EP2506999B1 - GIEßEINHEIT FÜR EINE DRUCKGIEßMASCHINE - Google Patents

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EP2506999B1
EP2506999B1 EP10787072.7A EP10787072A EP2506999B1 EP 2506999 B1 EP2506999 B1 EP 2506999B1 EP 10787072 A EP10787072 A EP 10787072A EP 2506999 B1 EP2506999 B1 EP 2506999B1
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EP
European Patent Office
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casting
piston
chamber
casting chamber
passage
Prior art date
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EP10787072.7A
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English (en)
French (fr)
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EP2506999A1 (de
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Norbert Erhard
Helmar Dannenmann
Jürgen KURZ
Andreas Sydlo
Daniel Gerner
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Oskar Frech GmbH and Co KG
Original Assignee
Oskar Frech GmbH and Co KG
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Publication date
Application filed by Oskar Frech GmbH and Co KG filed Critical Oskar Frech GmbH and Co KG
Priority to PL10787072T priority Critical patent/PL2506999T3/pl
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Application granted granted Critical
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Priority to HRP20170511TT priority patent/HRP20170511T1/hr
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    • 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
    • B22D17/02—Hot chamber machines, i.e. with heated press chamber in which metal is melted
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B22D17/00—Pressure die casting or injection die casting, i.e. casting in which the metal is forced into a mould under high pressure
    • B22D17/02—Hot chamber machines, i.e. with heated press chamber in which metal is melted
    • B22D17/04—Plunger machines
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    • B22D17/00—Pressure die casting or injection die casting, i.e. casting in which the metal is forced into a mould under high pressure
    • B22D17/08—Cold chamber machines, i.e. with unheated press chamber into which molten metal is ladled
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    • 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
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • 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
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B22D17/20—Accessories: Details
    • B22D17/2015—Means for forcing the molten metal into the die
    • B22D17/2038—Heating, cooling or lubricating the injection unit

Definitions

  • the invention relates to a casting unit for a die casting machine according to the preamble of claim 1.
  • Casting units are typically used in the corresponding die casting machines, e.g. hot chamber or cold chamber type, to promote a molten metal by the action of the casting piston from the casting chamber at high speed and high pressure in a mold cavity. In the mold cavity, solidification of the molten metal then forms the desired metallic casting.
  • the casting unit has relatively high temperatures and pressures of the molten metal of e.g. to withstand over 600 ° C and 1000 bar, which is known to require special design measures.
  • the casting piston is typically designed as a slide piston which can be axially moved back and forth in a hollow-cylindrical casting chamber body, its outer cross-section corresponding to the internal cross-section of the casting chamber body.
  • this spool forms a casting chamber volume variably delimiting, axially movable end wall of the casting chamber
  • this conventional G cordkolbentyp by its the inner cross section of G fool screening stressess corresponding outer cross section seals the Gelloclon to this end side, possibly supported by associated sealing means, which are arranged for example on the piston outer periphery
  • the power transmission to the casting piston via a provided on the casting chamber facing away from the front end of the casting piston piston shaft with respect to the casting piston of smaller cross-section.
  • Casting units with said spool type pose some specific technological challenges.
  • One problem is the effect of so-called edge shell solidification.
  • melt material can solidify on its inner wall and disturb or aggravate the movement of the casting piston sealingly moving along it with two-dimensional surface contact.
  • casting piston moved back except for casting material usually also air in the casting chamber, which in the mold filling, i. when advancing the casting piston, must be expelled again or can lead to melt oxidation problems.
  • casting units of the displacer type according to the preamble of claim 1 have already been proposed.
  • the publication EP 0 576 406 A2 discloses such a casting unit, wherein there the casting chamber is cylindrical with a substantially constant diameter along its length and the casting piston is designed as a Budapestwegbare cylindrical rod with an annular stepped widened foot part, the piston diameter both in the bar area and in the widened foot area smaller than the inner diameter of the cylindrical casting chamber is.
  • a piston entrance side portion of the casting chamber body forms a cylindrical passage opening with respect to the inner diameter the casting chamber larger opening diameter, a ring-cylindrical seal pack is firmly clamped in this passage opening is taken by pressing against the front by an end face screwed to the casting chamber body pressure plate against an axially opposite annular shoulder, where the wider passage opening merges into the narrower casting chamber.
  • the axially preloaded sealing pack is supported radially outwardly on the inner wall of the passage opening of the casting chamber body.
  • the widened foot part of the casting piston is required to be able to remove the sealing packing stuck in the lead-through opening if necessary.
  • the technical object of the invention is to provide a casting unit for a die casting machine which can overcome or at least reduce the above-mentioned difficulties of conventional sliding piston type casting units and which offers advantages over conventional positive displacement casting units.
  • the invention solves this problem by providing a pouring unit having the features of claim 1.
