DE3890863C2

DE3890863C2 -

Info

Publication number: DE3890863C2
Application number: DE3890863A
Authority: DE
Inventors: Shingo Nogami; Toshinori Yashiro; Toshio Okitsu; Kiyoshi Furushima; Itsuo Kitakyusyu Fukuoka Jp Korenaga
Original assignee: Hitachi Metals Ltd
Current assignee: Proterial Ltd
Priority date: 1987-10-07
Filing date: 1988-10-06
Publication date: 1993-07-15
Anticipated expiration: 2008-10-07
Also published as: GB2228696B; WO1989003263A1; GB8912932D0; US5010946A; GB2228696A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Gießbehälter gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1, insbesondere zur Verwen dung in einer Druckgießmaschine für Nichteisen-Metalle, z. B. für Aluminiumlegierungen.

Im allgemeinen enthält eine Druckgießmaschine vom Kaltkammer- Typ als Gießeinrichtung einen horizontalen zylinderi schen Gießbehälter mit einer Einlaßöffnung in einer oberen Seitenwand des Zylinders und nahe seinem Ende, wobei ge schmolzenes Metall in den Zylinder durch die Einlaßöffnung hineingeführt und in den Formhohlraum mit Hilfe eines gleitend im Zylinder bewegbaren Gießkolbens injiziert wird, die mit dem Zylinder kommuniziert. Da das geschmolzene Metall direkt auf die innere Oberfläche des Zylinders, insbe sondere gerade unterhalb der Einlaßöffnung fällt, kommt es vor, daß die innere Zylinderoberfläche in diesem Teil einer Erosion unterworfen wird und daß sie sich aufgrund des glei tenden Kontakts mit dem Gießkolben abnutzt. Wird die innere Oberfläche des Zylinders durch diese Erosion und Abnutzung beschädigt, so gelangt das geschmolzene Metall in einen Spalt zwischen dem Zylinder und dem Kolben, was dazu führt, daß sich der Gleitwiderstand des Kolbens erhöht. Hierdurch redu ziert sich wiederum die Injektionsrate, was nicht nur zu ei ner Verschlechterung der Qualität der Injektionsprodukte führt, sondern auch zu einer Verminderung der Produk tivität und zu einer weiteren Vergrößerung der Beschädigung der inneren Zylinderoberfläche. Wird eine große Menge an Schmiermittel zur Reduzierung des Gleitwiderstands zwi schen dem zylindrischen Gießbehälter und dem Gießkolben sowie zur Verhinderung von Ablagerungen benutzt, so könnte dieses Mittel als Ver unreinigung in das geschmolzene Metall gelangen, was wie derum zu einer Verschlechterung der Produktqualität führen würde.

In Anbetracht dieser Probleme wurden Zylinder aus nitrier tem Stahl mit einer Härte von H_RC 65 (H_V 832) oder derglei chen konventionell benutzt. Die Verwendung von solchem ni triertem Stahl vermindert den Verschleiß und die Erosion der inneren Oberfläche des Zylinders, ist jedoch unbefrie digend im Hinblick auf die Beständigkeit bzw. Haltbarkeit des Zylinders und im Hinblick auf die Qualität der Produk te, die unter Verwendung eines derartigen Zylinders gegos sen werden.

Demzufolge wurden verschiedene Vorschläge unterbreitet, um einen Druckgießzylinder zu schaffen, bei dem ein hitzebe ständiger und verschleißfester Keramikzylinder in einem Stahlzylinder fixiert ist, und in den ein Kolben einführbar ist.

Die US-PS 36 64 411 offenbart einen gattungsgemäßen Gießbehälter mit einem Metallgehäuse und einer Keramikeinlage mit guter Korrosionswiderstandsfähigkeit gegenüber geschmolze nem Metall und guter thermischer Ermüdungsfestigkeit, wobei die Keramikeinlage eine äußere Oberfläche mit leicht kege liger Form und das Gehäuse eine innere Oberfläche mit einer kegeligen Form aufweisen, die komplementär zu der der Ein lage ist, so daß die Einlage und das Gehäuse als eine Preß passung zusammengefügt sind, derart, daß die Einlage durch das Gehäuse an allen Positionen entlang seiner Längser streckung getragen wird.

Die japanische Offenlegungsschrift Nr. 53-70034 offenbart eine Druckgießeinrichtung mit einem Schmelzinjek tionszylinder, in welchem eine Mehrzahl von separaten kera mischen Rohrstücken montiert ist.

Ferner offenbart die japanische Offenlegungsschrift Nr. 61-67 555 ein Injektionsrohr für den Gießvorgang, das eine Dualstruktur mit einem Innenzylinder und einen Au ßenzylinder aufweist, zwischen denen ein Kühlwassermantel vorhanden ist.

