Die Erfindung betrifft eine horizontale Gießkammer für
das Druckgießen von Metall mit einem metallischen Mantelkörper,
der an seinem maschinenseitigen Ende eine Gußmaterialeinfüllöffnung
und an seinem formseitigen Ende eine
Gußmaterialauslaßöffnung aufweist. Des weiteren betrifft
die Erfindung eine vertikale Gießkammer für das Druckgießen
von Metall mit einem im Betrieb aufrecht stehenden
metallischen Mantelkörper, in dessen unteres maschinenseitiges
Ende ein Kolben eingreift und an dessen oberem,
formseitigen Ende eine Gußmaterialeinfüll- und Gußmaterialauslaßöffnung
vorgesehen ist. Außerdem betrifft die
Erfindung eine Verwendung von austauschbaren Keramiksegmenten.
Gießkammern der vorstehend genannten Art werden in erster
Linie in Druckgießmaschinen zum Druckgießen von Metallen
wie Aluminium, Magnesium und Messing eingesetzt. Dabei
werden einerseits horizontale Gießkammern verwendet, die
im Betrieb etwa waagerecht liegend eingesetzt werden und
an ihrem einen, maschinenseitigen Ende obenseitig eine
Gußmaterialeinfüllöffnung und an ihrem anderen, formseitigen
Ende eine Gußmaterialauslaßöffnung aufweisen (DE-A
199 08 392). weiterhin werden auch sogenannte vertikale
Gießkammern eingesetzt, die im Betrieb aufrecht stehen,
wobei in diesem Fall der Kolben in die Gießkammer von unten
her eingesetzt ist und an der Oberseite der Gießkammer
eine Öffnung vorgesehen ist, durch welche das Material
eingefüllt und ausgegossen wird.
Im Betrieb sind die Gießkammern zum Teil hohen thermischen
und mechanischen Belastungen ausgesetzt. So werden
insbesondere bei horizontalen Gießkammern während des
Einfüllvorgangs je nach dem zu gießenden Metall bzw. der
zu gießenden Metallegierung unterhalb der Einfüllöffnungen
Temperaturen von deutlich mehr als 600° C erzielt.
Bei dieser Temperatur können Eisenatome aus der Oberfläche
der Gießkammer diffundieren, wodurch die Oberfläche
spröde wird und abplatzt, so daß Auswaschungen entstehen.
Der beim Einfüllvorgang des Gußmaterials am stärksten
durch Auswaschungen durch das Gußmaterial beanspruchte
Bereich der Innenfläche des Mantelkörpers hängt vom Typ
der Gießkammer ab. Im Falle einer horizontalen Gießkammer
wird in beschriebener weise ein der Einfüllöffnung gegenüberliegender
Bereich der Innenfläche des Mantelkörpers
am stärksten beansprucht, während bei einer vertikalen
Gießkammer ein in Längsrichtung bzw. im Bereich des maschinenseitigen
Endes mittig gelegener Teilbereich der
Mantelkörperinnenwand durch das heiße Gußmaterial am
stärksten thermisch beansprucht wird. Des weiteren treten
während des Preßvorgangs neben den durch das heiße Gußmaterial
verursachten hohen Temperaturen insbesondere im
Bereich des formseitigen Endes der Gießkammer beim Zusammenpressen
des Materials hohe Drücke auf.
Um den thermischen Problemen zu begegnen, weist die in
der DE-A1-199 08 392 beschriebene Gießkammer in ihrem
Mantel Kühlmittelkanäle auf, durch welche im Betrieb ein
Kühlmittel geleitet wird, um die Gießkammer in den kritischen
Bereichen, insbesondere im Bereich der Einfüllöffnung,
zu kühlen. Auf diese weise können zwar Auswaschungen
teilweise verhindert werden. Die Standzeiten der
Gießkammer sind jedoch immer noch nicht zufriedenstellend.