  • the pouring piston extends through a feedthrough opening of the pouring chamber body from outside into the pouring chamber, with a free space region of the pouring chamber being moved between an outer casing surface of the pouring chamber into the pouring chamber Casting piston and one of these transverse to the casting piston longitudinal direction opposite inner wall surface of the casting chamber body is formed by an outer cross section of the casting piston is correspondingly smaller than an inner cross section of the casting chamber body.
  • the casting piston is of a displacer type which accordingly reduces the casting chamber volume by moving forward into the casting chamber without sealingly abutting its outer cross section in the manner of a conventional slide piston against the inner cross section of the casting chamber body.
  • a casting piston temperature control device for at least partially active temperature control of the casting piston.
  • the temperature of the casting piston can be actively influenced as required and in the case of application, the part of which is in each case located in the casting chamber the temperature is affected by the local hot casting material.
  • the casting-piston tempering device is designed to be able to actively temper the casting piston along at least part of its length in accordance with a predeterminable temperature profile. For example, a temperature influence of the hot casting material leading to a temperature gradient along the casting piston in the casting chamber can thus be suitably partially compensated or completely compensated for on the casting piston.
  • a sealing element is provided for sealing the G monkolben presser.
  • the sealing element is arranged on a casting chamber facing the inside of the passage opening or the guide sleeve. Arranging on the inside has the advantage that solidified melt material, if it should come to a solidification effect in this area, can easily be pushed back into the casting chamber during advancement of the casting piston without resulting in disturbing phenomena of friction between the casting piston and the inner wall of the casting chamber body Has. Even when moving back the casting piston makes melt material that eventually solidifies in the region of the sealing element on the inside of the lead-through opening or the guide sleeve, no problems, if only because this return movement can take place quasi unpressurized in contrast to the advance of the casting.
  • the casting material in the casting chamber is not in the return movement of the casting piston under the high pressure, as it prevails during the Formglallphase when advancing the casting piston, but is depressurized or at most under a much lower supply pressure, optionally for feeding of casting material into the casting chamber can be used.
  • the casting piston has an outer diameter which extends at least via one into the casting chamber into and through the passage opening through movable part of the casting piston is constant and corresponds to the diameter of the passage opening substantially.
  • An annular gap thus remains as a free space region of the casting chamber between the casting piston section, which is moved forward into the casting chamber, and the radially opposite inner wall surface of the casting chamber body, which has a larger inner diameter than the outer diameter of the casting piston, which remains permanently in the casting chamber volume which is not closed off by the casting piston. Since the constant outer diameter of the casting plunger part in question essentially corresponds to the diameter of the lead-through opening, the casting plunger is guided safely and without play in the bushing opening itself.
  • the casting material inlet opens into the free space region and / or into the casting material outlet of the casting chamber. This has the advantageous consequence that the pouring chamber inlet is not blocked even with maximum advancing casting piston of the latter.
  • casting material can already be supplied from the beginning of the return movement of the casting piston from its maximum advancing position via the pouring inlet into the casting chamber.
  • the pouring inlet is mostly blocked by the advancing pouring piston and is released therefrom only when the pouring piston has moved back a certain distance from its maximum advancing position.
  • the present pouring unit consequently enables a comparatively uniform, homogeneous feeding of casting material into the casting chamber and thus also the avoidance of undesirable turbulences and an undesired suction of ambient air via the casting material outlet during the backward movement of the casting piston.
  • the casting chamber can thus always be kept completely filled with casting material without further notice.
  • the casting material inlet and / or a casting material supply line assigned to it are provided with a shut-off element which prevents casting material from emerging from the casting chamber via the casting material inlet.
  • a shut-off element which prevents casting material from emerging from the casting chamber via the casting material inlet.
  • it may be an active or passive shut-off element of conventional type, e.g. around a corresponding check valve.
  • the casting chamber body has a hollow cylinder, and the passage opening is provided at a front end thereof.
  • the casting piston can then extend, for example, with the piston longitudinal axis parallel to the hollow cylinder longitudinal axis, axially via the passage opening into the casting chamber.
  • the casting material outlet and / or the casting material inlet is provided on the end face of the hollow cylinder opposite the feed-through opening or on a cylinder jacket surface of the hollow cylinder.
  • a guide sleeve is provided for the casting piston, which extends from one of the casting chamber outside of the passage opening to the outside and / or from one of the casting chamber facing inside the passage opening into the casting chamber inside.
  • a casting chamber temperature control device for active temperature control of the casting chamber.
  • This can be used, for example, melt solidification effects Prevent in the casting chamber or to achieve a relatively homogeneous temperature distribution of the casting material in the casting chamber.
  • the casting unit has a relief ring groove and a discharge channel, wherein the relief ring groove is located on a casting piston facing inner wall of the passage opening or the guide sleeve and the discharge channel leads from the Entlastungsringnut out to the outside of the casting chamber. If, for example, because of wear, some melt material or another fluid passes between the casting piston and the feedthrough opening or guide sleeve, this can be removed in a controlled manner via the relief ring groove and the discharge channel to the outside.