Die japanische Offenlegungsschrift Nr. 61-1 03 658 offenbart einen Injektionszylinder für eine Druckgießma schine mit einem Zylinderkörper, in den ein Kolben einge setzt ist, und mit einem inneren Zylinder aus einem Nicht eisen-Metallmaterial mit extrem hoher Hitzebeständigkeit und Verschleißfestigkeit, beispielsweise aus Keramik oder Cermet, der unter geeignetem Druck in den Zylinderkörper eingepaßt ist, und zwar wenigstens nahe der Einlaßöffnung für geschmolzenes Metall, wobei der Zylinderkörper wenig stens einen Weg zur Einführung eines Heizmediums aufweist.

Die oben beschriebenen Strukturen, bei denen Keramikinnen zylinder in die Zylinderkörper eingepaßt sind, sind wirksam im Hinblick auf die Verbesserung der Verschleißfe stigkeit und Korrosionsfestigkeit der Zylinder jedoch tritt der Nachteil auf, daß sich die Temperatur des geschmolzenen Metalls, das in die Zylinder eingeführt wird, verringert. Bei einem Druckgießverfahren ist es erforder lich, daß der Gießbehälter eine hohe Wärmeisolation aufweist, insbesondere eine Hochtemperatur-Halteeigenschaft zusätz lich zu den oben erwähnten Eigenschaften, um eine Tempera turabnahme des geschmolzenen Metalls zu verhindern, da der Gießvorgang im allgemeinen unter Bedingungen ausgeführt wird, bei denen sich die Temperatur eines geschmolzenen Me talls so nahe wie möglich an seiner Verfestigungstemperatur befindet. Im Hinblick hierauf weist der Zylinder, an dem ein Keramikinnenzylinder befestigt ist, leicht verbesserte Wärmewiderstands- und Temperaturhalteeigenschaften im Ver gleich zu konventionellen Stahlzylindern auf, jedoch kann er nicht die Anforderungen erfüllen, die das Druckgießverfahren an ihn stellt.

Wird darüber hinaus geschmolzenes Metall in den Gießbehälter eingefüllt, so wird vorzugsweise ein unterer Teil desselben, der in Kontakt mit dem geschmolzenen Metall kommt, aufge heizt. Aufgrund der Differenz der thermischen Ausdehnung zwi schen dem unteren und dem oberen Teil des Gießbehälters neigt der Zylinder dazu, sich nach oben zu biegen. Es ist daher wahrscheinlich, daß Risse und Brüche im Keramikinnenzylinder auftreten. Um dieses Problem zu lösen, ist es erforderlich, seine Wärmeisolations- und Temperaturhalteeigenschaften zu verbessern. Ist genauer gesagt der Keramikinnenzylinder, der dem Temperaturanstieg aufgrund des Kontakts mit dem geschmol zenen Metall unterliegt, hinreichend gegenüber dem Metall außenzylinder wärmeisoliert, so unterliegt der äußere Metall zylinder nur einer kleinen Temperaturerhöhung, so daß das Durchbiegen des Gießbehälters aufgrund der Differenz der thermischen Expansion minimiert werden kann.

Aus der JP-A-52-44 726 ist ein gattungsähnlicher Gießbehälter bekannt, bei dem Kühlkanäle außerhalb des Außenzylinders vor gesehen sind. Wenngleich durch diese Ausbildung eine übermä ßige Erwärmung dieses Zylinders vermieden werden kann, so steht dieser doch mit seiner gesamten Innenfläche mit dem in neren, keramischen Zylinder in Kontakt, wodurch ein erhöhter Wärmefluß durch den Außenzylinder möglich ist, und damit der Schrumpfsitz verringert wird.

Die JP-B-50-31 533 weist zwar in Übereinstimmung mit der er findungsgemäßen Vorrichtung Luftkanäle zwischen einem inneren und einem äußeren Zylinderelement auf, dabei ist jedoch das innere Zylinderelement nicht aus Keramik hergestellt und die Luftzufuhr dient zur Erwärmung des Zylinders.

Ausgehend von dem gattungsgemäßen Gießbehälter liegt der Er findung die Aufgabe zugrunde, die Wärmeisolationsfähigkeit zu verbessern, um ein Abkühlen der in dem Gießbehälter einge füllten Schmelze so weit wie möglich zu vermeiden. Gleichzei tig soll ein Bruch des Innenzylinders aufgrund unzulässiger Kräfte vermieden werden.