Außerdem ist die bekannte "Kühlmittelkanaltechnik"
verhältnismäßig aufwendig, da einerseits der Mantel der
Gießkammer mit entsprechenden Kanälen ausgestattet werden
muß und andererseits Pumpen, Kühlmittel, Kälteeinrichtungen
etc. für den Kühlmittelbetrieb zur Verfügung gestellt
werden müssen.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, Gießkammern der eingangs
genannten Art so auszubilden, daß sie vergleichsweise
hohe Standzeiten besitzen.
Diese Aufgabe ist bei einer horizontalen Gießkammer erfindungsgemäß
dadurch gelöst, daß die Mantelkörperinnenfläche
an ihrem der Gußmaterialeinfüllöffnung in Umfangsrichtung
des Mantelkörpers gegenüberliegenden Teilbereich
und/oder an ihrem die Gußmaterialauslaßöffnung umgebenden
Teilbereich mit wenigstens einem Keramiksegment versehen
ist, um lokal einen Kontakt zwischen dem Metallmaterial
des Mantelkörpers und dem Gußmaterial zu verhindern.
Des weiteren ist die Aufgabe bei einer vertikalen Gießkammer
dadurch gelöst, daß ein in Längsrichtung des Mantelkörpers
maschinenseitig oder etwa mittig gelegener
Teilbereich der Mantelkörperinnenfläche mit wenigstens
einem Keramiksegment versehen ist, um in dem Teilbereich
lokal einen Kontakt zwischen dem Metallmaterial des Mantelkörpers
und dem heißem Gußmaterial zu verhindern.
Der Erfindung liegt damit die Überlegung zur Grunde, diejenigen
Bereiche der Gießkammern, welche in hohem Maße
thermischer und/oder mechanischer Beanspruchung im Betrieb
ausgesetzt sind, vor dem heißen Gußmaterial durch
Keramiksegmente zu schützen, die eine hohe Temperaturbeständigkeit
haben und gegen Auswaschungen deutlich resistenter
sind als das Metallmaterial des Mantelkörpers. Es
hat sich gezeigt, daß sich durch den Einsatz von Keramiksegmenten
die Lebensdauer der Gießkammern um ein mehrfaches
Verlängern läßt, so daß die Ausfallzeiten gering
sind.
Grundsätzlich ist es möglich, die Mantelkörperinnenfläche
in den betroffenen Teilbereichen direkt mit einem Keramikmaterial
zu beschichten. Gemäß einer der bevorzugten
Außführungsform werden jedoch Keramiksegmente in Form von
Verschleißringen bzw. Verschleißbüchsen eingesetzt, die
in den Mantelkörper eingeschrumpft sind. Diese Verschleißbüchsen
können im Bedarfsfall ausgetauscht werden,
was für eine hohe Wirtschaftlichkeit der Gießkammer
sorgt. Zweckmäßiger weise weisen die Verschleißbüchsen
eine Wandstärke von > 2 bis etwa 20 mm auf. Dies gewährleistet
einerseits die erforderliche mechanische Stabilität
und andererseits eine hinreichende Standzeit.
Als Werkstoff für die Keramiksegmente kommen keramische
Materialien aller Art in Frage. Bevorzugt sind jedoch
oxidkeramische Werkstoffe. Dies sind Polykristalline,
kieselsäurefreie Werkstoffe aus reinen Oxiden oder Oxid-Verbindungen,
denen Sinterhilfsmittel oder Stabilisatoren
zugesetzt sind, um die Herstellung zu erleichtern oder um
bestimmte Eigenschaften zu erzielen. Die Oxidkeramik wird
nach keramischen Methoden hergestellt und unterscheidet
sich von der herkömmlichen Silikatkeramik, bei der Kieselsäure
der wesentliche Werkstoffbestandteil ist. Mit
Ausnahme von SiO2 zählt man zur Oxidkeramik alle festen
Oxide und Oxid-Verbindungen, die ohne Zersetzung gesintert
werden können. Das am meisten verwendete Oxid ist
Al2O3 (Sinterkorund) neben folgenden Oxiden: BeO, MgO,
ZrO2 und MgAl2O4 (Spinell). In Frage kommen oxidkeramische
Werkstoffe aus Ferriten, Titaniten, Yttrium-, Thoriumund
Uranoxid. Zur Herstellung der Oxidkeramik eignen sich
Extrudieren, Gießen mit anschließendem Sintern, Methoden
der Pulvermetallurgie und Flammspritzen.
