EP1837102A1 - Piston for a die-casting machine - Google Patents
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- EP1837102A1 EP1837102A1 EP07005673A EP07005673A EP1837102A1 EP 1837102 A1 EP1837102 A1 EP 1837102A1 EP 07005673 A EP07005673 A EP 07005673A EP 07005673 A EP07005673 A EP 07005673A EP 1837102 A1 EP1837102 A1 EP 1837102A1
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- EP
- European Patent Office
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- die
- piston
- wear ring
- piston head
- cast
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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 present invention relates to a Druckgußkolben for istmetalldruckguß with a piston head and at least one arranged on this wear ring of a harder material than the piston head material.
- Die cast pistons for light metal die casting slide in a filling chamber and convey the light metal melt entering the filling chamber for each shot via the gating system into the cavity of the die casting mold where the die casting is cast. They come with their front side with the molten metals, or alloys in contact so that they must maintain their mechanical stability even at elevated temperatures. Die-cast pistons should have a high thermal conductivity, in order not to increase the cycle times of the die casting by prolonged solidification times of the applied pressure on the piston end face Pressrestes. At the same time, they must not dissipate the heat of the melt too quickly to allow a successful repressing phase. Die-cast pistons are thus among the components whose heat balance is of great importance for die casting quality and economy.
- Die cast pistons are made of either steel or Cu or a Cu alloy, wherein the individual parts of a die-cast piston can be made of different materials.
- Steel has the disadvantage of being prone to greater fire cracking and contributing to cycle time extensions due to its low thermal conductivity.
- Cu does not show these disadvantages, but is relatively soft and thus prone to premature wear.
- a number of solutions are described in the prior art. These differ mainly whether a Cu base body is provided with components made of steel or a steel base body with components made of Cu.
- a die-cast piston consists of the parts: piston rod with coolant connections and guides and a single or multi-part piston head, the piston head usually consists of an inner support connected to the piston rod and attached thereto wall components, one with the molten metal in Make contact coming end face of the piston head.
- the DE 203 09 181 U1 proposes a piston head which, seen from the piston end side, consists of an axially rear first piston part and an axially front second piston part, wherein a first and / or the second piston part at least partially axially overlapping sealing ring is provided.
- the first piston part is a sleeve made of thermally conductive Cu alloy
- the second consists of hot-work steel or a Cu alloy with a long service life
- the sealing ring is designed as non-slotted or radially resilient slotted wear ring made of steel or copper.
- First and second piston part are releasably connected to each other by means of circumferentially distributed axially arranged screws, the sealing ring is detachably snapped.
- This document proposes for applications in the high-vacuum casting technique to provide a second, axially rear sealing ring which is formed by springs outside the filling chamber to an excessively radially auffahrend and which leads the Druckgußkolben within the casting cylinder.
- the EP 0 525 229 A1 describes a Druckgußkolben whose piston head is integrally formed and which also has a sealing ring. According to this document, the sealing ring is releasably supported on the piston head via a circumferential groove.
- This object is achieved in that it comprises a one-piece piston head made of copper or a copper alloy, wherein the at least one wear ring is formed integrally connected to the piston head.
- the use of copper as a material for the piston head makes use of the decisive for the quality of the die casting thermal benefits of this material, so that an inventive Die Casting Piston enables high quality die castings.
- the invention proposes with great advantage to apply the sealing rings known from the prior art not in a form-fitting but materially closed manner.
- the cohesive connection leads to a very simply constructed, structurally inexpensive one-piece piston head.
- the cohesive connection prevents penetration of light metal melt in grooves, joints or tapped holes. Constructive measures to avoid such, can be eliminated with great advantage.
- the at least one wear ring is formed on the piston head in a material-fit manner by laser deposition welding.
- Laser deposition welding makes it possible to provide metals with special surface properties by bonding them in-situ with a coating layer having the desired surface property.
- a powdered metal is introduced into the molten zone of the laser under protective gas, which is fused on and with the base material.
