren Führungsrings 6b mittels eines zylindrischen Spanngliedes 7 gepreßt.

Der Zylinder 5 ist aus einem Werkstoff hergestellt, der eine hohe Festigkeit gegen. Abnutzung und Wärmeschock und einen verhältnismäßig niedrigen Wärmeausdehnungskoeffizienten besitzt, zum Beispiel Keramik, während die Führungsringe 6a und 6b aus einem Werkstoff gefertigt sind, der im wesentlichen denselben Wärmeausdehnungskoeffizienten wie der Zylinder 5 besitzt, zum Beispiel Wolfram und Molybdän. Die feststehende Halterung 6 c besteht aus einem Werkstoff, der im wesentlichen denselben Wärmeausdehnungskoeffizienten wie der Körper 3a der Pumpe hat, wobei dieser Koeffizient größer als der des Zylinders 5 und der Führungsringe 6a und 6b ist.

Die Berührungsflächen zwischen den Führungsringen 6a und 6b und der Halterung 6c sind gegen die Horizontale geneigt. Verlängerungen (strichpunktiert eingezeichnet) dieser geneigten Berührungsflächen schneiden sich im Punkt Q auf den Achsen des Kolbens und des Zylinders, wobei der Punkt Q der neutrale oder Bezugspunkt der Wärmeausdehnung des Zylinders 5 ist, das ist der Punkt, in dem Linie n, die durch die Anfangs- und Endlagen irgendeines Punktes des Zylinders S verlaufen, sich schneiden, wenn der betreffende Punktsich infolge der Wärmeausdehnupg verlagert, sobald der Zylinder erhitzt wird, derart, daß jeder seiner Punkte auf dieselbe Temperatur gebracht wird.

Solange wie die Scheitel der beiden Kegel, die t urch die Verlängerungen der geneigten Berührungsflächen bestimmt sind, nahe dem Bezugspunkt Q liegen, sind die Neigungswinkel der oberen und unteren Berührungsflächen nicht notwendigerweise gleich groß.

Ein elastischer Dichtungsring 17 ist zwischen der Oberseite des Pumpenkörpers 3« und der Unterseite des zylindrischen Spanngliedcs 7 eingelegt, um zu verhindern, daß geschmolzenes Metal) in den Spalt zwischen dem Körper 3a und den Führungsringen 6a und 6b fließt.

Fig. 2 A, 2 B und 2C dienen der Erläuterung, wann die oberen und unteren Stirnflächen des Zylinders 5 und der oberen und unteren Führungsringe 6a und 6b wegen des Unterschieds in den Wärmeausdehnungen aus der Flucht kommen.

Gemäß der Darstellung in Fig. 2 A, die der Ausführung der Fig. 1 entspricht, fällt der Scheitel des Kegels, der von den Verlängerungen der Berührungsflächen zwischen dem oberen Führungsring 6a und der Halterung 6c gebildet wird, im wesentlichen mit dem Scheitel des Kegels zusammen, der von der Verlängerung der Berührungsfläche zwischen dem unteren Führungsring 6b und der Halterung 6c gebildet wird, und diese beiden Scheitel liegen in oder dicht bei dem neutralen Punkt Q des Zylinders 5, so daß infolge Wärmeausdehnung ein Spalt ti gebildet wird zwischen der Innenfläche der Halterung 6c und der Außenfläche des Zylinders 5 sowie Spalte >\ gebildet werden zwischen den Außenflächen Ulm Führungsringe 6a und 6/> und der Innenfläche der Zylinderbohrung 5a. Die Verlängerungen der Berührungsflächen zwischen der Halterung 6c und den Fühl ungslineen 6a und 6/j schneiden sich in oder nahe dem neutralen Punkt Q. Da der Zylinder 5 und die Führungsringe 6a und 6b aus Werkstoffen hergestellt sind, die im wesentlichen den gleichen Wärmeausdehnungskoeffizienten besitzen, haben die oberen und

unteren Berührungsflächen der Halterung 6c das Bestreben, sich längs der Linien Ll und Ll in Fig. 3 nach außen auszudehnen. Als Ergebnis liegen die Stirnflächen des Zylinders 5 und der Führungsringe 6a und 66 stets in denselben waagerecnten Ebenen, selbst wenn sie eine Wärmeausdehnung erfahren.

Gemäß der Darstellung in Fig. 2B sind die Neigungswinkel der Berührungsflächen kleiner ausgeführt als diejenigen bei der Darstellung in Fig. 2A, so daß die Scheitel Ql und Ql der Kegel von dem

'5 neutralen Punkt Q aus nach oben und unten verlagert sind. Infolgedessen werden bei Wärmeausdehnung die Stirnflächen der Führungsringe 6a und 6b um das Maß (3 über die Stirnflächen des Zylinders 5 vorspringen.