  • FIG. 1 schematically illustrated casting unit is particularly suitable for processing liquid and semi-molten metal melts, such as alloys of tin, zinc, lead, aluminum, magnesium, titanium, steel or copper or more of these metals, mixtures of several metals and optionally such materials with admixtures of particles, in an associated die casting machine.
  • the casting unit can be installed, for example, as a so-called vertical or horizontal casting unit in the caster in question, depending on requirements and in particular depending on Druckg phonemaschinentyp.
  • the casting unit has a casting chamber body 1, which in the example shown comprises a hollow cylinder 1a, which forms a casting chamber 2 with its interior. At one in Fig.
  • the casting unit comprises a casting piston 4, which is realized as an elongated displacement piston and extends through a passage opening 5 of the casting chamber body 1 from the outside into the casting chamber 2.
  • the lead-through opening 5 is provided at the end face of the hollow-cylindrical casting chamber body 1 opposite the pouring material outlet 3, and in the same way as the pouring material outlet 3 centrally to a longitudinal axis 1b of the casting chamber hollow cylinder 1.
  • the casting piston 4 is aligned with the hollow cylinder longitudinal axis 1b Longitudinal axis 4a held axially movable back and forth, as symbolized by a movement double arrow B, where he in Fig. 1 is shown in a rearward end position.
  • the casting piston 4 has an outer diameter d which is constant at least via a part of the casting piston 4 that can be moved into the casting chamber 2 or through the lead-through opening 5 and essentially corresponds to the diameter of the lead-through opening 5.
  • this part of the casting piston 4 may also have a slightly conical shape, in which case provision must be made for a suitable sealing.
  • the casting chamber hollow cylinder 1a has a larger inner diameter D, ie D> d, so that between the advancing into the casting chamber and the radially opposite casting chamber an annular gap 6 remains as a free space region of the casting chamber, which permanently belongs to the casting chamber, since he not shut off from the casting piston. In other words lie in one in the Fig.
  • the free space annular gap 6 thus formed during operation is permanently filled with the casting material located in the casting chamber 2.
  • the casting piston 4 in its not in the casting chamber 2 into movable rear section a can have any cross-sectional configuration, such as a stepped or conical shape.
  • a pouring-chamber-side front end 4c of the casting piston 4 is located at a short distance from the passage opening 5 in the casting chamber 2. From this rear end position, the casting piston 4 can each be advanced so far that the desired amount of liquid or partially liquid casting material in the associated Mold filling is discharged from the casting chamber 2 in the mold cavity, ie The volume of casting material to be discharged is equal to the volume of the casting plunger 4 moved into the casting chamber 2.
  • the casting plunger 4 can be advanced to a position in which its front face end 4c reaches the inner wall of the casting chamber body 1 at the end face which is the G dirtmaterialauslass 3, wherein the piston diameter d in this example is greater than a diameter a of the G fauxauslasses 3.
  • the casting piston 4 can advance with its front end 4c into the G manmaterialauslass 3, if appropriate for the particular application.
  • the front end position of the casting piston 4 can be defined by the stroke of a conventional, not shown drive for the casting piston 4 or by a corresponding limit stop.
  • Casting material can be supplied to the casting chamber 2 via a casting material supply line 7 and an associated casting material inlet 8, which is introduced into a cylinder jacket surface of the hollow cylinder 1a.
  • the casting material inlet 8 and / or the casting material supply line 7 are provided with a active or passive acting shut-off element 9 is provided with which prevents the casting material located in the casting chamber during advancement of the casting piston 4 in the casting chamber 2 can escape via the casting material inlet 8.
  • the shut-off element 9 can be realized as a check valve as shown schematically.
  • a sealing element 10 For sealing the passage of the casting piston 4 through the passage opening 5, a sealing element 10, e.g. a sealing rubber or metal ring, provided on a casting chamber side inside the passage opening 5.
  • the sealing element 10 is preferably designed, e.g. As a correspondingly shaped sealing lip member that it presses under the pressure of the casting material in the casting chamber 2 sealingly against the performed casting piston 4 and / or embedded in the passage opening 5 or inserted.
  • the sealing element 10 is an elastic or non-elastic design with suitable geometry can be used as needed.
  • a guide sleeve 11 is provided with the piston diameter d corresponding sleeve inner diameter, which is realized in the example shown as an axial extension or flange of the casting chamber 1.
  • the guide sleeve 11 in the exemplary embodiment shown serves to receive a guide sleeve tempering device 12, which serves for the active guide sleeve temperature control and, as shown, can also extend axially into the region of the leadthrough opening 5.
  • the temperature control device 12 can also contribute to the temperature control of the guided in the guide sleeve 11 casting piston 4. It may, for example, be of a type with a liquid or gaseous tempering medium which is passed through tempering passages which surround the casting plunger 4 coaxially in the corresponding section of the guide sleeve 11 or the leadthrough opening 5.