- Nd: YAG lasers are used, which generate beam intensities of up to 4,000 W / mm 2 as a function of the traversing speed. Due to the concentrated energy coupling, a thermally induced warping of the weld metal can be avoided and a firm and permanent cohesive connection between the base material and the application layer can be achieved.
- machining methods can be used for post-processing of the insert.
- a layer applied by laser deposition welding and worn in use can be easily renewed and rebuilt.
- the laser deposition welding ensures that only a very thin Mixing zone of basic and contract material is formed so that the applied material can fully develop its properties.
- the at least one wear ring is arranged in a region of the piston head with reduced radial width, preferably in the region between the end face and lateral surface of the piston head, in particular so that an end face of the wear ring forms a plane with an end face of the piston head , wherein preferably the region of reduced radial width is designed so that wear ring and lateral surface of normal radial width lie in one plane.
- This embodiment of the invention ensures that the hard wear ring strips off the molten metal adhering to the walls of a filling chamber, so that this does not penetrate into the area between the lateral surface and Bicrowand, where it can lead to wear.
- the die-cast piston according to the invention therefore encounters the molten metal with the hard wear ring at points subjected to high mechanical stress.
- both wear rings are formed with respect to the lateral surface of normal radial width sublime.
- the at least one wear ring made of steel, a nickel-based alloy, a cobalt-based alloy or a hard material or a mixture of the substances mentioned, so is with great Advantage given a good sliding, abrasion resistant and durable wear ring.
- the at least one wear ring has a cohesively bonded sliding layer, preferably with a thickness of at most 15 ⁇ m, in particular less than 10 ⁇ m.
- Die cast pistons typically need to be lubricated with graphite or oil to minimize friction on the walls of the chamber. This can lead to carbon in the melt, which leads to undesirable alloy or surface changes in the later diecasting.
- a constant relubrication is required, which increases the operating costs of the die-casting system.
- the invention proposes to apply a predominantly stationary sliding layer on the wear rings so as to minimize operating costs and to produce high-quality die castings.
- a sliding layer thickness of up to 15 ⁇ m is sufficient to ensure long service life of the die-cast pistons according to the invention.
- the layer thickness is less than or equal to 10 microns, which leads to lower material costs and is sufficient for most applications.
- the sliding layer is formed from one or more substances formed from the elements Ti, Cr, Al, C and N, in particular from DLC, molybdenum disulfide, titanium nitride and carbonitrides, finely distributed soft metals or ceramic particles, it is very advantageous to adapt the sliding layer individually the respective conditions of use possible.
- DLC diamond like carbon
- molybdenum disulfide titanium nitride and carbonitrides, finely distributed soft metals or ceramic particles
- TiAl carbonitrides or similar compounds with a low coefficient of friction are particularly preferred.
- the sliding layer can be applied by means of PVD or CVD, a firm cohesive connection between the sliding layer is ensured.
- the sliding layer is formed polished, the friction and thus the wear of the die-cast piston according to the invention is particularly reduced.
- Figure 1 shows a one-piece piston head 1 with an end face 3 and a lateral surface 2 and a piston rod connection 7 to a piston rod, not shown, or a piston rod carrier connected thereto (not shown).
- the piston head 1 is designed as a hollow cylinder with an inner cavity 8, as shown in FIG. 1 a can be seen.
- a wear ring 4 is cohesively applied in a region with a radially reduced width between the end face 3 and the lateral surface 2, a wear ring 4 is cohesively applied.
- the wear ring 4 consists of a steel layer of about 2 to 6 mm thickness and is between 8 and 30 mm wide.
- the wear ring 4 is preferably 4 mm thick and about 10 to 15 mm wide, so that the physical and chemical properties are retained.
- the wear ring 4 forms with one of its end faces 6 a plane with a first portion of the end face 3 of the piston head 1. This has radially inwardly a truncated cone-like elevation with a plane parallel to said plane. As can be seen in FIG. 1 a, lateral surface 2 and wear ring 4 lie on one plane. This figure further shows an internal thread 9 as access to the inner cavity 8, are arranged in the known coolant supply devices (not shown).
