EP1483074B1 - Dichtring und kolben für einen druckgiesszylinder - Google Patents

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EP1483074B1
EP1483074B1 EP02727355A EP02727355A EP1483074B1 EP 1483074 B1 EP1483074 B1 EP 1483074B1 EP 02727355 A EP02727355 A EP 02727355A EP 02727355 A EP02727355 A EP 02727355A EP 1483074 B1 EP1483074 B1 EP 1483074B1
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EP
European Patent Office
Prior art keywords
annular
piston
sealing ring
pressure side
annular body
Prior art date
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Expired - Lifetime
Application number
EP02727355A
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English (en)
French (fr)
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EP1483074A1 (de
Inventor
André Müller
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Allper AG
Original Assignee
Allper AG
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Publication date
Application filed by Allper AG filed Critical Allper AG
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Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D17/00—Pressure die casting or injection die casting, i.e. casting in which the metal is forced into a mould under high pressure
    • B22D17/20—Accessories: Details
    • B22D17/2015—Means for forcing the molten metal into the die
    • B22D17/203—Injection pistons

Definitions

  • the invention relates to a sealing ring for a piston of a pressure casting cylinder, in particular a cold chamber die casting machine for molten metal, in particular aluminum melt.
  • the invention further relates to such a piston.
  • the piston of a cold chamber die casting machine and in particular the sealing ring of such a piston is exposed on the one hand high pressures at relatively high temperatures of the molten metal, so that the molten metal is driven during the casting stroke of the piston under and behind the sealing ring.
  • the melt solidifies there due to the comparatively low temperature of the otherwise cooled piston.
  • the piston and in particular its sealing ring are therefore exposed during operation very high stresses shorten its life, which adversely affects the productivity of the casting machine.
  • the sealing ring is used in a lubricated mode of operation, it should support the lubricating effect.
  • the invention is based on a sealing ring for a piston of a die-casting cylinder for molten metal, in particular aluminum melt, of EP 0 423 413 A2 known type.
  • a sealing ring has a radially elastic annular body which has a both axial and radial having continuous slot, in particular a stepped in the circumferential direction of the annular body slot.
  • the improvement according to the invention is characterized in that the outer jacket of the annular body near its high-pressure-side axial end has an abutment annular surface intended to bear against the inner lateral surface of the die-casting cylinder whose axial length is smaller than the axial length of an axially overlapping with this outer abutment annular surface, the metal melt ausgradeden inner annular surface on the inner surface of the annular body, and that adjoins the outer abutment annular surface at least over a portion of the remaining axial length of the outer shell of the annular body an annular surface portion whose diameter is smaller than the diameter of the outer abutment annular surface.
  • Such a sealing ring can bear due to its slot due to inherent inherent bias radially resiliently on the inner surface of the cylinder.
  • the contact surface is, based on the total axial length of the annular body, small.
  • the correspondingly large radial spreading force of the annular body ensures a high radial contact pressure on the contact ring surface, which improves the sealing effect.
  • Due to the high radial contact pressure the contact ring surface grinds according to the cylindrical shape, which in turn improves the sealing effect of the sealing ring.
  • the outer diameter of the sealing ring is greater than the inner diameter of the die-cast cylinder, so that the sealing ring sits under self-bias in the cylinder.
  • At least the region of the inner shell of the annular body which is located radially inside the abutment annular surface is exposed to the metal melt pressure and increases, since the surface of this inner sheath region is larger than the outer abutment annular surface, the radial contact pressure, even if in the low pressure side regions of the between the sealing ring and the remaining annular gap the metal melt solidifies due to the piston cooling. In the high pressure side areas of this annular gap, the metal smear pressure remains effective.
  • the reduced in diameter outer annular surface portion of the annular body extends to its low-pressure side axial end, so it is open to the low pressure side of the piston.
  • an annular gap between itself and the cylinder forming piston for receiving a sealing ring lubricating lubricant supply can be exploited.
  • the reduced in diameter annular surface portion of the annular body has at least approximately truncated cone shape and tapers towards the low pressure side axial end of the annular space.
  • This design has the advantage that the outer abutment annular surface in the new condition of the sealing ring can be kept very narrow in the axial direction, so that the sealing ring already initially grinds in accordance with the shape of the die-casting cylinder after a few casting cycles. Due to the truncated cone shape, however, the increased outer abutment ring surface with increasing wear, which reduces the wear rate.
  • the piston is expediently designed so that it supports the above-explained advantages of the sealing ring.
  • the metal ring to be expelled inner annular surface of the inner shell of the annular body together with the outer surface of the piston forms an open on the high pressure side of the annular body to the pressure chamber of the die-casting cylinder annular gap.
  • the piston preferably has a radially projecting annular projection, which is arranged for axially fixing the annular body on the piston in a arranged on the low pressure side of the annular gap in the inner shell of the annular body groove intervenes.
  • the fixing organs are thus arranged on the low-pressure side of the radial sealing force increase and sealing provided annular gap.
  • the groove can also be provided on the piston and the annular projection on the annular body.
  • the piston can also have a ring recess on its outer jacket into which the annular body engages, in particular with its entire axial length, for its axial fixing and formation of the annular gap.
  • the piston preferably has a plurality of recesses distributed in the circumferential direction and extending from the high-pressure-side front end of the piston and opening into the annular gap.
  • a circumferential melt distribution groove is provided which evenly distributed over the axial recesses molten metal in the circumferential direction before the melt solidifies due to the piston cooling.
  • the slotted sealing ring can be pushed into the ring recess of the piston assigned to it via the high-pressure-side end of the piston.