  • a corresponding G mankolben tempering device 14 may be provided, which in turn is for example of a type with a liquid or gaseous temperature control, which is passed through one or more temperature control channels 14a, which in the casting piston 4 itself extend.
  • this is realized in that a tempering tube 15 is longitudinally inserted into an interior 16 of the casting piston 4 realized for this purpose as a hollow cylinder, leaving an annular gap between the temperature control tube 15 and the casting piston inner wall.
  • the annular gap represents a first temperature control channel
  • the temperature control tube 15 represents a second temperature control channel, whereby the temperature control medium can be guided via one of the two temperature control channels into the front casting piston area and can be led back to the rear via the other temperature control channel.
  • the tempering devices 12, 14 mentioned can be used to actively temper the casting piston 4 or the guide sleeve 11 in the relevant section, eg according to a predeterminable temperature profile along at least part of its length which can be advanced into the casting chamber. In particular, this can be counteracted depending on the needs and application of the influence of temperature of the hot casting melt in the casting chamber 2 on the movable into the casting chamber part of the casting piston 4, for example, for the purpose of not causing excessive axial temperature gradients in the casting piston 4, due to locally different piston material expansion could complicate the sealing of the casting piston 4 at the passage opening 5.
  • the two temperature control devices 12, 14 can be suitably matched to one another for this purpose of a desired temperature control of the casting piston 4 and expediently also of the guide sleeve 11, wherein in alternative embodiments also only one of the two tempering 12, 14 may be provided.
  • a casting chamber temperature control device 13 is provided, with which the casting chamber 2 together with casting material inlet 8 together with adjoining casting material supply line 7 and casting material outlet 3 together with adjoining casting material outlet line can be controllably actively controlled in a desired manner.
  • this tempering device 13 can also be used e.g. be of a type with a liquid or gaseous tempering medium, which is passed through tempering, which coaxially surround the hollow cylinder 1a and the G confusematerialzuschreibtechnisch 7 and / or the G fauxauslasstechnisch.
  • the tempering device 13 With this tempering device 13, it is consequently possible to keep the casting material at a comparatively constant temperature level without strong temperature gradients, when it is fed into the casting chamber 2 via the supply line 7 for the next casting operation, stored there and then discharged via the casting material outlet 3 in the mold filling process becomes. If required, the tempering device 13 can be divided into a plurality of separately controllable tempering zones or tempering units.
  • the casting piston 4 acts as a pure displacer whose feed into the casting chamber 2 determines the quantity of melt to be discharged from the casting chamber 2 at high speed and high pressure, as usual the casting piston 4 moves freely into the casting chamber 2, without having to conduct its surface along a cylindrical inner wall of the casting chamber body 1 flat. Disturbing frictional effects on a corresponding sliding surface between the casting piston and G manfittwand, as the conventional casting of the spool type are inherent, account for principle in this casting unit of Verdrängerkolbentyp.
  • the displacement piston principle implemented here facilitates the construction of a high pressure and the movement of the casting piston 4 at high speed to effect the mold filling, wherein the then closed shut-9 holds the casting material 8 closed, so that the casting material displaced by the casting piston 4 alone on the G confusematerialauslass 3 from the pouring chamber 2 out to fill the mold cavity.
  • the casting piston configuration according to the invention has the advantage that no piston lubricant is needed and consequently no corresponding residues can occur in the casting produced.
  • Fig. 2 to 5 illustrate various advantageous variants of the casting of Fig. 1 wherein like reference numerals are used to facilitate understanding of identical or functionally equivalent elements are and to that extent on the above remarks to casting unit of Fig. 1 can be referenced.
  • Fig. 2 shown casting unit has in addition to that of Fig. 1 a relief annular groove 17 and an associated discharge channel 18.
  • the relief annular groove 17 is annularly introduced in this example in the inner wall of the guide sleeve 11, and at an axial height between the passage opening 5 of the casting chamber 1 and the axially outer end face of the guide sleeve 11.
  • the discharge channel 18 leads from the relief ring groove 17 to the outside, ie in the outer space outside the casting chamber 1, to which the relief channel 18 is introduced, for example, as a radial bore through the wall of the guide sleeve 11 therethrough.
  • the relief annular groove 17, together with the relief channel 18, forms a leak-removing means for the controlled removal of any material, such as melt material, which may undesirably enter the gap between the casting piston 4 and the through-hole 5 or guide sleeve 11, e.g. due to wear on the outside of the casting piston 4, on the sealing element 10 and / or on the inside of the passage opening 5 and the guide sleeve 11th
  • Fig. 3 shown casting unit is different from those of Fig. 1 and 2 in that the casting material inlet 8 does not open into the free space area 6 but into the area of the casting material outlet 3 of the casting chamber 2. This placement of the casting material inlet 8 ensures that it is not blocked off by the advancing casting piston 4. Otherwise, the above apply to the embodiments of Fig. 1 and 2 explained properties and advantages in the same way for the casting unit of Fig. 3 ,
  • a guide sleeve 11 ' is formed which in this case extends primarily into the casting chamber 2, ie with a predeterminable axial guide sleeve length into the clearance region 6 remaining between the casting piston 4 and the casting chamber inner wall 1c.