^ao Bei der Darstellung in Fig. 2C sind die Neigungswinkel der Berührungsflächen größer ausgeführt als diejenigen in Fig. 2A, so daß die Scheitel Ql und QZ der Kegel von dem neutralen Punkt aus nach unten und oben verlagert sind und die Stirnflächen der

^a5 Führungsringe 6a und 6b in waagerechten Ebenen enden, die um das Maß /4 kürzer als die Stirnflächen des Zylinders 5 sind. Hierbei ist jedoch zu beachten, daß der Abstand ;4 nicht durch Wärmeausdehnung wie der Abstand /3 bewirkt wird, sondern dadurch bedingt ist, daß die Führungsringe 6a und 6b sich bewegen, um die Spalte auszufüllen, die zwischen den Berührungsflächen der Halterung 6c und der Führungsringe 6a und 6b entstehen, wie unten noch näher beschrieben wird.

Fig. 3 A und 3B entsprechen den Darstellungen in Fig. 2 B und 2C und zeigen die relative Lage des Führungsringes 6a und der Halterung 6c, wenn diese eine Wärmeausdehnung erfahren.

So bezieht sich Fig. 3A auf einen Fall, bei dem die Neigung der Berührungsfläche klein ist, wobei hier der mit dem Führungsring 6a in Berührung stehende Zwischenring 6c als ein Dreieck 21 angedeutet ist. Es ist angenommen, daß der Scheitel 21a des Dreiecks 21 an der unteren Stirnfläche des Führungsringes 6a anliegt, wobei eine Linie LQ den Scheitel 21a und den neutralen oder Bezugspunkt Q verbindet. Um die Beschreibung zu vereinfachen, sei nun angenommen, daß die Wärmeausdehnung des Führungsrings 6a Null ist. Wenn dann der Zwischenring 6c eine Wärmeausdehnung erfährt, bewegt sich das Dreieck 21 längs der Linie LQ nach rechts oben, etwa in die Lage 21', so daß die Berührungsfläche des Führungsrings 6a nach oben gedrückt wird, wie gestrichelt angedeutet ist.

Ist dagegen die Neigung der Berührungsfläche groß, wie in Fig. 3B dargestellt, so bewegt sich der Scheitel 21a des Dreiecks 21 längs der Linie LQ nach rechts oben in eine Lage 21', in der ein Spalt /4 zwischen der unteren Stirnfläche des Führungsrings 6a und dem Scheitel 21' gebildet wird.

Die vorstehend beschriebene Erfindung hat die folgenden Vorteile:

1. Obwohl bei Wärmeausdehnung Spalten ti und ti entstehen, wie in Fig. 3 A gezeigt, bewegen ^h die Fühlungsringe 6« und 6b nicht relativ zum Zylinder 5, so daß die Stirnflächen der Führungsringe 611 und 6/j stets in derselben waagerechten Ebene wie die Stirnfläche des Zvlin-

clcrs 5 bleiben, weswegen das geschmolzene Metall nicht an der elastischen Dichtung eindringen kann.

2. Die Erfindung ermöglicht eine Vereinfachung in der Formgebung der Bestandteile und gestattet, für die Bestandteile, vom Zylinder abgesehen, Werkstoffe zu verwenden, die besser als Keramikmatcrial zu verarbeiten sind. Beispielsweise können die Führungsringe 6« und 6/) aus Wolfram oder Molybdän gefertigt werden. Demzufolge ist es möglich, einfache Maschinenstähle und billige Werkstoffe zu verwenden, wodurch die Herstellungskosten der Einspritzpumpe herabgesetzt weiden.

3. Wenn der Zylinder, der in der Herstellung am teuersten ist, eine komplizierte Gestali erhält, steigen seine Fertigungskosten stark an. Aus diesem Grunde haben die zahlreichen Vorschläge, die bisher zur Lösung derselben Aufgabe, wie sie der Erfindung zugrunde liegt, kein befriedigendes Ergebnis gezeigt, wegen ihrer mangelnden Brauchbarkeit und Wirtschaftlichkeit. Fernerwird der Zylinder gewöhnlich im Warmpreßverfahren hergestellt, so daß es bei einer von der zylindrischen abweichenden Gestalt des Zylinders schwierig ist, den warmgepreßten Werkstoff homogen zu erhalten, was Vci formung und Bruch des Zylinders im Gebrauch zur Folge hat. Gemäß der vorliegenden Erfindung ist eine Verformung des Umfangteils des Zylinders .v infolge Wärmeausdehnung dadurch verhindert, daß dem Zylinder eine zylindrische Gestalt gegeben ist und der Gegenwirkung infolge von thermischer Verlagerung des Umfangteils des Zylinders vorgebeugt ist, indem dafür gesorgt ist, daß die Verlängerung der Berührungsflächen zwischen den Führungsringen und der Halterung sich miteinander in oder nahe dem neutralen Punkt des Zylinders schneiden.