  • this type of mounting may require in individual cases that the diameter of the high-pressure side end is comparatively small in order to prevent the sealing ring from becoming permanent. To be able to lift deformation over the forehead. This can adversely affect the life of the sealing ring, since the inner diameter of the radially elastic sealing ring increases in wear and it can slip over the front of the piston.
  • the high-pressure side end of the piston is designed as a removable, in particular unscrewable cover whose dividing surface terminates in the annular recess holding the annular body. In such a configuration, the diameter of the lid limiting the annular recess may be dimensioned comparatively large.
  • the lid is made of a poor, but at least poor, heat-conducting material, such as e.g. Steel, as the adjoining area of the piston, or it is coated with ceramic material. Even if the remaining piston to optimize its cooling consists of better heat-conducting material is prevented in this way that the metal melt located in the casting chamber before the completion of the printing phase, especially before completion of the emphasis phase, solidifies.
  • a poor, but at least poor, heat-conducting material such as e.g. Steel, as the adjoining area of the piston, or it is coated with ceramic material.
  • the outer diameter of the piston on the low pressure side of the sealing ring usually forms an annular gap suitable for receiving lubricant, so it is preferred directly after the low pressure end of the annular body of the sealing ring in the outer jacket of the piston to the cylinder inner shell and the annular body provided open annular recess for forming a lubricant space to store a larger amount of lubricant for the return stroke of the piston can.
  • Fig. 1 shows schematically a cold chamber die casting machine, in whose circular cylindrical casting cylinder 1, a piston 3 between an advanced position shown in FIG. 1 with solid lines and a 3 'dash-dotted retracted position is displaced.
  • molten metal e.g. Aluminum melt
  • the molten metal is pressed at high pressure via a sprue 9 in the injection mold, not shown.
  • the piston 3 carries at its high-pressure end a fixed in two directions of movement sealing ring 11, the casting chamber 7 to Fill opening 5 seals off.
  • the sealing ring 11 has, as shown in FIG. 2, a both axially and radially continuous step slot 13, which allows radial expansion of the sealing ring 11 due to inherent elasticity, so that the sealing ring 11 with an outer abutment annular surface 15 on the inner shell 17 of the casting cylinder. 1 biased due to its own radial elasticity, as best shown in FIG. 3.
  • the extending in the circumferential direction in achsnormalen levels stages 19 at the step slot 13 forming ends of the annular body 21 of the sealing ring 11 abut each other and seal the step slot 13 axially.
  • the piston 3 contains at 22 indicated, connected to a not-shown cooling system cooling channels, via which the piston 3 is cooled to a low temperature based on the temperature of the molten metal, for example 40 ° - 60 ° C. Details of the construction of a suitable in the context of the invention, cooled piston are also in EP 0 423 413 A2 as well as in EP 0 525 229 A1 described.
  • the inner shell 17 of the casting cylinder 1 radially resilient annular body 21 of the sealing ring 11 includes near its low-pressure side axial end a circumferential groove 23 into which engages a radially projecting from the outer periphery of the piston 3, circumferential projection 25 and the sealing ring 11 in both displacement directions of the piston. 3 fixed on this.
  • On the axially to the high pressure side of the piston 3 side of the annular groove 23 of the annular body 21 is dimensioned so that its inner shell 27 together with the outer shell of the piston 3 defines an annular gap 29 which is open to the high pressure side of the casting chamber.
  • the investment annular surface 15 intended to bear against the inner jacket 17 of the casting cylinder 1 is smaller in the axial direction than the inner jacket surface 27 exposed to the melt pressure in the annular gap 29, so that a reinforcement of the radial compressive force acting on the abutment annular surface 15 results.
  • This design of the sealing ring 11 and the piston 3 also allows lubrication of the piston during retraction in its position 3 '. It is known to fill not only the molten metal via the filling opening 5 of the casting cylinder 1 (FIG.
  • the small axial height of the abutment annular surface 15 compared to the axial overall length of the annular body 21 facilitates initial grinding and fitting of the sealing ring 11 to the cylindrical surface 17.
  • the frustoconical lateral surface 31 extends close to the high pressure end of the annular body 21, so that the Einschleif and fitting phase of the sealing ring 11 already after a few Casting cycles is completed.
  • the abutment annular surface 15 becomes wider due to the wear.
  • the outer shell of the annular body 21 on the low pressure side of the abutment annular surface 15 may also have a different contour, for example, a stepped, reduced in diameter cylinder contour, as indicated by dashed lines at 35 in Fig. 3.
  • the contour 35 extends in the illustrated example to the low-pressure end of the annular body 21, but may also end in the ring body before this end and form a Schmierstofftechnischnut on the outer surface of the annular body 21.
  • the annular recess 33 can be omitted here, as in the previously explained variants.
  • FIGS. 4 and 5 show a variant of a in a casting cylinder 1 a displaceable piston 3a, which carries a sealing ring 11 a in the region of its high-pressure side end face.
  • the sealing ring 11 a is provided according to the above-described sealing ring with a stepped slot and has an outer shell contour with a comparatively short in the axial direction abutment annular surface 15 a and a low pressure side subsequent frustoconical and low pressure side tapered outer sheath portion 31 a, as has been explained above , Also in this variant closes to the annular body 21 a of the sealing ring 1 1 a to the ring body 21 a and the inner shell 17 a through open ring recess 33 a.
  • the sealing behavior, the Einschleif and the Lubricating behavior during retraction of the piston 3a thus corresponds to the embodiment of FIGS. 1 to 3.
  • the piston 3a carries near its high-pressure end at its outer periphery an annular groove 37 into which the annular body 21 a engages over its entire axial length and in which it is fixed axially in both piston movement directions with a certain play.