- the piston head 1 is made of a CCNB alloy (Cu Cr Ni Be) or a CNCS alloy (Cu Ni Co Si), or a CCB (Cu Co Be) or a CNB alloy (Cu Ni Be).
- Fig. 2 shows a second embodiment of a Druckgußkolbens invention. This differs from the first by a second wear ring 5, wherein both rings are raised with respect to the lateral surface 2. This embodiment enables the secure and sealed guidance of the diecasting piston in the filling chamber.
- both wear rings can be provided on their respective lateral surface with a cohesively connected sliding layer which consists of DLC or MoS 2 and has a thickness of approximately 15 ⁇ m.
- This layer can be polished to produce particularly good sliding properties.
- the surface finish achieved with PVD / CVD methods is already similar to a polished surface, so that this step unfolds with advantage can. It is more important that the starting substrate has as smooth a surface as possible to be coated.
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Pistons, Piston Rings, And Cylinders (AREA)
Abstract
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Druckgußkolben für Leichtmetalldruckguß mit einem Kolbenkopf und wenigstens einem an diesem angeordneten Verschleißring aus einem härteren Material als dem Kolbenkopfmaterial.The present invention relates to a Druckgußkolben for Leichtmetalldruckguß with a piston head and at least one arranged on this wear ring of a harder material than the piston head material.
Druckgußkolben für den Leichtmetalldruckguß gleiten in einer Füllkammer und befördern die für jeden Schuß in die Füllkammer eintretende Leichtmetallschmelze über das Anschnittsystem in die Kavität der Druckgussform, wo das Druckgussteil gegossen wird. Sie kommen mit ihrer Stirnseite mit den schmelzflüssigen Metallen, bzw. Legierungen in Kontakt, so dass sie ihre mechanische Stabilität auch bei erhöhten Temperaturen aufrechterhalten müssen. Druckgußkolben sollten eine hohe Wärmeleitfähigkeit aufweisen, um die Zykluszeiten des Druckgusses nicht durch verlängerte Erstarrungszeiten des an der Kolbenstirnseite anliegenden Pressrestes zu erhöhen. Gleichzeitig dürfen sie die Wärme der Schmelze nicht zu schnell ableiten, um noch eine erfolgreiche Nachpressphase zu ermöglichen. Druckgußkolben gehören damit zu den Bauteilen, deren Wärmehaushalt für die Druckgussqualität und - wirtschaftlichkeit von großer Bedeutung ist. Druckgußkolben werden entweder aus Stahl oder aus Cu bzw. einer Cu-Legierung gefertigt, wobei die einzelnen Teile eines Druckgußkolbens aus unterschiedlichen Materialien bestehen können. Stahl hat den Nachteil, dass er zu einer größeren Brandrissbildung neigt und aufgrund seiner geringen Wärmeleitfähigkeit zu Zykluszeitverlängerungen beiträgt. Cu zeigt diese Nachteile nicht, ist jedoch relativ weich und somit anfällig für einen frühzeitigen Verschleiß. Um den unterschiedlichen Anforderungen an einen Druckgußkolben gerecht zu werden, sind im Stand der Technik eine Reihe von Lösungen beschrieben. Diese unterscheiden sich vor allem dadurch, ob ein Cu-Grundkörper mit Bauteilen aus Stahl oder ein Stahlgrundkörper mit Bauteilen aus Cu versehen wird.Die cast pistons for light metal die casting slide in a filling chamber and convey the light metal melt entering the filling chamber for each shot via the gating system into the cavity of the die casting mold where the die casting is cast. They come with their front side with the molten metals, or alloys in contact so that they must maintain their mechanical stability even at elevated temperatures. Die-cast pistons should have a high thermal conductivity, in order not to increase the cycle times of the die casting by prolonged solidification times of the applied pressure on the piston end face Pressrestes. At the same time, they must not dissipate the heat of the melt too quickly to allow a successful repressing phase. Die-cast pistons are thus among the components whose heat balance is of great importance for die casting quality and economy. Die cast pistons are made of either steel or Cu or a Cu alloy, wherein the individual parts of a die-cast piston can be made of different materials. Steel has the disadvantage of being prone to greater fire cracking and contributing to cycle time extensions due to its low thermal conductivity. Cu does not show these disadvantages, but is relatively soft and thus prone to premature wear. In order to meet the different requirements for a die-cast piston, a number of solutions are described in the prior art. These differ mainly whether a Cu base body is provided with components made of steel or a steel base body with components made of Cu.