Die erfindungsgemäß eingesetzten oxidkeramischen Werkstoffe
sind allgemein thermowechselbeständig, temperaturfest,
schlagunempfindlich, widerstandsfähig, zäh und chemisch
gegenüber Metallschmelzen resistent. Als Ausgangsmaterialien
bieten sich insbesondere Oxidsysteme an, welche
auf zirkoniumoxid, Zirkoniumkorund, Spinell, Zirkoniumsilikat
und/oder Aluminiumtitanat basieren. Plasmagespritzte
Oxidkeramik hat sich wegen der hohen Thermoschockbeständigkeit,
der hohen Temperaturbeständigkeit,
der guten chemischen Resistenz, der einfachen Bearbeitbarkeit,
der Unempfindlichkeit gegenüber Oberflächenschäden
und wegen der hohen Abrasionsbeständigkeit besonders
bewährt.
Hinsichtlich weiterer vorteilhafter Ausgestaltungen der
Erfindung wird auf die nachfolgende Beschreibung von Ausführungsbeispielen
unter Bezugnahme auf die beiliegende
Zeichnung verwiesen. In der Zeichnung zeigt
- Figur 1
- eine erste Ausführungsform einer einteilig
ausgeführten horizontalen Gießkammer gemäß
der vorliegenden Erfindung in seitlicher
Schnittansicht,
- Figur 2
- eine zweite Ausführungsform einer zweiteilig
ausgebildeten horizontalen Gießkammer gemäß
der vorliegenden Erfindung in seitlicher
Schnittansicht und
- Figur 3
- eine dritte Ausführungsform einer einteilig
ausgeführten vertikalen Gießkammer gemäß der
vorliegenden Erfindung in seitlicher Schnittansicht.
In den Figuren 1 bis 3 sind verschiedene Ausführungsformen
einer Gießkammer gemäß der vorliegenden Erfindung
dargestellt, wie sie in Druckgießmaschinen für das Druckgießen
von Metallen wie beispielsweise Aluminium, Magnesium
oder Messing verwendet werden.
Die in Figur 1 zeigt eine Gießkammer gemäß der vorliegenden
Erfindung mit einem Mantelkörper 3, der einteilig
ausgeführt, das heißt in seiner axialen Richtung nicht
unterteilt ist. Der Mantelkörper 3, welcher aus Stahl besteht,
besitzt an seinem maschinenseiten Ende 2 eine Gußmaterialeinfüllöffnung
5, durch welche in den Innenraum
der Gießkammer flüssiges oder verfestigtes (beim Thixocasting)
Material eingeführt bzw. eingelegt werden kann,
und an dem anderen formseitigen Ende 1 der Gießkammer ist
eine Auslaßöffnung 12 vorgesehen. Des weiteren greift in
das maschinenseitige Ende 2 der Gießkammer ein Kolben 4
ein, der in Richtung des formseitigen Endes 1 bewegbar
ist, um das in die Gießkammer eingefüllte Metallmaterial
durch die Auslassöffnung 12 unter Druck in eine Gießform
einzubringen.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist die Gießkammerinnenwand
lokal in denjenigen Bereichen, die im Betrieb im besonderen
Maße thermischen und/oder mechanischen Belastungen
ausgesetzt sind, vor Verschleiß geschützt. Konkret
ist in das maschinenseitige Ende 2 des Mantelkörpers 3
eine Verschleißbüchse 6 aus einem Keramikmaterial eingesetzt,
die mit der Mantelkörperinnenwand bündig abschließt.