  • the high-pressure end of the piston 3a is arranged on its outer circumference with a plurality, here four, distributed in the circumferential direction , Trough-shaped recesses 39 which extend axially below the inner circumferential surface 27 a and in the bottom 41 of the ring body 21 a receiving annular recess 37 end. Via the recesses 39, molten metal flows into an annular gap 29 a formed between the bottom 41 of the annular recess 37 and the inner jacket 27 a of the annular body 21 a and increases the radial sealing pressure of the sealing ring 11 a.
  • the annular gap 29a Since the annular gap 29a is connected to the casting chamber only via the circumferentially limited recesses 39, the annular gap 29a contains a melt distribution channel formed by a ring recess 43 of the piston 3a. It is understood that the recesses 39 may be provided wholly or additionally in the sealing ring 11a.
  • FIG. 6 shows a variant of the piston of FIGS. 4 and 5, in which the high-pressure-side front end of the piston 3b is designed as a removable cover 47 which is fastened releasably to the piston 3b by means of a threaded projection 45.
  • the separating surface 49 of the lid intersects the annular body 21 b of the sealing ring 11 b receiving annular recess 37 b of the piston 3 b and forms the high-pressure side limiting shoulder 51 of this annular recess 37 b.
  • the radial height of the boundary shoulder 51 can now be chosen freely, since after removing the cover 47, the sealing ring 11 b can be pulled off axially.
  • the design of the sealing ring 1 1 b corresponds to the explained with reference to FIGS. 4 and 5 variant, in which case the recesses 39 b are provided in the lid 47, but also here can extend to below the ring body 21 b.
  • the lid 47 is made of a poorer heat-conducting material, such as steel or is thermally insulated by a ceramic coating to the cooling of the molten metal during the casting process in particular into the Nachtikphase in which cavities of the melt to be closed to delay.

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Description

  • Die Erfindung betrifft einen Dichtring für einen Kolben eines Druckgießzylinders, insbesondere einer Kaltkammer-Druckgießmaschine für Metallschmelze, insbesondere Aluminiumschmelze. Die Erfindung betrifft ferner einen solchen Kolben.
  • Der Kolben einer Kaltkammer-Druckgießmaschine und insbesondere der Dichtring eines solchen Kolbens ist einerseits hohen Drücken bei vergleichsweise hohen Temperaturen der Metallschmelze ausgesetzt, so dass die Metallschmelze während des Gießhubs des Kolbens unter und hinter den Dichtring getrieben wird. Andererseits erstarrt die Schmelze dort aufgrund der vergleichsweise niedrigen Temperatur des ansonsten gekühlten Kolbens. Der Kolben und insbesondere sein Dichtring sind deshalb im Betrieb sehr hohen Beanspruchungen ausgesetzt die seine Lebensdauer verkürzen, was sich nachteilig auf die Produktivität der Gießmaschine auswirkt.
  • Aus EP 0 423 413 A2 ist es bekannt, den Dichtring des Gießkolbens axial und radial durchgehend zu schlitzen und zwar mit einem in Umfangsrichtung des Ringkörpers des Dichtrings gestuften Schlitz, so dass sich der Dichtring in dem Druckgießzylinder aufgrund seiner Eigenelastizität radial aufweiten und besser abdichtend am Innenmantel des Zylinders anliegen kann. Der Stufenschlitz sorgt für eine axiale Abdichtung der Unterbrechung des Dichtrings.
  • Aus EP 0 525 229 A1 ist es ferner bekannt, zwischen dem Innenmantel des Dichtrings und dem Außenmantel des Kolbens einen Ringspalt zu belassen, der sich während des Druckhubs mit Metallschmelze füllt. Aufgrund der vergleichsweise niedrigen Temperatur des gekühlten Kolbens erstarrt die Schmelze in dem Ringspalt und sorgt für eine Abdichtung des Dichtrings zum Kolben hin.
  • Schließlich ist es bekannt, den Kolben in dem Druckgießzylinder mit einem bei der Temperatur der Metallschmelze sich verflüssigenden, bei der Temperatur des gekühlten Kolbens jedoch viskosen oder festen Schmiermittel, z.B. auf einer Wachsbasis oder dergleichen, zumindest in der Druckphase zu schmieren. Das Schmiermittel kann vor dem Einfüllen der Metallschmelze in den Druckgießzylinder eingebracht werden oder aber, wie dies in DE-AS 1 191 934 erläutert ist, in Umfangsnuten einer aus dem Metall der Metallschmelze bestehenden Tellerdichtung eingebracht werden. Die Tellerdichtung wird vor dem Einfüllen der Metallschmelze an die Stirn des Kolbens angelegt und verbindet sich während des Druckhubs mit dem in dem Druckgießzylinder verbleibenden Gussrest. Auf diese Weise wird die Dichtscheibe beim Gießhub geschmiert, während der Kolben aufgrund seines vergleichsweise großen Spiels in dem Druckgießzylinder problemlos zurückgezogen werden kann.
  • Es ist Aufgabe der Erfindung, einen Dichtring für den Kolben einer Druckgießmaschine, insbesondere einer Kaltkammer-Druckgießmaschine zu schaffen, der eine hohe Lebensdauer bei guter Abdichtwirkung hat. Soweit der Dichtring bei einer geschmierten Betriebsweise genutzt wird, soll er die Schmierwirkung unterstützen. Es ist ferner Aufgabe der Erfindung, einen für die Abdichtung mittels des vorstehend erläuterten Dichtrings geeigneten Kolben anzugeben, der die Dichtwirkung des Dichtrings zusätzlich unterstützt.