In der Regel besteht ein Druckgußkolben aus den Teilen: Kolbenstange mit Kühlmittelanschlüssen und -führungen und einem ein- oder mehrteiligen Kolbenkopf, wobei der Kolbenkopf üblicherweise aus einem mit der Kolbenstange verbundenen inneren Träger und an diesem befestigten Wandungsbauteilen besteht, die eine mit dem schmelzflüssigen Metall in Kontakt kommende Stirnseite des Kolbenkopfes bilden.In general, a die-cast piston consists of the parts: piston rod with coolant connections and guides and a single or multi-part piston head, the piston head usually consists of an inner support connected to the piston rod and attached thereto wall components, one with the molten metal in Make contact coming end face of the piston head.
Die
Die
Eine weitere Gestaltung eines Druckgußkolbens wird in der
Schließlich lehrt die
Die Druckgußkolben des geschilderten Standes der Technik werden bei dem Versuch, Teile mit erhöhtem Verschleiß austauschbar zu halten, relativ aufwändig in der Fertigung und komplex in ihrem Aufbau.The Druckgußkolben the described prior art are in the attempt to keep parts with increased wear interchangeable, relatively complex in manufacturing and complex in their construction.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, einen einfach aufgebauten Druckgußkolben anzugeben, der alle Anforderungen hinsichtlich des Wärmehaushalts und der Verschleißsicherheit erfüllt.It is therefore an object of the invention to provide a simple design Druckgußkolben that meets all requirements in terms of heat balance and wear resistance.
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass er einen einteiligen Kolbenkopf aus Kupfer oder einer Kupferlegierung aufweist, wobei der wenigstens eine Verschleißring stoffschlüssig mit dem Kolbenkopf verbunden ausgebildet ist. Die Verwendung von Kupfer als Material für den Kolbenkopf nützt die für die Qualität des Druckgusses entscheidenden thermischen Vorteile dieses Werkstoffes, so dass ein erfindungsgemäßer Druckgußkolben Druckgussteile hoher Qualität ermöglicht. Um das relative weiche und teuere Kupfer/Kupferlegierungsmaterial auf einfache Weise vor vorschnellem Verschleiß zu schützen, schlägt die Erfindung mit großem Vorteil vor, die aus dem Stand der Technik bekannten Dichtringe nicht formschlüssig sondern stoffschlüssig aufzutragen. Die stoffschlüssige Verbindung führt zu einem sehr einfach aufgebauten, konstruktiv unaufwendigen einteiligen Kolbenkopf. Die stoffschlüssige Verbindung verhindert ein Eindringen von Leichtmetallschmelze in Nuten, Fugen oder Gewindebohrungen. Konstruktive Vorkehrungen, um derartiges zu vermeiden, können mit großem Vorteil entfallen.This object is achieved in that it comprises a one-piece piston head made of copper or a copper alloy, wherein the at least one wear ring is formed integrally connected to the piston head. The use of copper as a material for the piston head makes use of the decisive for the quality of the die casting thermal benefits of this material, so that an inventive Die Casting Piston enables high quality die castings. In order to protect the relatively soft and expensive copper / copper alloy material from premature wear in a simple manner, the invention proposes with great advantage to apply the sealing rings known from the prior art not in a form-fitting but materially closed manner. The cohesive connection leads to a very simply constructed, structurally inexpensive one-piece piston head. The cohesive connection prevents penetration of light metal melt in grooves, joints or tapped holes. Constructive measures to avoid such, can be eliminated with great advantage.