Die Verschleißbüchse 6 ist in dem Mantelkörper
3 durch einen Schrumpfsitz befestigt und zusätzlich durch
einen Haltering 7, der wie der Mantelkörper 3 aus Stahl
besteht, gesichert.
Des weiteren ist in das formseitige Ende 1 der Gießkammer
ein Verschleißring 8 eingesetzt, der innenseitig ebenfalls
bündig mit der Mantelkörperinnenfläche abschließt
und in den Mantelkörper 3 eingeschrumpft ist.
Das temperatur- und verschleißfeste Keramikmaterial der
Verschleißbüchse 6 und des Verschleißrings 8 verhindert
einen unmittelbaren Kontakt zwischen dem heißen Gußmaterial
und dem Metallmaterial des Mantelkörpers 3 lokal an
dem der Einfüllöffnung 5 gegenüberliegenden Teilbereich,
wo das Gußmaterial auf die Mantelkörperinnenwand trifft,
weshalb es dort üblicher weise zu starken Auswaschungen
kommt, und der Verschleißring 8 am formseitigen Ende 1
schützt den Mantelkörper 3 vor den dort auftretenden hohen
Drücken und damit einhergehenden höheren Temperaturen
des Gußmaterials.
Die Gießkammer kann auch mehrteilig ausgeführt sein. Bei
der in Figur 2 dargestellten Ausführungsform ist der Mantelkörper
3 beispielsweise axial in einen die Gußmaterialauslaßöffnung
12 aufweisenden Grundkörper 9 und eine
die Gußmaterialeinfüllöffnung 5 aufweisende stählerne
Wechselbüchse 10 unterteilt. Letztere ist innenseitig mit
einer Verschleißbüchse 6 versehen, in welche der Kolben 4
eingreift.
In Figur 3 ist eine sogenannte vertikale Gießkammer gemäß
der vorliegenden Erfindung dargestellt, die in dem Betrieb
aufrecht stehend eingesetzt wird. In diese Gießkammer
greift von der unten gelegenen Maschinenseite her ein
Kolben 4 ein, und die offene Oberseite des Mantelkörpers
3 bildet gleichzeitig die Gußmaterialeinfüllöffnung 5 sowie
die Gußmaterialauslaßöffnung 12 der Gießkammer. Auch
bei dieser vertikalen Gießkammer ist derjenige Teilbereich
der Mantelkörperinnenfläche, der im stärksten Maße
thermischen und mechanischen Beanspruchungen im Betrieb
unterliegt, durch eine Verschleißbüchse 13 aus einem Keramikmaterial
geschützt. Diese Verschleißbüchse 13 ist in
einer Aussparung an der Innenseite des Mantelkörpers 3
von der Maschinenseite 2 her eingesetzt und in Längsrichtung
des Mantelkörpers 3 betrachtet etwa im Mittelbereich
des Mantelkörpers 3 positioniert. Die Verschleißbüchse 6
ist auch hier in dem Mantelkörper 3 eingeschrumpft und
schließt mit ihrem Innenrand bündig mit der Mantelkörperinnenwand
ab. Zusätzlich ist eine Andrückbüchse 11 vorgesehen,
welche die Verschleißbüchse 13 gegen einen Absatz
des Metallkörpers 3 drückt, um sie axial zu positionieren,
und welche des weiteren eine Führung für den Kolben
4 bildet.
Bei der vertikalen Gießkammer wird durch die Verschleißbüchse
13 der mittige Teilbereich der Gießkammer geschützt,
weil dort beim Eingießen des Gußmaterials von
der obengelegenen Gußmaterialeinfüllöffnung 5 her das
Gußmaterial in Kontakt mit der Mantelkörperinnenwand
kommt, weshalb dieser Teilbereich den stärksten Verschleiß
unterworfen ist.