  • Die Erfindung geht von einem Dichtring für einen Kolben eines Druckgießzylinders für Metallschmelze, insbesondere Aluminiumschmelze, des aus EP 0 423 413 A2 bekannten Typs aus. Ein solcher Dichtring hat einen radial elastischen Ringkörper, welcher einen sowohl axial als auch radial durchgehenden Schlitz, insbesondere einen in Umfangsrichtung des Ringkörpers gestuften Schlitz aufweist. Die erfindungsgemäße Verbesserung ist dadurch gekennzeichnet, dass der Außenmantel des Ringkörpers nahe seines hochdruckseitigen axialen Endes eine zur Anlage an der Innenmantelfläche des Druckgießzylinders bestimmte Anlage-Ringfläche hat, deren axiale Länge kleiner ist als die axiale Länge einer mit dieser äußeren Anlage-Ringfläche axial überlappenden, der Metallschmelze auszusetzenden inneren Ringfläche am Innenmantel des Ringkörpers, und dass sich an die äußere Anlage-Ringfläche zumindest über einen Teilbereich der verbleibenden axialen Länge des Außenmantels des Ringkörpers ein Ringflächenabschnitt anschließt, dessen Durchmesser kleiner ist als der Durchmesser der äußeren Anlage-Ringfläche.
  • Ein solcher Dichtring kann wegen seines Schlitzes aufgrund inhärenter eigener Vorspannung radial federnd am Innenmantel des Zylinders anliegen. Die Anlagefläche ist, bezogen auf die axiale Gesamtlänge des Ringkörpers, klein. Die dementsprechend große radiale Spreizkraft des Ringkörpers sorgt für einen hohen radialen Anpressdruck an der Anlage-Ringfläche, was die Dichtwirkung verbessert. Aufgrund des hohen radialen Anpressdrucks schleift sich die Anlage-Ringfläche entsprechend der Zylinderform ein, was wiederum die Dichtwirkung des Dichtrings verbessert.
  • Im nicht eingebauten Zustand ist der Außendurchmesser des Dichtrings größer als der Innendurchmesser des Druckgießzylinders, so dass der Dichtring unter Eigenvorspannung in dem Zylinder sitzt. Zumindest der radial innerhalb der Anlage-Ringfläche gelegene Bereich des Innenmantels des Ringkörpers ist dem Metallschmelzedruck ausgesetzt und erhöht, da die Fläche dieses Innenmantelbereichs größer ist als die äußere Anlage-Ringfläche, die radiale Anpresskraft, selbst wenn in den niederdruckseitigen Bereichen des zwischen dem Dichtring und dem Kolben verbleibenden Ringspalts die Metallschmelze aufgrund der Kolbenkühlung erstarrt. In den hochdruckseitigen Bereichen dieses Ringspalts bleibt der Metallschmetzedruck wirksam.
  • Die zur Niederdruckseite des Dichtrings an die äußere Anlage-Ringfläche axial anschließende, im Durchmesser verkleinerte Außenmantelfläche des Ringkörpers schafft zwischen sich und dem Zylinder einen Ringspalt, in welchen bei geschmiertem Betrieb das in die Gießkammer vor der Metallschmelze eingeführte Schmiermittel während des Druckvorschubs des Kolbens an der äußeren Anlage-Ringfläche vorbei eintreten kann. Beim Zurückziehen des Kolbens enthält dieser zwischen Ringkörper und Zylinder gebildete Spalt Schmiermittel, welches bei der Rückzugsbewegung von dem radial elastischen Dichtring am Innenmantel des Zylinders verstrichen wird und so die Rückzugsbewegung des Kolbens schmiert. In dieser Phase des Betriebs ist das in dem Ringspalt enthaltene Schmiermittel aufgrund der niedrigen Temperatur des gekühlten Kolbens in aller Regel verfestigt.
    Zweckmäßigerweise erstreckt sich der im Durchmesser verkleinerte äußere Ringflächenabschnitt des Ringkörpers bis an dessen niederdruckseitiges axiales Ende, ist also zur Niederdruckseite des Kolbens hin offen. Auf diese Weise kann der auf der Niederdruckseite des Dichtrings in aller Regel gleichfalls einen Ringspalt zwischen sich und dem Zylinder bildende Kolben zur Aufnahme eines den Dichtring schmierenden Schmiermittelvorrats ausgenutzt werden.
  • In einer bevorzugten Ausgestaltung hat der im Durchmesser verkleinerte Ringflächenabschnitt des Ringkörpers zumindest angenähert Kegelstumpfform und verjüngt sich zum niederdruckseitigen axialen Ende des Ringraums hin. Diese Gestaltung hat den Vorteil, dass die äußere Anlage-Ringfläche im Neuzustand des Dichtrings in axialer Richtung sehr schmal gehalten werden kann, so dass sich der Dichtring anfänglich bereits nach einigen wenigen Gießzyklen der Form des Druckgießzylinders entsprechend einschleift. Aufgrund der Kegelstumpfform vergrößert sich jedoch die äußere Anlage-Ringfläche mit zunehmendem Verschleiß, was die Verschleißgeschwindigkeit mindert.