  • the sealing element 10 is arranged in this example in the region of the inner front end of this guide sleeve 11 'and embedded therein.
  • the relief annular groove 17 and the relief channel 18, which may also be optionally provided in this variant of the casting unit, are located in the region of a relatively short axial part of the guide sleeve support of the casting piston 4 pointing outwards from the actual casting chamber hollow cylinder 1a.
  • the guide sleeve tempering device 12 Since in this embodiment, the majority of the guide sleeve 11 'is in the casting chamber 2 and therefore can be heated during operation of the present there melting material, the guide sleeve tempering device 12, as shown in the Fig. 1 to 3 is shown, optional omitted.
  • pouring unit corresponds to that of Fig. 4 with the exception that in this case the tempering device 13 is not provided for active G machinekolbentemper réelle.
  • This casting unit is suitable, for example, for applications which do not require active heating of the casting chamber 2.
  • This variant can be used, for example, for applications in which the complete casting unit dips into a melt bath, so that the casting unit is heated passively via the hot melt material, ie the hot, liquid melt material surrounds the casting chamber 2 or the casting chamber body 1 and holds them or this warm from the outside.
  • this can be introduced via the casting material inlet 8 from the melt bath into the casting chamber 2 Melting material keep the casting chamber 2 warm from the inside, as is the case with the other embodiments shown.
  • a casting piston having a non-circular cross-section and a correspondingly designed passage opening may be used, and / or the guide sleeve may be realized as a component separately from the casting chamber body, possibly as a component mounted thereon ,
  • the casting material inlet and the casting material outlet may be interchanged with respect to their positions in the embodiment shown or may open into the casting chamber at any other positions.
  • the casting piston may, in corresponding embodiments, also transversely to the longitudinal direction of the G fauxmaterialauslasses and / or the pouring material inlet into the pouring chamber.
  • a heater for example, an electric heater with electric heating elements.
  • the clearance area is formed as a circumferentially continuous annular gap, i. the casting piston moves freely in the casting chamber 2 without support.
  • a point or line guide of the casting piston may be provided within the casting chamber, i.
  • the casting piston engages with an outer circumferential surface along one or more line contacts and / or along one or more point contacts against a transverse to the casting piston movement direction opposite boundary wall of the casting chamber.
  • the illustrated embodiment could be used in the sense of line contact e.g. be modified so that the hollow cylinder inner wall 1c or the casting piston outer circumferential surface 4b arranged distributed on the circumference, is provided with axial direction component extending guide webs, which keep the casting piston 4 guided within the casting chamber 2 in its axial movement. These guide webs then divide the annular gap clearance 6 into several corresponding segments.

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Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf eine Gießeinheit für eine Druckgießmaschine nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
  • Gießeinheiten dienen typischerweise dazu, in den entsprechenden Druckgießmaschinen, z.B. vom Warmkammer- oder Kaltkammertyp, eine Metallschmelze durch die Wirkung des Gießkolbens aus der Gießkammer mit hoher Geschwindigkeit und hohem Druck in eine Formkavität zu fördern. In der Formkavität bildet sich dann durch Erstarren der Metallschmelze das gewünschte metallische Gussteil. Je nach Gießmaterial, z.B. Legierungen aus Zink, Al oder Magnesium, und herzustellendem Gussteil hat die Gießeinheit relativ hohe Temperaturen und Drücke der Metallschmelze von z.B. über 600°C und 1000 bar auszuhalten, was bekanntermaßen besondere konstruktive Maßnahmen erfordert.
  • Bei herkömmlichen Gießeinheiten ist der Gießkolben typischerweise als Schieberkolben ausgebildet, der in einem hohlzylindrischen Gießkammerkörper axial vor- und zurückbewegbar ist, wobei sein Außenquerschnitt dem Innenquerschnitt des Gießkammerkörpers entspricht. Mit anderen Worten bildet dieser Schieberkolben eine das Gießkammervolumen variabel begrenzende, axial bewegliche Stirnwand der Gießkammer, wobei dieser herkömmliche Gießkolbentyp durch seinen dem Innenquerschnitt des Gießkammerkörpers entsprechenden Außenquerschnitt das Gießkammervolumen zu dieser Stirnseite hin abdichtet, gegebenenfalls unterstützt durch zugeordnete Dichtungsmittel, die z.B. am Kolbenaußenumfang angeordnet sind. Die Kraftübertragung auf den Gießkolben erfolgt über einen am gießkammerabgewandten Stirnende des Gießkolbens vorgesehenen Kolbenschaft mit gegenüber dem Gießkolben geringerem Querschnitt. Der Gießkolbenschaft kann z.B. durch eine zugehörige Durchführungsöffnung im Gießkammerkörper aus letzterem herausgeführt sein, wobei dann diese Durchführungsöffnung einen demjenigen des Kolbenschaftes entsprechenden Querschnitt aufweist, der geringer als der Gießkolbenaußenquerschnitt und der Innenquerschnitt des zylindrischen Gießkammerkörpers ist.