Diese Aufgabe wird durch die im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Die Gießbehälter nach der vorliegenden Erfindung zei gen gute Wärmeisolations- und Temperaturhalteeigen schaften aufgrund der besonders ausgebildeten Hohlräume an der Grenze zwischen dem metallischen Außenzylinderelement und dem keramischem In nenzylinderelement. Da sich der Temperaturanstieg des me tallischen Außenzylinderelements nach Einfüllen des ge schmolzenen Metalls herunterdrücken läßt, kann die Diffe renz in der thermischen Expansion zwischen einem unteren Teil des Zylinders, mit dem das geschmolzene Metall in Kon takt steht, und einem oberen Teil des Zylinders, mit dem das geschmolzene Metall nicht in Kontakt steht, klein ge halten werden. Im Ergebnis läßt sich somit die aufwärts ge richtete Deformation bzw. Aufwärtsverbiegung des Zylinders wirksam vermeiden. Dies wiederum führt zu einem wirkungs vollen Ausschluß des Bruchs des keramischen Innenzylinder elements.

Ferner lassen sich aufgrund seiner guten Wärmeisolations- und Temperaturhalteeigenschaften Fehlläufe vermeiden, und zwar auch für Gußprodukte mit sehr dünnen Teilen, so daß hochqualitative Druckgußprodukte erhalten werden.

Da es ferner nicht erforderlich ist, die Temperatur des ge schmolzenen Metalls sehr hoch anzuheben, lassen sich die Oxidation des geschmolzenen Metalls, der Anstieg des Gasan teils und andere Nachteile, die üblicherweise beim Aufhei zen auf sehr hohe Temperaturen auftreten, drastisch verrin gern.

Da ein Bruch des keramischen Innenzylinderelements verhin dert werden kann, weist der gesamte Zylinder eine drastisch erhöhte Lebensdauer auf.

Der Gießbehälter nach der vorliegenden Erfindung mit den oben beschriebenen Merkmalen eignet sich insbesondere zum Einsatz bei Druckgießmaschinen vom Kaltkammertyp zur Verarbeitung von Nichteisenmetallen, beispielsweise zur Verarbeitung von Aluminiumlegierungen.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen weiter erläutert.

Fig. 1 ist ein Vertikalquerschnitt einer Druckgießmaschine mit einem Gießbehälter nach einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;

Fig. 2 ist ein vergrößerter Teilquerschnitt, der Hohlräume zeigt, die an einer Grenze zwischen einem metallischen Au ßenzylinderelement und einem keramischen Innenzylinderele ment des Gießbehälters nach einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung vorhanden sind;

Fig. 3 ist ein vergrößerter Teilquerschnitt, der Hohlräume nach einem anderen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Er findung zeigt;

Fig. 4 ist eine graphische Darstellung zur Erläuterung der Temperaturabnahme des keramischen Innenzylinderelements und des metallischen Außenzylinderelements, wobei (a) einen Fall zeigt, bei dem keine Hohlräume vorhanden sind, während (b) einen Fall zeigt, bei dem Hohlräume vorhanden sind;

Fig. 5(a) ist ein Teilquerschnitt eines keramischen Innen zylinderelements, dessen Außendurchmesser in einem vorderen Endteil l vergrößert ist;

Fig. 5(b) ist ein Teilquerschnitt eines metallischen Außen zylinderelements, dessen Innendurchmesser in einem vorderen Endteil l des Gießbehälters reduziert ist;

Fig. 6 ist ein Vertikalquerschnitt einer Druckgießmaschine mit einem Gießbehälter nach einem weiteren Ausfüh rungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; und

Fig. 7 ist ein Vertikalquerschnitt eines Gießbehälters in Übereinstimmung mit einem noch weiteren Ausführungsbei spiel der vorliegenden Erfindung.

Die Fig. 1 zeigt eine Druckgießmaschine mit einem Gießbehäl ter nach einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfin dung. Die Druckgießmaschine enthält einen stationären Träger 1, einen Gießbehälter 2, der lösbar am stationären Träger 1 befestigt ist, eine feste Aufspannplatte 3, die am stationä ren Träger 1 befestigt ist, und eine bewegbare Aufspannplatte 4, die relativ zur festen Aufspannplatte 3 bewegbar ist. Die bewegbare Aufspannplatte 4 ist mit einer Vertiefung 5 verse hen, während die feste Aufspannplatte 3 ein Mundstück 6 auf weist, über den der Formhohlraum 5 mit dem Gießbehälter 2 kom muniziert.