  • Der Kolben ist zweckmäßigerweise so ausgestaltet, dass er die vorstehend erläuterten Vorteile des Dichtrings unterstützt. Bevorzugt bildet deshalb die der Metallschmelze auszusetzende innere Ringfläche des Innenmantels des Ringkörpers zusammen mit dem Außenmantel des Kolbens einen auf der Hochdruckseite des Ringkörpers zur Druckkammer des Druckgießzylinders offenen Ringspalt. Um den hochdruckseitigen Zutritt für Metallschmelze zu dem Ringspalt zwischen Dichtring und Kolben möglichst groß halten zu können, hat der Kolben bevorzugt einen radial abstehenden Ringvorsprung, der zur axialen Fixierung des Ringkörpers an dem Kolben in eine auf der Niederdruckseite des Ringspalts im Innenmantel des Ringkörpers angeordnete Nut eingreift. Die Fixierungsorgane sind damit auf der Niederdruckseite des für die radiale Dichtkrafterhöhung und Abdichtung vorgesehenen Ringspalts angeordnet. Es versteht sich, dass alternativ die Nut auch am Kolben und der Ringvorsprung am Ringkörper vorgesehen sein kann.
  • Alternativ kann der Kolben an seinem Außenmantel aber auch eine Ringsparung aufweisen, in die der Ringkörper zu seiner axialen Fixierung und Bildung des Ringspalts insbesondere mit seiner gesamten axialen Länge eingreift. Für den hochdruckseitigen Zutritt der Metallschmelze zu diesem Ringspalt weist der Kolben bevorzugt mehrere in Umfangsrichtung verteilt angeordnete, vom hochdruckseitigen Stirnende des Kolbens ausgehende und in den Ringspalt mündende Aussparungen auf. Zweckmäßigerweise ist bei dieser Ausgestaltung in einer der beiden den Ringspalt bildenden Mantelflächen, insbesondere im Außenmantel der Ringaussparung des Kolbens, eine umlaufende Schmelzeverteilernut vorgesehen, die die über die axialen Aussparungen eintretende Metallschmelze in Umfangsrichtung gleichmäßig verteilt, bevor die Schmelze infolge der Kolbenkühlung erstarrt.
  • Der geschlitzte Dichtring kann ggf. über die hochdruckseitige Stirn des Kolbens in die ihm zugeordnete Ringaussparung des Kolbens hineingehoben werden. Diese Montageart kann im Einzelfall aber bedingen, dass der Durchmesser der hochdruckseitigen Stirn vergleichsweise klein ist, um den Dichtring ohne bleibende. Deformation über die Stirn hinwegheben zu können. Dies kann sich nachteilig auf die Lebensdauer des Dichtrings auswirken, da sich der Innendurchmesser des radial elastischen Dichtrings bei Abnutzung vergrößert und er über die Stirn des Kolbens rutschen kann. Dieser Nachteil wird vermieden, wenn die hochdruckseitige Stirn des Kolbens als abnehmbarer, insbesondere abschraubbarer Deckel ausgebildet ist, dessen Trennfläche in der den Ringkörper haltenden Ringaussparung endet. Bei einer solchen Ausgestaltung kann der Durchmesser des die Ringaussparung begrenzenden Deckels vergleichsweise groß bemessen sein.
  • Bevorzugt besteht der Deckel aus einem schlecht, zumindest aber schlechter wärmeleitenden Material, wie z.B. Stahl, als der anschließende Bereich des Kolbens, oder er ist mit Keramikmaterial beschichtet. Selbst wenn der restliche Kolben zur Optimierung seiner Kühlung aus besser wärmeleitendem Material besteht wird auf diese Weise verhindert, dass die in der Gießkammer befindliche Metallschmelze vor Abschluss der Druckphase, insbesondere auch vor Abschluss der Nachdruckphase, erstarrt.
  • Wenngleich der Außendurchmesser des Kolbens auf der Niederdruckseite des Dichtrings in aller Regel zum Zylinder hin bereits einen zur Aufnahme von Schmiermittel geeigneten Ringspalt bildet, so ist doch bevorzugt direkt anschließend an das niederdruckseitige Ende des Ringkörpers des Dichtrings im Außenmantel des Kolbens eine zum Zylinderinnenmantel und zum Ringkörper hin offene Ringaussparung zur Bildung eines Schmiermittelraums vorgesehen, um eine größere Menge Schmiermittel für den Rückzughub des Kolbens speichern zu können.
  • Im Folgenden wird die Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Hierbei zeigt:
    • Fig. 1 einen schematischen Axiallängsschnitt durch den Druckgießzylinder einer Kaltkammer-Druckgießmaschine mit einem Kolben und einem zum hochdruckseitigen Ende des Kolbens angeordneten Dichtring gemäß der Erfindung;
    • Fig. 2 eine Detailansicht des Dichtrings, gesehen in Richtung eines Pfeils II;
    • Fig. 3 eine vergrößerte Detailansicht des Kolbenbereichs der Druckgießmaschine aus Fig. 1;
    • Fig. 4 eine Detailansicht einer Variante von Kolben und Dichtring;
    • Fig. 5 eine Stirnansicht des Kolbens, gesehen in Richtung eines Pfeils V in Fig. 4 und
    • Fig. 6 eine weitere Variante des Kolbens aus Fig. 4.
  • Fig. 1 zeigt schematisch eine Kaltkammer-Druckgießmaschine, in deren kreiszylindrischem Gießzylinder 1 ein Kolben 3 zwischen einer in Fig. 1 mit vollen Linien dargestellten vorgeschobenen Position und einer bei 3' strichpunktiert dargestellten zurückgezogenen Position verschiebbar ist. In der zurückgezogenen Position wird über eine Einfüllöffnung 5 Metallschmelze, z.B. Aluminiumschmelze, in die durch den Kolben 3 und den Gießzylinder 1 begrenzte Gießkammer 7 eingefüllt und beim Vorschieben des Kolbens 3 wird die Metallschmelze mit hohem Druck über einen Angusskanal 9 in die nicht näher dargestellte Spritzgussform gedrückt.