  • Verschiedene herkömmliche Gießeinheiten dieser Art sind z.B. in den Offenlegungsschriften DE 10 2005 009 669 A1 , DE 195 44 716 A1 und DE 43 16 927 A1 sowie in der Patentschrift EP 1 483 074 B1 offenbart.
  • Gießeinheiten mit dem besagten Schieberkolbentyp stellen einige spezifische technologische Herausforderungen. Ein Problempunkt ist der Effekt der sogenannten Randschalenerstarrung. Durch die vergleichsweise kühlere Zylinderwand des Gießkammerkörpers kann Schmelzematerial an dessen Innenwand erstarren und die Bewegung des sich entlang dieser mit zweidimensionalem Flächenkontakt abdichtend bewegenden Gießkolbens stören bzw. erschweren. Zudem befindet sich bei zurückbewegtem Gießkolben außer Gießmaterial meist auch Luft in der Gießkammer, die beim Formfüllvorgang, d.h. beim Vorbewegen des Gießkolbens, wieder ausgetrieben werden muss bzw. zu Schmelzeoxidationsproblemen führen kann.
  • Demgegenüber sind auch bereits Gießeinheiten vom Verdrängertyp entsprechend dem Oberbegriff des Anspruchs 1 vorgeschlagen worden. Die Offenlegungsschrift EP 0 576 406 A2 offenbart eine solche Gießeinheit, wobei dort die Gießkammer zylindrisch mit entlang ihrer Länge im Wesentlichen konstantem Durchmesser ausgeführt ist und der Gießkolben als eine darin vorbewegbare zylindrische Stange mit einem ringabsatzförmig verbreiterten Fußteil ausgeführt ist, wobei der Kolbendurchmesser sowohl im Stangenbereich als auch im verbreiterten Fußbereich kleiner als der Innendurchmesser der zylindrischen Gießkammer ist. Ein kolbeneintrittsseitiger Abschnitt des Gießkammerkörpers bildet eine zylindrische Durchführungsöffnung mit gegenüber dem Innendurchmesser der Gießkammer größerem Öffnungsdurchmesser, wobei eine ringzylindrische Dichtungspackung fest eingespannt in dieser Durchführungsöffnung aufgenommen ist, indem sie mittels einer stirnseitig von außen an den Gießkammerkörper anschraubbaren Druckplatte gegen einen axial gegenüberliegenden Ringabsatz gedrückt wird, an dem die breitere Durchführungsöffnung in die schmalere Gießkammer übergeht. Das axial vorgespannte Dichtungspaket stützt sich radial nach außen an der Innenwand der Durchführungsöffnung des Gießkammerkörpers ab. Der verbreiterte Fußteil des Gießkolbens wird dazu benötigt, die in der Durchführungsöffnung festsitzende Dichtungspackung bei Bedarf herausnehmen zu können.
  • Weitere herkömmliche Gießeinheiten mit einer zylindrischen Gießkammer, in der ein Verdrängerkolben mit gegenüber dem Gießkammerdurchmesser kleinerem Kolbendurchmesser angeordnet ist, sind in der Patentschrift US 3,814,170 und der Offenlegungsschrift DE 32 48 423 A1 offenbart.
  • Der Erfindung liegt als technisches Problem die Bereitstellung einer Gießeinheit für eine Druckgießmaschine zugrunde, mit der sich die oben erwähnten Schwierigkeiten herkömmlicher Gießeinheiten vom Schieberkolbentyp beseitigen oder jedenfalls verringern lassen und die Vorteile gegenüber herkömmlichen Gießeinheiten vom Verdrängertyp bietet.
  • Die Erfindung löst dieses Problem durch die Bereitstellung einer Gießeinheit mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Bei dieser Gießeinheit erstreckt sich der Gießkolben durch eine Durchführungsöffnung des Gießkammerkörper hindurch von außen in die Gießkammer hinein, wobei ein Freiraumbereich der Gießkammer zwischen einer Außenmantelfläche des in die Gießkammer vorbewegten Gießkolbens und einer dieser quer zur Gießkolbenlängsrichtung gegenüberliegenden Innenwandfläche des Gießkammerkörpers gebildet ist, indem ein Außenquerschnitt des Gießkolbens entsprechend kleiner ist als ein Innenquerschnitt des Gießkammerkörpers.