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass der wenigstens eine Verschleißring mittels Laserauftragsschweißens stoffschlüssig auf den Kolbenkopf aufgetragen ausgebildet ist. Mithilfe des Laserauftragsschweißens ist es möglich, Metalle mit besonderen Oberflächeneigenschaften zu versehen, indem sie in-situ mit einer Auftragsschicht verbunden werden, der die gewünschte Oberflächeneigenschaft aufweist. Hierbei wird in die Schmelzzone des Lasers unter Schutzgas ein pulverförmiges Metall eingebracht, das auf und mit dem Grundwerkstoff verschmolzen wird. Eingesetzt werden dabei beispielsweise Nd:YAG-Laser, die in Abhängigkeit von der Verfahrgeschwindigkeit Strahlintensitäten von bis zu 4.000 W/mm2 erzeugen. Aufgrund der konzentrierten Energieeinkopplung kann ein thermisch bedingtes Verziehen des Schweißguts vermieden und eine feste und dauerhafte stoffschlüssige Verbindung zwischen dem Grundwerkstoff und der Auftragsschicht erreicht werden. Mit großem Vorteil können spanende Verfahren zur Nachbearbeitung des Einsatzes verwendet werden. Gleichzeitig kann eine mittels Laserauftragsschweißens aufgetragene und im Einsatz verschlissene Schicht leicht erneuert und neu aufgebaut werden. Mit großem Vorteil stellt das Laserauftragsschweißen sicher, dass nur eine sehr dünne Durchmischungszone von Grund- und Auftragsstoff gebildet wird, so dass das aufgetragene Material seine Eigenschaften vollständig entfalten kann.According to the invention, it is provided that the at least one wear ring is formed on the piston head in a material-fit manner by laser deposition welding. Laser deposition welding makes it possible to provide metals with special surface properties by bonding them in-situ with a coating layer having the desired surface property. In this case, a powdered metal is introduced into the molten zone of the laser under protective gas, which is fused on and with the base material. For example, Nd: YAG lasers are used, which generate beam intensities of up to 4,000 W / mm 2 as a function of the traversing speed. Due to the concentrated energy coupling, a thermally induced warping of the weld metal can be avoided and a firm and permanent cohesive connection between the base material and the application layer can be achieved. With great advantage, machining methods can be used for post-processing of the insert. At the same time, a layer applied by laser deposition welding and worn in use can be easily renewed and rebuilt. With great advantage, the laser deposition welding ensures that only a very thin Mixing zone of basic and contract material is formed so that the applied material can fully develop its properties.
In Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der wenigstens eine Verschleißring in einem Bereich des Kolbenkopfes mit verringerter radialer Weite angeordnet ist, vorzugsweise im Bereich zwischen Stirnfläche und Mantelfläche des Kolbenkopfes, insbesondere so, dass eine Stirnfläche des Verschleißringes mit einer Stirnfläche des Kolbenkopfes eine Ebene bildet, wobei vorzugsweise der Bereich verringerter radialer Weite so ausgeführt ist, dass Verschleißring und Mantelfläche normaler radialer Weite in einer Ebene liegen. Diese Ausgestaltung der Erfindung stellt sicher, das der harte Verschleißring das an den Wandungen einer Füllkammer anhaftende schmelzflüssige Metall abstreift, so dass dieses nicht in den Bereich zwischen Mantelfläche und Füllkammerwand eindringen, und dort zu Verschleiß führen kann. Der erfindungsgemäße Druckgußkolben trifft daher mit dem harten Verschleißring an mechanisch hoch belasteten Stellen auf das schmelzflüssige Metall.In an embodiment of the invention it is provided that the at least one wear ring is arranged in a region of the piston head with reduced radial width, preferably in the region between the end face and lateral surface of the piston head, in particular so that an end face of the wear ring forms a plane with an end face of the piston head , wherein preferably the region of reduced radial width is designed so that wear ring and lateral surface of normal radial width lie in one plane. This embodiment of the invention ensures that the hard wear ring strips off the molten metal adhering to the walls of a filling chamber, so that this does not penetrate into the area between the lateral surface and Füllkammerwand, where it can lead to wear. The die-cast piston according to the invention therefore encounters the molten metal with the hard wear ring at points subjected to high mechanical stress.