  • Der Kolben 3 trägt an seinem hochdruckseitigen Ende einen in beiden Bewegungsrichtungen fixierten Dichtring 11, der die Gießkammer 7 zur Einfüllöffnung 5 hin abdichtet. Der Dichtring 11 hat, wie Fig. 2 zeigt, einen sowohl axial als auch radial durchgehenden Stufenschlitz 13, der radiales Aufweiten des Dichtrings 11 aufgrund von Eigenelastizität erlaubt, so dass der Dichtring 11 mit einer äußeren Anlage-Ringfläche 15 am Innenmantel 17 des Gießzylinders 1 aufgrund seiner eigenen radialen Elastizität vorgespannt anliegt, wie dies am besten Fig. 3 zeigt. Die in Umfangsrichtung in achsnormalen Ebenen verlaufenden Stufen 19 an den den Stufenschlitz 13 bildenden Enden des Ringkörpers 21 des Dichtrings 11 liegen aneinander an und dichten den Stufenschlitz 13 axial ab. Einzelheiten eines derartigen Stufenschlitzes sind in EP 0 423 413 A2 erläutert. Der Kolben 3 enthält bei 22 angedeutete, an ein nicht näher dargestelltes Kühlsystem angeschlossene Kühlkanäle, über die der Kolben 3 auf einer bezogen auf die Temperatur der Metallschmelze niedrige Temperatur von z.B. 40° - 60°C gekühlt wird. Einzelheiten der Konstruktion eines im Rahmen der Erfindung geeigneten, gekühlten Kolbens sind gleichfalls in EP 0 423 413 A2 wie auch in EP 0 525 229 A1 beschrieben.
  • Der am Innenmantel 17 des Gießzylinders 1 radial elastisch anliegende Ringkörper 21 des Dichtrings 11 enthält nahe seines niederdruckseitigen axialen Endes eine Umfangsnut 23, in die ein vom Außenumfang des Kolbens 3 radial abstehender, umlaufender Vorsprung 25 eingreift und den Dichtring 11 in beiden Verschieberichtungen des Kolbens 3 an diesem fixiert. Auf der axial zur Hochdruckseite des Kolbens 3 hin gelegenen Seite der Ringnut 23 ist der Ringkörper 21 so bemessen, dass sein Innenmantel 27 zusammen mit dem Außenmantel des Kolbens 3 einen Ringspalt 29 begrenzt, der zur Hochdruckseite der Gießkammer hin offen ist. Beim Vorschieben des Kolbens 3 während der Druckphase des Gießvorgangs wird Metallschmelze in den Ringspalt 29 hineingedrückt, wo sie die auf die Anlage-Ringfläche 15 wirkende radiale Vorspannkraft des Ringkörpers 21 zur Verbesserung der Dichtwirkung erhöht.
  • Die zur Anlage am Innenmantel 17 des Gießzylinders 1 bestimmte Anlage-Ringfläche 15 ist in axialer Richtung kleiner als die dem Schmelzdruck in dem Ringspalt 29 ausgesetzte Innenmantelfläche 27, so dass sich eine Verstärkung der auf die Anlage-Ringfläche 15 wirkenden radialen Druckkraft ergibt.
  • Ausgehend von der vergleichsweise kleinen Anlage-Ringfläche 15 verjüngt sich der zur Niederdruckseite hin anschließende Außenmantelbereich 31 des Ringkörpers 21 kegelstumpfförmig, so dass der auf diese Weise entstehende keilringförmige Ringspalt 32 in einer sowohl zum Innenmantel 17 als auch zum Ringkörper 21 hin offenen Ringaussparung 33 des Kolbens 3 mündet. Diese Gestaltung des Dichtrings 11 und des Kolbens 3 erlaubt auch eine Schmierung des Kolbens beim Zurückziehen in dessen Position 3'. Es ist bekannt, über die Einfüllöffnung 5 des Gießzylinders 1 (Fig. 1) nicht nur die Metallschmelze einzufüllen, sondern auch eine gewisse Menge an viskosem oder festem Schmiermittel, welches sich bei Kontakt mit der Metallschmelze verflüssigt und die Vorschubbewegung des Kolbens 3 während der Gießphase schmiert. Ein Teil des Schmiermittels überwindet den Dichtring 11 und gelangt auf die gekühlte Niederdruckseite, wo es sich in der Ringaussparung 33 und in dem Keilspalt 32 zwischen dem kegelstumpfförmigen Abschnitt 31 und dem Innenmantel 17 sammelt und aufgrund der niedrigen Temperatur des gekühlten Kolbens 3 erstarrt. Beim Zurückziehen des Kolbens 3 in die Position 3' verstreicht der radial elastische Dichtring 11 das Schmiermittel entlang des Innenmantels 17 und schmiert die Rückzugbewegung des Kolbens.
  • Die verglichen mit der axialen Gesamtlänge des Ringkörpers 21 geringe axiale Höhe der Anlage-Ringfläche 15 erleichtert anfängliches Einschleifen und Anpassen des Dichtrings 11 an die Zylinderfläche 17. Zweckmäßigerweise erstreckt sich die kegelstumpfförmige Mantelfläche 31 bis nahe an das hochdruckseitige Stirnende des Ringkörpers 21, so dass die Einschleif-und Anpassphase des Dichtrings 11 bereits nach einigen wenigen Gießzyklen abgeschlossen ist. Zum Ende der Lebensdauer des Dichtrings hin wird die Anlage-Ringfläche 15 aufgrund der Abnutzung breiter.