Der Gießbehälter 2 wird durch ein metallisches Außenzylinder element 21 und ein keramisches Innenzylinderelement 22 gebil det und weist eine Einlaßöffnung 23 für geschmolzenes Metall an seiner oberen Seitenwand und in der Nähe seines hinteren Endteils auf. Ein Gießkolben 7 ist vom hinteren Ende gleitend in den Gießbehälter 2 eingesetzt. Der Gießkolben 7 gleitet innerhalb des Gießbehälters 2 zurück und nach vorn, und zwar mit Hilfe einer Kolbenstange 8.

Bei einem Gießbehälter 2 mit einem derartigen Aufbau wird ge schmolzenes Metall in den Gießbehälter 2 über die Einlaßöff nung 23 hineingegeben und mit Hilfe des Gießkolbens 7 in Richtung der Aufspannplatte gedrückt (siehe 7a). Das ge schmolzene Metall wird durch den Gießkolben 7 in den Formhohlraum 5 gedrückt und verfestigt sich dort, so daß ein Druckgußprodukt einer gewünschten Form erhalten wird.

Bei der vorliegenden Erfindung ist eine Mehrzahl von Hohlräu men 24 an einer Grenze zwischen dem metallischen Außenzylin derelement 21 und dem keramischen Innenzylinderelement 22 vorhanden. Fig. 2 zeigt ein bevorzugtes Beispiel, bei dem jeder Hohlraum 24 die Form einer Furche bzw. Rinne mit halbkreisförmigem Querschnitt aufweist. Dabei erfüllen die Breite "a" (Durchmesser des halbkreisförmigen Querschnitts) und der Abstand "b" zwischen benachbarten Hohlräumen 24 die folgende Beziehung:

a/b = 1 : 1 - 6 : 1 (1)

Nähert sich das Verhältnis a/b dem Wert 1, so zeigen die Hohlräume 24 einen kleineren Wärmeisolationseffekt (Tempe raturhalteeffekt), während bei a/b kleiner als 1 : 1 die obi gen Wirkungen unzureichend sind. Wird andererseits a/b grö ßer, so wirkt eine größere Scherkraft auf das keramische Innenzylinderelement 22 durch eine Kompressionskraft infol ge des Schrumpfsitzes des Außenzylinderelements 21 auf dem keramischen Innenzylinderelement 22. Um einen Bruch des In nenzylinderelements 22 zu vermeiden, liegt die obere Grenze von a/b bei 6 : 1.

Andererseits sollte im Hinblick auf die Beziehung zwischen der Dicke "t" des keramischen Innenzylinderelements 22 und der Breite "a" eines jeden Hohlraums 24 vorzugsweise fol gende Bedingung erfüllt sein:

a ≦ t (2)

Ist a < t, so wirkt eine zu große Scherkraft auf das kera mische Innenzylinderelement 22, wodurch sich die Wahr scheinlichkeit erhöht, daß das Innenzylinderelement 22 zer stört wird. Sind dagegen die Hohlräume 24 zu klein, so las sen sich eine hinreichende Wärmeisolation und Tempera turbeibehaltung nicht mehr erreichen, auch wenn die obigen Bedingungen erfüllt sind. Daher ist die Breite (Durchmes ser) "a" der Hohlräume 24 vorzugsweise 1 mm oder mehr.

Die Hohlräume 24 sind vorzugsweise Furchen bzw. Rinnen, die durch eine Mehrzahl kreisförmiger Furchen bzw. Rinnen oder durch eine spiralförmige Furche bzw. Rinne gebildet sein können. Sie lassen sich alternativ aber auch durch eine Mehrzahl von Furchen bzw. Rinnen bilden, die sich in longi tudinaler Richtung entlang des Zylinders erstrecken. In je dem der genannten Fälle sollten allerdings die obigen An forderungen (1) und (2) erfüllt sein.

Die Fig. 3 zeigt Hohlräume 25 in Übereinstimmung mit einem anderen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Bei diesem Ausführungsbeispiel weist jeder Hohlraum 25 einen dreieckförmigen Querschnitt auf, wobei in gleicher Weise wie in Fig. 2 auch diese Hohlräume durch separate kreisför mige Furchen bzw. Rinnen, eine spiralförmige Furche oder Rinne oder durch longitudinale Furchen bzw. Rinnen gebildet sein können.

Die Fig. 2 und 3 zeigen bevorzugte Formen der Furchen bzw. Rinnen, worauf die Erfindung jedoch nicht beschränkt ist. Die Hohlräume können auch durch Furchen bzw. Rinnen gebil det sein, die andere Querschnitte aufweisen, z. B. einen rechteckförmigen Querschnitt, einen quadratischen Quer schnitt, einen trapezförmigen Querschnitt, usw.