In Ausgestaltung der Erfindung wird vorgschlagen, dass wenigstens ein zweiter Verschleißring vorgesehen ist, der in einem zweiten Bereich verringerter radialer Weite angeordnet ist, wobei beide Verschleißringe gegenüber der Mantelfläche normaler radialer Weite erhaben ausgebildet sind. Durch diese erfinderische Maßnahme kommt der relativ weiche Kolbenkopf mit der Füllkammerwand nicht in Berührung, der Kolben wird ausschließlich über die axial beabstandeten Verschleißringe geführt. Damit dichten und führen beide Verschleißringe den Druckgußkolben, so dass ein besonders verschleißarmer Betrieb ermöglicht ist.In an embodiment of the invention is vorgschlagen that at least a second wear ring is provided, which is arranged in a second region of reduced radial width, both wear rings are formed with respect to the lateral surface of normal radial width sublime. By virtue of this inventive measure, the relatively soft piston head does not come into contact with the filling chamber wall, the piston is guided exclusively over the axially spaced wear rings. Thus, both wear rings seal and guide the die-cast piston, so that a particularly low-wear operation is made possible.
Besteht der wenigstens eine Verschleißring aus Stahl, einer Nickelbasislegierung, einer Cobaltbasislegierung oder aus einem Hartstoff oder einer Mischung aus den genannten Stoffen, so wird mit großem Vorteil ein gut gleitender, abriebfester und dauerhafter Verschleißring angegeben.If the at least one wear ring made of steel, a nickel-based alloy, a cobalt-based alloy or a hard material or a mixture of the substances mentioned, so is with great Advantage given a good sliding, abrasion resistant and durable wear ring.
In Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass der wenigstens eine Verschleißring eine stoffschlüssig mit diesem verbundene Gleitschicht aufweist, vorzugsweise mit einer Dicke von maximal 15µm, insbesondere von weniger als 10µm. Druckgusskolben müssen üblicherweise mit Graphit oder Öl geschmiert werden, um die Reibung an den Wänden der Kammer zu minimieren. Hierbei kann es zu Kohlenstoffeintrag in die Schmelze kommen, was zu unerwünschten Legierungs- oder Oberflächenänderungen beim späteren Druckgussteil führt. Darüber hinaus ist eine ständige Nachschmierung erforderlich, was die Betriebskosten der Druckgussanlage erhöht. Mit großem Vorteil schlägt die Erfindung daher vor, eine überwiegend stationäre Gleitschicht auf die Verschleißringe aufzutragen, um so die Betriebskosten zu minimieren und qualitativ hochwertige Druckgussteile zu erzeugen. Es hat sich gezeigt, dass eine Gleitschichtdicke von bis zu 15 µm ausreichend ist, um lange Standzeiten der erfindungsgemäßen Druckgusskolben zu gewährleisten. Bevorzugt ist die Schichtdicke kleiner gleich 10 µm, was zu geringeren Materialkosten führt und für die meisten Anwendungen ausreichend ist.In a further development of the invention, it is provided that the at least one wear ring has a cohesively bonded sliding layer, preferably with a thickness of at most 15 μm, in particular less than 10 μm. Die cast pistons typically need to be lubricated with graphite or oil to minimize friction on the walls of the chamber. This can lead to carbon in the melt, which leads to undesirable alloy or surface changes in the later diecasting. In addition, a constant relubrication is required, which increases the operating costs of the die-casting system. With great advantage, therefore, the invention proposes to apply a predominantly stationary sliding layer on the wear rings so as to minimize operating costs and to produce high-quality die castings. It has been found that a sliding layer thickness of up to 15 μm is sufficient to ensure long service life of the die-cast pistons according to the invention. Preferably, the layer thickness is less than or equal to 10 microns, which leads to lower material costs and is sufficient for most applications.