  • Es versteht sich, dass der Außenmantel des Ringkörpers 21 auf der Niederdruckseite der Anlage-Ringfläche 15 auch eine andere Kontur haben kann, beispielsweise eine stufenförmige, im Durchmesser verkleinerte Zylinderkontur, wie sie bei 35 in Fig. 3 gestrichelt angedeutet ist. Die Kontur 35 erstreckt sich im dargestellten Beispiel bis an das niederdruckseitige Ende des Ringkörpers 21, kann aber auch in dem Ringkörper vor diesem Ende enden und am Außenmantel des Ringkörpers 21 eine Schmiermittelspeichernut bilden. Die Ringausnehmung 33 kann hier, wie auch bei den vorangegangen erläuterten Varianten, entfallen.
  • Im Folgenden werden Varianten der anhand der Fig. 1 bis 3 erläuterten Kaltkammer-Spritzgießmaschine beschrieben. Gleichwirkende Komponenten sind mit den Bezugszahlen der Fig. 1 bis 3 bezeichnet und zur Unterscheidung mit einem Buchstaben versehen. Zur Erläuterung des Aufbaus, der Wirkungsweise und evtl. Varianten wird auf die Beschreibung der Fig. 1 bis 3 Bezug genommen.
  • Die Fig. 4 und 5 zeigen eine Variante eines in einem Gießzylinder 1 a verschiebbaren Kolbens 3a, der im Bereich seines hochdruckseitigen Stirnendes einen Dichtring 11 a trägt. Der Dichtring 11 a ist entsprechend dem vorstehend erläuterten Dichtring mit einem Stufenschlitz versehen und hat eine Außenmantelkontur mit einer vergleichsweise in axialer Richtung kurzen Anlage-Ringfläche 15a und einem niederdruckseitig daran anschließenden kegelstumpfförmigen und zur Niederdruckseite hin sich verjüngenden Außenmantelbereich 31 a, wie dies vorangegangen erläutert wurde. Auch in dieser Variante schließt an den Ringkörper 21 a des Dichtrings 1 1 a eine zum Ringkörper 21 a und zum Innenmantel 17a hin offene Ringaussparung 33a an. Das Abdichtverhalten, das Einschleifverhalten und das Schmierverhalten beim Zurückziehen des Kolbens 3a entspricht damit dem Ausführungsbeispiel der Fig. 1 bis 3.
  • Unterschiedlich zur Ausführungsform der Fig. 1 bis 3 ist in erster Linie die axiale Fixierung des Dichtrings 11 a am Kolben 3a. Der Kolben 3a trägt nahe seines hochdruckseitigen Endes an seinem Außenumfang eine Ringnut 37, in die der Ringkörper 21 a über seine gesamte axiale Länge eingreift und in der er in beiden Kolbenbewegungsrichtungen mit einem gewissen Spiel axial fixiert ist.
  • Um den über die gesamte axiale Höhe des Ringkörpers 21 a sich erstreckenden Innenmantel 27a des Ringkörpers 21 a dem Druck der Metallschmelze in der Gießkammer aussetzen zu können, ist das hochdruckseitige Ende des Kolbens 3a an seinem Außenumfang mit mehreren, hier vier, in Umfangsrichtung verteilt angeordneten, rinnenförmigen Aussparungen 39 versehen, die sich axial bis unter die Innenmantelfläche 27a erstrecken und im Boden 41 der den Ringkörper 21 a aufnehmenden Ringaussparung 37 enden. Über die Aussparungen 39 strömt Metallschmelze in einen zwischen dem Boden 41 der Ringaussparung 37 und dem Innenmantel 27a des Ringkörpers 21 a gebildeten Ringspalt 29a und erhöht den radialen Dichtdruck des Dichtrings 11 a. Da der Ringspalt 29a lediglich über die in Umfangsrichtung begrenzten Aussparungen 39 mit der Gießkammer verbunden ist, enthält der Ringspalt 29a einen durch eine Ringaussparung 43 des Kolbens 3a gebildeten Schmelzeverteilungskanal. Es versteht sich, dass die Aussparungen 39 ganz oder zusätzlich auch im Dichtring 11a vorgesehen sein können.
  • Im Ausführungsbeispiel der Fig. 4 und 5 ist die Ringaussparung 37 in einem integralen Bereich des Kolbens 3a vorgesehen. Bei der Montage muss deshalb der Ringkörper 21 a des Dichtrings 1 1 a über die hochdruckseitige Schulter der Ringaussparung 37 hinweggehoben werden, was die maximale radiale Höhe dieser Schulter konstruktiv begrenzt. Mit wachsender Abnutzung des Dichtrings 11a kann dieser dann unter Umständen aus der Aussparung 37 herausrutschen. Um dies zu vermeiden, zeigt Fig. 6 eine Variante des Kolbens der Fig. 4 und 5, bei welchem das hochdruckseitige Stirnende des Kolbens 3b als abnehmbarer, hier mittels eines Gewindeansatzes 45 lösbar an dem Kolben 3b befestigter Deckel 47 ausgebildet ist. Die Trennfläche 49 des Deckels schneidet die den Ringkörper 21 b des Dichtrings 11 b aufnehmende Ringaussparung 37b des Kolbens 3b und bildet die hochdruckseitige Begrenzungsschulter 51 dieser Ringaussparung 37b. Die radiale Höhe der Begrenzungsschulter 51 kann nun frei gewählt werden, da nach dem Abnehmen des Deckels 47 der Dichtring 11 b axial abgezogen werden kann. Die Gestaltung des Dichtrings 1 1 b entspricht der anhand der Fig. 4 und 5 erläuterten Variante, wobei hier die Aussparungen 39b im Deckel 47 vorgesehen sind, sich aber auch hier bis unter den Ringkörper 21 b erstrecken können.