Im Hinblick auf die Breite "a" einer jeden Furche bzw. Rin ne und den Abstand "b" zwischen ihnen sollten die obigen Bedingungen (1) und (2) erfüllt sein. Diese Größen werden vorzugsweise wie folgt gewählt: 1 bis 6 mm für die Breite "a" einer jeden Furche bzw. Rinne, 1 bis 3 mm oder derglei chen für den Abstand "b" zwischen benachbarten Furchen bzw. Rinnen und 0,2 bis 1 mm für die Tiefe einer jeden Furche bzw. Rinne.

Die oben beschriebenen Hohlräume existieren vorzugsweise entlang der gesamten Länge der Grenze zwischen dem metalli schen Außenzylinderelement 21 und dem keramischen Innenzy linderelement 22, können aber auch nur in einem Teilbereich vorhanden sein, in welchem ein großer Temperaturanstieg stattfindet. Weiterhin sind die Hohlräume vorzugsweise in der inneren Oberfläche des metallischen Außenzylinderele ments vorhanden, da sie sich hier leichter herstellen las sen. Sie können aber auch in der äußeren Oberfläche des ke ramischen Innenzylinderelements gebildet werden, falls dies gewünscht wird.

Die Fig. 4 zeigt die Wärmeisolations- und Temperaturhalte effekte der Hohlräume. Entsprechend dem Fall (a), bei dem keine Hohlräume vorhanden sind, besteht zwischen der inne ren Oberfläche des keramischen Innenzylinderelements 22 und der äußeren Oberfläche des metallischen Außenzylinderele ments 21 keine so große Temperaturdifferenz ΔT₀. Sind je doch Hohlräume 24 vorhanden (Fall (b)), so ist die Tempera turdifferenz ΔT₁ extrem groß, und zwar aufgrund der Wärme isolations- und Temperaturhalteeffekte. Anhand eines Ver gleichs zwischen (a) und (b) wird klar, daß die Temperatur des metallischen Außenzylinderelements im Fall (b) sehr viel kleiner ist als im Fall (a). Im Fall (b) unterliegt daher das metallische Außenzylinderelement nur einer sehr kleinen thermischen Expansion, was zu einer reduzierten De formation des Gießbehälters führt. Dies führt wiederum zu einer verminderten Wahrscheinlichkeit eines Bruchs des kerami schen Innenzylinderelements 22.

Das Außenzylinderelement 21 und das Innenzylinderelement 22 sind durch Schrumpfsitz miteinander verbunden, und zwar bei einem Schrumpfsitzverhältnis von 1/1000 bis 6/1000. Hier durch wird verhindert, daß sich das Innenzylinderelement 22 und das Außenzylinderelement 21 voneinander lösen, wenn es infolge des Einfüllens von geschmolzenem Metall zu unter schiedlichen thermischen Expansionen kommt. Wird der Gießkolben 7 angetrieben, nachdem geschmolzenes Metall in das Innenzy linderelement 22 gemäß Fig. 1 eingefüllt worden ist, so wird das Innenzylinderelement 22 mit dem geschmolzenen Me tall gefüllt. Demzufolge dehnt sich das Innenzylinderele ments 22 thermisch aus, während sich aufgrund der Wärmelei tung auch das Außenzylinderelement 21 ausdehnt. Da das me tallische Außenzylinderelement 21 einen größeren thermi schen Expansionskoeffizienten als das keramische Innenzy linderelement 22 aufweist, wird in diesem Fall der Schrumpfsitz bei Erwärmung gelöst, und zwar aufgrund der Differenz der thermischen Expansion zwischen ihnen. Ist je doch das Schrumpfsitzverhältnis so eingestellt, daß es die se Differenz in der thermischen Expansion absorbiert, so läßt sich ein Lösen des Schrumpfsitzes zwischen dem Außen zylinderelement 21 und dem Innenzylinderelement 22 verhin dern, und zwar auch dann, wenn sie sich infolge Erwärmung in unterschiedlicher Weise thermisch ausdehnen. Beim Zylin der nach der vorliegenden Erfindung ist die Grenze zwischen dem Innenzylinderelement 22 und dem Außenzylinderelement 21 mit Hohlräumen 24 versehen, die dem Zylinder eine Wärmeiso lations- und Temperaturhalteeigenschaft zukommen lassen. Das Außenzylinderelement 21 erleidet daher nur einen klei nen Temperaturanstieg, was zu einer kleinen thermischen Ex pansion führt. Dies stellt ein weiteres und verbessertes Verhalten dar, um zu verhindern, daß sich die Zylinder 21 und 22 voneinander lösen.