  • Mit anderen Worten ist der Gießkolben bei der erfindungsgemäßen Gießeinheit von einem Verdrängertyp, der durch Vorwärtsbewegen in die Gießkammer das Gießkammervolumen entsprechend verringert, ohne dass er sich mit seinem Außenquerschnitt nach Art eines herkömmlichen Schieberkolbens ganzflächig abdichtend gegen den Innenquerschnitt des Gießkammerkörpers anlegt. Durch die Belassung des Freiraumbereichs entfallen jegliche Reibungsprobleme zwischen dem Außenquerschnitt des Gießkolbens und dem quer zur Gießkolbenlängsrichtung gegenüberliegenden Innenquerschnitt des Gießkammerkörpers z.B. aufgrund des erwähnten Randschalenerstarrungseffekts. Eine Reibungsproblematik durch zweidimensionalen, flächigen Reibkontakt kann so lokal auf den Bereich der Durchführungsöffnung begrenzt werden. Diese ist viel einfacher beherrschbar als die herkömmliche Reibungsproblematik zwischen Gießkolbenaußenquerschnittsfläche und Innenquerschnittsfläche des Gießkammerkörpers entlang der gesamten Verschiebungslänge beim herkömmlichen Schieberkolbentyp. Bei Bedarf kann ein lediglich eindimensionaler, linienförmiger oder nulldimensionaler, punktförmiger Führungskontakt zwischen Gießkolben und Gießkammerbegrenzungswand beibehalten werden. Außerdem bietet diese erfindungsgemäße Gestaltung der Gießeinheit vergleichsweise einfach die Möglichkeit, die Gießkammer stets vollständig mit Gießmaterial befüllt zu halten, ohne dass zwangsläufig Umgebungsluft in die Gießkammer gelangt.
  • Gemäß einem Aspekt der Erfindung ist eine Gießkolben-Temperiereinrichtung zur wenigstens bereichsweise aktiven Temperierung des Gießkolbens vorgesehen. Dadurch kann je nach Bedarf und Anwendungsfall aktiv auf die Temperatur des Gießkolbens Einfluss genommen werden, dessen jeweils in der Gießkammer befindlicher Teil der Temperatureinwirkung durch das dortige heiße Gießmaterial unterliegt. Dabei ist die Gießkolben-Temperiereinrichtung dafür ausgelegt, den Gießkolben gemäß eines vorgebbaren Temperaturprofils entlang wenigstens eines Teils seiner Länge aktiv temperieren zu können. Beispielsweise kann damit ein zu einem Temperaturgradienten entlang des Gießkolbens führender Temperatureinfluss des heißen Gießmaterials in der Gießkammer auf den Gießkolben geeignet teilkompensiert oder vollständig kompensiert werden.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist ein Dichtelement zur Abdichtung der Gießkolbendurchführung vorgesehen. Das Dichtelement ist an einer gießkammerzugewandten Innenseite der Durchführungsöffnung bzw. der Führungshülse angeordnet. Das Anordnen an der Innenseite hat den Vorteil, dass erstarrtes Schmelzematerial, wenn es in diesem Bereich zu einem Erstarrungseffekt kommen sollte, beim Vorbewegen des Gießkolbens problemlos wieder in die Gießkammer gedrückt werden kann, ohne dass dies störende Reibungserscheinungen zwischen Gießkolben und Innenwand des Gießkammerkörpers zur Folge hat. Auch beim Zurückbewegen des Gießkolbens macht Schmelzematerial, das eventuell im Bereich des Dichtelementes an der Innenseite der Durchführungsöffnung bzw. der Führungshülse erstarrt, keine Probleme, schon weil diese Rückbewegung im Gegensatz zur Vorbewegung des Gießkolbens quasi drucklos stattfinden kann. Denn das Gießmaterial in der Gießkammer steht bei der Rückbewegung des Gießkolbens nicht unter dem hohen Druck, wie er während der Formfüllphase beim Vorbewegen des Gießkolbens herrscht, sondern ist drucklos oder steht allenfalls unter einem wesentlich geringeren Zufuhrdruck, der optional zum Nachspeisen von Gießmaterial in die Gießkammer verwendet werden kann.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung weist der Gießkolben einen Außendurchmesser auf, der wenigstens über einen in die Gießkammer hinein und durch die Durchführungsöffnung hindurch bewegbaren Teil des Gießkolbens konstant ist und dem Durchmesser der Durchführungsöffnung im Wesentlichen entspricht. Zwischen dem in die Gießkammer vorbewegten Gießkolbenabschnitt und der radial gegenüberliegenden Innenwandfläche des Gießkammerkörpers, der einen gegenüber dem Außendurchmesser des Gießkolbens größeren Innendurchmesser aufweist, verbleibt dadurch ein Ringspalt als Freiraumbereich der Gießkammer, der bleibend zum nicht vom Gießkolben abgesperrten Gießkammervolumen gehört. Da der konstante Außendurchmesser des betreffenden Gießkolbenteils dem Durchmesser der Durchführungsöffnung im Wesentlichen entspricht, ist der Gießkolben sicher und spielfrei in der Durchführungsöffnung selbst geführt.