  • Während der Kolben 3b zur besseren Kühlung aus gut wärmeleitendem Material, beispielsweise einer Kupferlegierung bestehen kann, besteht der Deckel 47 aus einem schlechter wärmeleitenden Material, beispielsweise Stahl oder ist durch einen keramischen Überzug wärmeisoliert, um die Abkühlung der Metallschmelze während des Gießvorgangs insbesondere bis in die Nachdruckphase, in welcher Hohlräume der Schmelze geschlossen werden sollen, zu verzögern.
  • Es versteht sich, dass die anhand der Fig. 1 bis 3 erläuterten Varianten des Außenmantels des Dichtrings auch bei dem Dichtring der Fig. 4 bis 6 mit Vorteil genutzt werden können.

Claims (13)

  1. Dichtring für einen Kolben eines Druckgießzylinders für Metallschmelze, insbesondere Aluminiumschmelze, mit einem radial elastischen Ringkörper (21), welcher einen sowohl axial als auch radial durchgehenden Schlitz (13), insbesondere einen in Umfangsrichtung des Ringkörpers gestuften Schlitz aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass
    der Außenmantel des Ringkörpers (21) nahe seines hochdruckseitigen axialen Endes eine zur Anlage an der Innenmantelfläche (17) des Druckgießzylinders (1) bestimmte Anlage-Ringfläche (15) hat, deren axiale Länge kleiner ist als die axiale Länger einer mit dieser äußeren Anlage-Ringfläche (15) axial überlappenden, der Metallschmelze auszusetzenden, inneren Ringfläche (27) am Innenmantel des Ringkörpers (21), und dass sich auf der Niederdruckseite der äußeren Anlage-Ringfläche (15) an die äußere Anlage-Ringfläche (15) zumindest über einen Teilbereich der verbleibenden axialen Länge des Außenmantels des Ringkörpers (21) ein Ringflächenabschnitt (31; 35) anschließt, dessen Durchmesser kleiner ist als der Durchmesser der äußeren Anlage-Ringfläche (15).
  2. Dichtring nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass
    sich der im Durchmesser verkleinerte äußere Ringflächenabschnitt (31; 35) bis an das niederdruckseitige axiale Ende des Ringkörpers (21) erstreckt.
  3. Dichtring nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass
    der im Durchmesser verkleinerte Ringflächenabschnitt (31) zumindest angenähert Kegelstumpfform hat und sich zum niederdruckseitigen axialen Ende des Ringkörpers (21) hin verjüngt.
  4. Dichtring nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass
    der Innenmantel des Ringkörpers (21), insbesondere nahe von dessen niederdruckseitigem axialen Ende, eine umlaufende Ringaussparung (23) hat.
  5. Kolben für einen Druckgießzylinder für Metallschmelze, insbesondere Aluminiumschmelze, mit einem nahe dem hochdruckseitigen Kolbenende axial fixiert angeordneten Dichtring (11) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass
    die der Metallschmelze auszusetzende innere Ringfläche (27) des Innenmantels der Ringkörper (21) zusammen mit dem Außenmantel des Kolbens (3) einen auf der Hochdruckseite des Ringkörpers (21) zur Druckkammer (7) des Druckgießzylinders (1) offenen Ringspalt (29) bildet.
  6. Kolben nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass
    er einen radial abstehenden Ringvorsprung (25) aufweist, der zur axialen Fixierung des Ringkörpers (21) an dem Kolben (3) in eine auf der Niederdruckseite des Ringspalts (29) im Innenmantel (27) des Ringkörpers (21) angeordnete Ringnut (23) eingreift.
  7. Kolben nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass
    er an seinem Außenmantel eine Ringaussparung (37) aufweist, in die der Ringkörper (21 a) zu seiner axialen Fixierung unter Bildung des Ringspalts (29a) eingreift,
    und dass der Kolben (3a) in Umfangsrichtung verteilt mehrere vom hochdruckseitigen Stirnende des Kolbens (3a) ausgehende in den Ringspalt (29a) mündende Aussparungen (39) aufweist.
  8. Kolben nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass
    in einer der beiden den Ringspalt (39) bildenden Mantelflächen, insbesondere des Außenmantels der Ringaussparung (37) eine umlaufende Schmelzverteilernut (43) angeordnet ist.
  9. Kolben nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass
    seine hochdruckseitige Stirn als abnehmbarer, insbesondere abschraubbarer Deckel (47) ausgebildet ist, dessen Trennfläche (49) in der den Ringkörper (21 b) haltenden Ringaussparung (37b) endet.
  10. Kolben nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass
    der Deckel (47) aus einem schlechter wärmeleitenden Material als der daran anschließende Bereich des Kolbens (3b) besteht.
  11. Kolben nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass
    der Deckel (47) aus Stahl oder einer Kupferlegierung besteht oder/und mit Keramikmaterial beschichtet ist.
  12. Kolben nach einem der Ansprüche 5 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass
    er direkt anschließend an das niederdruckseitige Ende des Ringkörpers (21) des Dichtrings (11) in seinem Außenmantel eine zum Zylinderinnenmantel (17) und zum Ringkörper (21) offene Ringaussparung (33) zur Bildung eines Schmiermittelraums aufweist.
  13. Kolben nach einem der Ansprüche 5 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass
    er im Bereich des Dichtrings (11) Mittel zur Kolbenkühlung enthält.
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