Bei der in Fig. 4 und 5 dargestellten abgewandelten Ausführungsform ist der untere Führungsring der obigen Ausführungsform ein integrierender Teil des Zylinders. So ist hier der aus Keramik gefertigte Zylinder 5 an seinem unteren Ende als Führungsteil mit geneigten Gleitflächen ausgebildet. Der Führungsteil weist entsprechend dem Führungsring 6b der vorangehenden Ausführungsform eine aufwärts geneigte Fläche S an seinem oberen Ende auf. Der obere Führungsring 21 gleicht dem oben beschriebenen Führungsring 6ί/. Verlängerungen der geneigten Flächen S und T des Führungsteils 20 bzw. des Führungsrings 21 schneiden sich gegenseitig in odei nahe dem neutralen Punkt Q auf dei Achse des Zylinders. Eine Halterung 22, /um Beispiel aus einem Eisenwerkstoff, besitzt eine innere Form, die die Außenflächen des Zylinders 5, seines Führungsteil· 20 und des Führungsrings 21 eng umgiht. Elastische Zwischenringe 24, 25 und 26 sind vorgesehen, um zu verhindern, daß das geschmolzene Metall die Berührungsflächen erreicht, und sind in ihrer Lage mit Hilft eines Spannrings 27 und von Bolzen 28 festgehalten Bei Erwärmung dehnen sich der Zylinder 5 und dei

'5 feststehende Ring 22 in radialer und axialer Richtung in bezug auf den Punkt Q aus. Wegen, des Unterschieds .n den Wärmeausdehnungskoeffizienten bilden sich Spalte /1 und ti zwischen dem Zylinder um der Halterung aus. Zugleich wird an den Bcrührungs stellen zwischen den geneigten Flächen S und T unc den zugeordneten Flächen der Halterung, obwohl sich diese ebenfalls ausdehnen, kein Spalt gebildet, weil diese zusammenwirkenden Flächen sich in derselben Richtung ausdehnen, so daß die Mittelachse des Zylindeis nicht verlagert wird.

Bei einer weiteren Ausführungsform, die in Fig. ( dargestellt ist, ist der aus keramischem Werkstoff bestehende Zylinder 40 mit geneigten Flächen an seiner entgegengesetzten Enden versehen, und Führungsringe 41 und 42, aus demselben Werkstoff wie dei Grundkörper 3« der Pumpe, zum Beispiel Gußeisen hergestellt, sind mit geneigten Flächen versehen, dit den geneigten Flächen des Zylinders 40 angepaßt sind Der Führungsring 41 ist am Grundkörper 3e angeschraubt. Wiederum ist die Konstruktion so beschaffen, daß die Verlängerungen der geneigten Flächer sich miteinander in oder nahe dem neutralen Punkt Q schneiden. Diese Ausführungsform arbeitet in dei gleichen Weise wie die Ausführungsformen nach Fig. 1 und 4, ist jedoch einfacher im Aufbau. Bei die scr Ausführungsform ist es vorteilhaft, den innerer Durchmesser der Führungsringe ein wenig größe] als denjenigen des Zylinders zu machen oder der Hub des Kolbens (nicht dargestellt) so zu begren

♦5 zen, daß er innerhalb der axialen Länge der Innen fläche des Zylinders liegt, damit der Kolben nich längs der Innenflächen der Führungsringe gleitet kann.

Hierzu 5 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Halterung für den Zylinder einer Einspritzpumpe an Warmkammerdruckgießmaschinen, wobei der Zylinder und die ihn umgebende Halterung aus Werkstoffen mit unterschiedlichen Ausdehnungskoeffizienten bestehen und die Halterung eine geneigte, ringförmige Fläche zur Zentrierung des Zylinders aufweis.t, dadurch gekennzeichnet, daß die Halterung (6c, 22, 41, 42) zwei geneigte, ringförmige Flächen aufweist, wobei die Verlängerung der Flächen sich in oder nahe bei dem für die Wärmespannung neutralen Punkt (Q) schneiden, der auf der Zylinderachse innerhalb des Zylinders liegt, und daß die den geneigten Flächen entsprechenden Gleitflächen des Zylinders an diesen selbst oder an den Zylinder umgebenden Führungsringen vorgesehen sind, wobei dann Zylinder und Führungsringe aus Werkstoffen von im wesentlichen gleichen Ausdehnungskoeffizienten bestehen.

2. Halterung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Führungsringe (6b, 6a) unter- und oberhalb der feststehenden Halterung (6c) vorgesehen sind.

3. Halterung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Ende des Zylinders (5) als Führungsteil (20) mil geneigten Gleitflächen ausgebildet ist, während das andere Ende von einem Führungsring (21) umgeben ist.

4. Halterung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei Ausbildung des Zylinders (40) mit geneigten Gleitflächen an seinem oberen und seinem unteren Ende die Halterung durch zwei feststehende Ringe (41,42) mit entsprechend geneigten Flächen gebildet ist.