Ist die Gleitschicht gebildet aus einer oder mehreren Substanzen gebildet aus den Elementen Ti, Cr, Al, C und N, insbesondere aus DLC, Molybdändisulfid, Titannitrid und Carbonitriden, feinst verteilten Weichmetallen oder Keramikpartikeln, so ist mit großem Vorteil eine individuelle Anpassung der Gleitschicht an die jeweiligen Einsatzbedingungen möglich. Besonders bevorzugt sind DLC (diamond like carbon) und Molybdändisulfid, aber auch TiAI-Carbonitride oder ähnliche Verbindungen mit einem geringen Reibungskoeffizienten.If the sliding layer is formed from one or more substances formed from the elements Ti, Cr, Al, C and N, in particular from DLC, molybdenum disulfide, titanium nitride and carbonitrides, finely distributed soft metals or ceramic particles, it is very advantageous to adapt the sliding layer individually the respective conditions of use possible. Particularly preferred are DLC (diamond like carbon) and molybdenum disulfide, but also TiAl carbonitrides or similar compounds with a low coefficient of friction.
Dadurch, dass die Gleitschicht mittels PVD oder CVD auftragbar ist, ist eine feste stoffschlüssige Verbindung zwischen Gleitschicht gesichert. Insbesondere dann, wenn die Gleitschicht poliert ausgebildet ist, wird die Reibung und damit der Verschleiß der erfindungsgemäßen Druckgusskolben besonders herabgesetzt.Due to the fact that the sliding layer can be applied by means of PVD or CVD, a firm cohesive connection between the sliding layer is ensured. In particular, when the sliding layer is formed polished, the friction and thus the wear of the die-cast piston according to the invention is particularly reduced.
Die Erfindung wird anhand der Figuren der Zeichnung näher erläutert, wobei funktionsmäßig gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen sind.
- Fig. 1
- zeigt eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Druckgußkolbens in perspektivischer Ansicht mit einem Verschleißring,
- Fig. 1a:
- zeigt einen Längsschnitt durch die erste Ausführungsform,
- Fig. 2
- zeigt eine zweite Ausführungsform der Erfindung mit zwei Verschleißringen und
- Fig. 2a
- zeigt einen Längsschnitt durch die zweite Ausführungsform.
- Fig. 1
- shows a first embodiment of a die-cast piston according to the invention in a perspective view with a wear ring,
- Fig. 1a:
- shows a longitudinal section through the first embodiment,
- Fig. 2
- shows a second embodiment of the invention with two wear rings and
- Fig. 2a
- shows a longitudinal section through the second embodiment.
Figur 1 zeigt einen einteiligen Kolbenkopf 1 mit einer Stirnfläche 3 und einer Mantelfläche 2 sowie einem Kolbenstangenanschluß 7 zu einer nicht dargestellten Kolbenstange oder einem mit dieser verbundenen Kolbenstangenträger (nicht dargestellt). Der Kolbenkopf 1 ist als Hohlzylinder mit einem inneren Hohlraum 8 ausgeführt, wie Fig. 1 a zu entnehmen ist. In einem Bereich mit radial reduzierter Weite zwischen Stirnfläche 3 und Mantelfläche 2 ist stoffschlüssig ein Verschleißring 4 aufgetragen. Der Verschleißring 4 besteht aus einer Stahlschicht von etwa 2 bis 6 mm Dicke und ist zwischen 8 und 30 mm breit. Der Verschleißring 4 ist dabei vorzugsweise 4 mm dick und etwa 10 bis 15 mm breit, so dass die die physikalischen und chemischen Eigenschaften erhalten bleiben. Die Dicke ist vor allem so zu wählen, dass an den mechanisch stark belasteten Bereichen des Kolbenkopfes 1 ausreichend Materialstärke des harten Verschleißringmaterials vorhanden ist, insbesondere an dessen Stirnseite 6. Die Vermischungszone zwischen Kuper/Kupferlegierung und Stahl ist sehr gering, so