Da eine Kompressionskraft, die infolge des Schrumpfsitzver hältnisses auf das Innenzylinderelement 22 wirkt, einer Zugspannung entgegenwirkt, die auf das Innenzylinderelement 22 infolge des Druckes des geschmolzenen Metalls wirkt, das durch den Kolben injiziert wird, läßt sich zusätzlich ein Bruch des Innenzylinderelements 22 infolge der oben erwähn ten Zugspannung verhindern.

Die Fig. 5(a) und (b) zeigen Querschnitte zur schematischen Darstellung der Formen eines Innenzylinderelements 22 und eines Außenzylinderelements 21 nach einem weiteren Ausfüh rungsbeispiel der Erfindung. In Fig. 5(a) weist das Innen zylinderelement 22 einen vorderen Endteil l mit einem ver größerten Außendurchmesser auf, während der andere Teil ei nen sich allmählich verringernden Außendurchmesser auf weist. Andererseits besitzt ein nicht dargestelltes Außen zylinderelement einen konstanten Innendurchmesser über sei ne gesamte Länge, so daß im Bereich des vorderen Endteils l ein hinreichendes Sitz- bzw. Paßverhältnis (Schrumpfsitz verhältnis) von z. B. 2/1000-6/1000 erhalten wird, um das Innenzylinderelement 22 zu verstärken. Demzufolge ist das Sitz- bzw. Paßverhältnis im anderen Teil als dem oben er wähnten vorderen Endteil l viel kleiner als im obigen Be reich.

Bei der obigen Struktur läßt sich ein hinreichendes Sitz verhältnis zwischen dem Innenzylinderelement und dem Außen zylinderelement im Bereich des oben erwähnten vorderen End teils l erhalten, der einen Injektionsdruck auffangen muß, so daß eine Verstärkungswirkung für das Innenzylinderele ment 22 erzielt wird. Demzufolge läßt sich die Erzeugung der Zugspannung im Innenzylinderelement 22 infolge der An wendung eines Injektionsdrucks, infolge der Differenz in der thermischen Expansion oder infolge anderer Ursachen wirkungsvoll verhindern, um somit einen Bruch des kerami schen Innenzylinderelements 22 auszuschließen. Da das Paß- bzw. Sitzverhältnis im anderen Teil als in dem oben erwähn ten vorderen Endteil l kleiner ist als in diesem Endteil l, kann auch ein Bruch des Innenzylinderelements 22 in der Nä he der Einlaßöffnung 23 verhindert werden. Darüber hinaus wird der Gießbehälter 2 insbesondere in seinem unteren Teil aufgeheizt, und zwar in der Periode zwischen dem Einführen und dem Injizieren des geschmolzenen Metalls. Im Ergebnis unterliegen das Außenzylinderelement 21 und das Innenzylin derelement 22 einer verschiedenen thermischen Expansion. Da jedoch die Sitz- bzw. Paßrate zwischen dem Innenzylinder element und dem Außenzylinderelement klein ist, läßt sich die obige Differenz in der thermischen Expansion vollstän dig absorbieren, wodurch die Erzeugung einer ungewünschten thermischen Spannung verhindert wird.

Die Fig. 5(b) zeigt ein Außenzylinderelement 21, das an seinem vorderen Endteil R einen konstanten Innendurchmesser aufweist, der sich jedoch im anderen Teil allmählich ver größert. In diesem Fall weist ein nicht dargestelltes In nenzylinderelement einen konstanten Außendurchmesser über seine gesamte Länge auf. Daher wird im Bereich des oben er wähnten vorderen Endteils l ein hinreichendes Paß- bzw. Sitzverhältnis zur Verstärkung des Innenzylinderelements erzielt. Ein derartiger Aufbau liefert somit dieselbe Ver stärkungsfunktion wie der in Fig. 5(a) gezeigte Aufbau.

Die obigen Strukturen führen nicht nur zu einer hinreichen den Verstärkung des Innenzylinderelements aus keramischen Materialien, sondern auch zu einer Reduzierung der auf das Innenzylinderelement wirkenden Kompressionskraft, wenn kein Injektionsdruck im Innenzylinderelement existiert. Im Er gebnis läßt sich somit ein Bruch des Innenzylinderelements in der Nähe der Einlaßöffnung vollständig verhindern. Hier durch wird sichergestellt, daß andere Eigenschaften, wie z. B. Verschleißfestigkeit, Korrosionswiderstandsfähigkeit, Hitzebeständigkeit, usw., die den Keramikmaterialien eigen sind, vollständig ausgenutzt werden können, was zu einer Verbesserung der Haltbarkeit der Druckgießhülse, der Her stellungsrate der Druckgußprodukte und zu einer Reduzierung der Energiekosten führt.