dass die im Vergleich dazu sehr große Schichtdicke ein Erhalt des mechanischen Eigenlebens des Stahls ermöglicht. Abplatzungen oder dergleichen treten während des Betriebes nicht in relevantem Maße auf. Der Verschleißring 4 bildet mit einer seiner Stirnflächen 6 eine Ebene mit einem ersten Abschnitt der Stirnfläche 3 des Kolbenkopfes 1. Diese weist radial innen eine kegelstumpfartige Erhöhung mit einer zur genannten Ebene parallelen Ebene auf. Wie Fig. 1 a zu entnehmen ist, liegen Mantelfläche 2 und Verschleißring 4 auf einer Ebene. Diese Figur zeigt weiterhin ein Innengewinde 9 als Zugang zum inneren Hohlraum 8, in dem an sich bekannte Kühlmittelzufuhrvorrichtungen angeordnet sind (nicht dargestellt). Der Kolbenkopf 1 besteht aus einer CCNB-Legierung (Cu Cr Ni Be) oder aus einer CNCS-Legierung (Cu Ni Co Si), oder einer CCB (Cu Co Be) oder einer CNB-Legierung (Cu Ni Be).Figure 1 shows a one-
Fig. 2 zeigt eine zweite Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Druckgußkolbens. Diese unterscheidet sich von der ersten durch einen zweiten Verschleißring 5, wobei beide Ringe gegenüber der Mantelfläche 2 erhaben ausgebildet sind. Diese Ausgestaltung ermöglicht die sichere und gedichtete Führung des Druckgußkolbens in der Füllkammer.Fig. 2 shows a second embodiment of a Druckgußkolbens invention. This differs from the first by a
Erfindungsgemäß können beide Verschleißringe an ihrer jeweiligen Mantelfläche mit einer stoffschlüssig verbundenen Gleitschicht versehen sein, die aus DLC oder MoS2 besteht und eine Dicke von etwa 15 µm aufweist. Diese Schicht kann poliert ausgebildet sein, um besonders gute Gleiteigenschaften zu erzeugen. In der Regel ist die Oberflächengüte, die mit PVD/CVD-Verfahren erreicht wird, jedoch bereits ähnlich einer polierten Oberfläche, so dass dieser Arbeitsschritt mit Vorteil entfalten kann. Wesentlicher ist, dass das Ausgangssubstrat eine möglichst glatte zu beschichtende Oberfläche aufweist.According to the invention, both wear rings can be provided on their respective lateral surface with a cohesively connected sliding layer which consists of DLC or MoS 2 and has a thickness of approximately 15 μm. This layer can be polished to produce particularly good sliding properties. In general, however, the surface finish achieved with PVD / CVD methods is already similar to a polished surface, so that this step unfolds with advantage can. It is more important that the starting substrate has as smooth a surface as possible to be coated.
Aufgrund dieser Ausgestaltung ist ein Gleitschichtauftrag auf den kompletten Druckgusskolben überflüssig, was die Materialkosten senkt. Vorteilhafterweise kann so ebenfalls das ständige Nachschmieren wie im Stand der Technik entfallen, so dass die Betriebskosten einer Druckgussanlage mit dem erfindungsgemäßen Druckgusskolben deutlich geringer sind.Due to this configuration, a sliding layer order on the complete die-cast piston is superfluous, which reduces the material costs. Advantageously, so also the constant relubrication omitted as in the prior art, so that the operating costs of a die-casting system with the die-cast piston according to the invention are significantly lower.
- 1. Druckgußkolben1. Diecasting piston
- 2. Mantelfläche2nd lateral surface
- 3. Stirnfläche3. face
- 4. Verschleißring4. Wear ring
- 5. Hinterer Verschleißring5. Rear wear ring
- 6. Verschleißringstirnfläche6. Wear ring end face
- 7. Kolbenstangenanschluß7. Piston rod connection
- 8. innerer Hohlraum8. inner cavity
- 9. Gewinde9. Thread
Claims (8)
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