Die Fig. 6 zeigt einen Gießbehälter nach einem noch weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, der ein metallisches Innenzylinderelement an seinem vor deren Endteil aufweist. Der Gießbehälter 52 ist lösbar an einem stationären Träger 51 befestigt, während eine feste Aufspannplatte 53 am stationären Träger 51 befestigt ist. Eine bewegbare Aufspannplatte 54 ist in Richtung der festen Aufspannplatte 53 und von dieser weg bewegbar. Der Gießbehälter 52 besteht aus einem metallischen Außenzylinder element 59 und einem keramischen Innenzylinderelement 60, wobei ein vorderer Endteil des Gießbehälters 52 aus einem me tallischen Außenzylinderelement 61 mit einem Flansch 62 so wie aus einem metallischen Innenzylinderelement 63 besteht.

Ein geschmolzenes Metall 58 wird mit Hilfe eines Gießers 56 in den Gießbehälter eingegeben und mit Hilfe eines Gießkolbens 57 in eine Ausnehmung bzw. Vertiefung 55 hineingedrückt. Da in diesem Fall das durch den Gießkolben 57 bewegte geschmolzene Metall 58 den Druck im vorderen Endteil des Gießbehälters ex trem erhöht hat, besteht die Gefahr eines Bruchs des Innen zylinderelements. Um daher den Bruch des vorderen Endteils vollständig zu vermeiden, wird vorzugsweise ein metalli sches Innenzylinderelement im vorderen Endteil verwendet. Besteht das Innenzylinderelement im vorderen Endteil aus Metall, so wird das geschmolzene Metall schneller abge kühlt, wodurch sich die Verfestigungszeit des geschmolzenen Metalls in der Vertiefung verkürzt. Dies führt wiederum zu einer Verkürzung eines Druckgießzyklus.

Die Fig. 7 zeigt einen Gießbehälter 71 mit Wasserwegen 77 innerhalb eines metallischen Außenzylinderelements 72, um einen Temperaturanstieg des metallischen Außenzylinder elements 72 zu verhindern. Wie in Fig. 1 weist auch dieser Gießbehälter 71 ein metallisches Außenzylinderelement 72, ein keramisches Innenzylinderelement 73, eine Einlaßöffnung 74 und einen Gießkolben 75 auf, der an einem vorderen Endteil einer Kolbenstange 76 befestigt und gleitend im Gießbehälter verschiebbar ist. Der Wasserweg 77 kann eine spiralartige Form aufweisen oder sich in Längsrichtung des Zylinders er strecken. Im Falle longitudinaler Wasserwege sind die je weiligen Enden benachbarter Wasserwege miteinander verbun den, so daß sie insgesamt einen einzigen Wasserweg bilden. Die Kühlung läßt sich dadurch verbessern, daß zwei oder mehrere Wassereinlässe und -auslässe für die Wasserwege vorhanden sind.

Zur Bildung der keramischen Innenzylinderelemente für die Druckgießzylinder nach den oben beschriebenen Aufbauten können verschiedene Keramiktypen verwendet werden, jedoch werden unter dem Gesichtspunkt der Hitzewiderstandsfähig keit, der Widerstandsfähigkeit gegen Ablagerungen bzw. Be legungen, der Thermoschock-Widerstandsfähigkeit, usw. vor zugsweise Keramiken aus Siliciumnitrid oder Sialon benutzt.

Typische Zusammensetzungen von Siliciumnitrid-Keramiken oder Sialon bestehen im wesentlichen aus 70 Gew.-% oder mehr an Si₃N₄, 20 Gew.-% oder weniger von einem oder mehre ren Oxiden der Elemente, die zur Gruppe IIa oder IIIa des Periodensystems gehören, aus 20 Gew.-% oder weniger Al₂O₃ und aus 10 Gew.-% oder weniger AlN Festlösungen (AlN-Si₃N₄- Al₂O₃) oder AlN. Die Gießbehälter lassen sich durch Sintern von Mischungen dieser Komponenten herstellen. Das Innenzylin derelement aus Siliciumnitrid oder Sialon kann durch Pres sen eines Ausgangsmaterialpulvers gebildet werden, um einen ungesinterten Körper durch kaltisostatisches Pressen zu er halten. Dieser wird bei normalem Druck gesintert und an schließend bearbeitet, um ihm die gewünschte Abmessung zu geben. Das erhaltene keramische Innenzylinderelement weist eine Biegefestigkeit von 50 kg/mm² oder mehr auf, eine Dichte von 90% oder mehr, gemessen an der theoretischen, und eine thermische Schockwiderstandstemperatur ΔT von 300°C oder mehr, gemessen durch eine Wasserabschreckmetho de.

Obwohl das Außenzylinderelement vorzugsweise aus Werkzeug stahl besteht, kann es auch aus Baustahl, Legierungsstahl, aus Nichteisenmetallen usw. hergestellt sein.

Beispiel 1

Mit einem Innenzylinderelement (Außendurchmesser: 75 mm, Innendurchmesser: 60 mm, Länge: 230mm) aus Sialon, das im wesentlichen aus 87 Gew.-% Si₃N₄, 6 Gew.-% Y₂O₃, 4 Gew.-% Al₂O₃ und 3 Gew.-% AlN-Festlösung besteht, wurde ein Außen zylinderelement (Außendurchmesser: 115 mm, Innendurchmes ser: 75 mm, Länge: 250 mm) aus SKD-61 fest verbunden, und zwar durch Aufschrumpfung. Das Außenzylinderelement ent hielt an seiner inneren Oberfläche kreisförmige Furchen bzw. Rinnen mit jeweils einem halbkreisförmigen Querschnitt (Breite: 2 mm, Tiefe: 0,5 mm) in 1 mm Intervallen. Der so hergestellte Zylinder wurde mit einer Einlaßöffnung für ge schmolzenes Metall an seiner oberen Wand und in der Nähe seines hinteren Endteils versehen.

Der Zylinder mit diesem Aufbau wurde mit einer Druckgießma schine gemäß Fig. 1 (Klemmkraft: 800 t) verbunden, wobei unter Verwendung einer Aluminiumlegierungsschmelze bei 760°C ein Druckgießvorgang bei einem Gießzyklus von 72 Se kunden und einer Verfestigungszeit von 20 Sekunden ausge führt wurde. Im Ergebnis konnte der Zylinder 100 000 oder mehr Vorgängen widerstehen, ohne wesentlich beschädigt zu werden. Ferner konnte bestätigt werden, daß der Zylinder extrem gute Wärmeisolations- und Temperaturhalteeigenschaf ten aufweist.

Beispiel 2

Ein Innenzylinderelement und ein Außenzylinderelement wur den jeweils unter Verwendung desselben Sialons und des SKD-61, wie in Beispiel 1, hergestellt. Darüber hinaus wur de das Außenzylinderelement mit einer inneren Oberflächen form gemäß Fig. 5(b) versehen, so daß die Sitz- bzw. Paßra te zwischen Außenzylinderelement und Innenzylinderelement 4/1000 im vorderen Endteil l des Gießbehälters und 4/1000 bis 1,5/1000 im anderen Teil betrug.

Mit dem Gießbehälter dieser Struktur wurde ein Druckgießvorgang unter denselben Bedingungen wie in Beispiel 1 ausgeführt.

Dabei widerstand der Zylinder 150 000 oder mehr Vorgängen, ohne daß Brüche in der Nähe der Einlaßöffnung festgestellt werden konnten.

Claims

1. Gießbehälter für eine Druckgießmaschine mit einem Außen zylinderelement (21) aus Metall und einem keramischen Innen zylinderelement (22), gekennzeichnet durch eine Mehrzahl von Hohlräumen (24) an einer zwischen ihnen liegenden Grenze, die als Furchen bzw. Rillen in einer inneren Oberfläche des Au ßenzylinderelements (21) oder in einer äußeren Oberfläche des Innenzylinderelements (22) ausgebildet sind, wobei die Breite "a" einer jeden Furche bzw. Rille und der Abstand "b" zwi schen benachbarten Furchen bzw. Rillen ein a/b-Verhältnis von 1 : 1 bis 6 : 1 erfüllen.

2. Gießbehälter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Paßverhältnis des Außenzylinderelements (21) zum In nenzylinderelement (22) größer ist im vorderen Endteil des Gießbehälters (2) der dem Formhohlraum zugewandt ist, als im hinteren Teil des Gießbehälters (2).

3. Gießbehälter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der vordere Endteil (62) des Innenzylinderelements im Bereich des Formhohlraums (5) aus Metall besteht.

4. Gießbehälter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Wege (77) für Kühlwasser im metallischen Außenzylinder element (72) vorhanden sind.

5. Gießbehälter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das keramische Innenzylinderele ment (22, 60, 73) aus einer Siliciumnitrid-Keramik oder aus Sialon besteht und eine Biegefestigkeit von 50 kg/mm² oder mehr, eine Dichte von 90% oder mehr, bezogen auf die theore tische Dichte, und eine Thermostoßfestigkeits-Temperatur ΔT von 300°C oder höher aufweist.