  • In einer Weiterbildung der Erfindung mündet der Gießmaterialeinlass in den Freiraumbereich und/oder in den Gießmaterialauslass der Gießkammer. Dies hat vorteilhaft zur Folge, dass der Gießkammereinlass auch bei maximal vorbewegtem Gießkolben von letzterem nicht blockiert wird. So kann Gießmaterial schon zu Beginn der Rückbewegung des Gießkolbens aus seiner maximal vorbewegten Position über den Gießeinlass in die Gießkammer zugeführt werden. Im Gegensatz dazu ist bei herkömmlichen Gießeinheiten vom Schieberkolbentyp der Gießeinlass meist durch den vorbewegten Gießkolben blockiert und wird von diesem erst freigegeben, wenn sich der Gießkolben um einen gewisse Weglänge aus seiner maximal vorbewegten Stellung heraus zurückbewegt hat. Die vorliegende Gießeinheit ermöglicht folglich ein vergleichsweise gleichmäßiges, homogenes Zuführen von Gießmaterial in die Gießkammer und damit auch die Vermeidung unerwünschter Turbulenzen und eines unerwünschten Ansaugens von Umgebungsluft über den Gießmaterialauslass beim Zurückbewegen des Gießkolbens. Die Gießkammer kann damit ohne weiteres stets vollständig mit Gießmaterial befüllt gehalten werden.
  • In weiterer Ausgestaltung ist der Gießmaterialeinlass und/oder eine ihm zugeordnete Gießmaterialzufuhrleitung mit einem Absperrelement versehen, das verhindert, dass Gießmaterial über den Gießmaterialeinlass aus der Gießkammer austritt. Je nach Bedarf und Anwendungsfall kann es sich um ein aktiv oder passiv wirkendes Absperrelement von an sich herkömmlichem Typ handeln, z.B. um ein entsprechendes Rückschlagventil.
  • In Weiterbildung der Erfindung weist der Gießkammerkörper einen Hohlzylinder auf, und die Durchführungsöffnung ist an einem Stirnende desselben vorgesehen. Der Gießkolben kann sich dann beispielsweise mit zur Hohlzylinderlängsachse paralleler Kolbenlängsachse axial über die Durchführungsöffnung in die Gießkammer erstrecken. In weiterer Ausgestaltung ist der Gießmaterialauslass und/oder der Gießmaterialeinlass an dem der Durchführungsöffnung gegenüberliegenden Stirnende des Hohlzylinders oder an einer Zylindermantelfläche des Hohlzylinders vorgesehen. Diese Positionierungsmaßnahmen können zu einer günstigen Strömungscharakteristik für das in die Gießkammer einzuleitende und aus dieser unter Druck in eine Formkavität austragbare Gießmaterial beitragen.
  • In Weiterbildung der Erfindung ist eine Führungshülse für den Gießkolben vorgesehen, die sich von einer der Gießkammer abgewandten Außenseite der Durchführungsöffnung nach außen und/oder von einer der Gießkammer zugewandten Innenseite der Durchführungsöffnung in die Gießkammer hinein erstreckt. Mit dieser Führungshülse kann der Gießkolben während seiner Vor- und Rückbewegung zusätzlich gestützt und geführt werden.
  • In Weiterbildung der Erfindung ist eine Gießkammer-Temperiereinrichtung zur aktiven Temperierung der Gießkammer vorgesehen. Dies kann beispielsweise dazu genutzt werden, Schmelzeerstarrungseffekten in der Gießkammer vorzubeugen bzw. eine relativ homogene Temperaturverteilung des Gießmaterials in der Gießkammer zu erzielen. In Weiterbildung der Erfindung weist die Gießeinheit eine Entlastungsringnut und einen Entlastungskanal auf, wobei sich die Entlastungsringnut an einer dem Gießkolben zugewandten Innenwandung der Durchführungsöffnung oder der Führungshülse befindet und der Entlastungskanal von der Entlastungsringnut aus zur Außenseite des Gießkammerkörpers führt. Wenn z.B. wegen Verschleiß etwas Schmelzematerial oder ein anderes Fluid zwischen Gießkolben und Durchführungsöffnung bzw. Führungshülse gelangt, kann dieses über die Entlastungsringnut und den Entlastungskanal kontrolliert nach außen abgeführt werden.
  • Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden nachfolgend beschrieben. Hierbei zeigen:
    • Fig. 1
    in einer schematischen Seitenansicht eine Gießeinheit für eine Druckgießmaschine,
    Fig. 2
    eine Ansicht entsprechend Fig. 1 für eine Variante der Gießeinheit mit Entlastungsringnnut und Entlastungskanal,
    Fig. 3
    eine Ansicht entsprechend Fig. 2 für eine Variante der Gießeinheit, bei welcher ein Gießmaterialeinlass in einen Gießmaterialauslassbereich statt einen Freiraumbereich der Gießkammer mündet,
    Fig. 4
    eine Ansicht entsprechend Fig. 2 für eine Variante der Gießeinheit mit einer sich primär in die Gießkammer hinein statt von der Gießkammer nach außen erstreckenden GießkolbenFührungshülse und
    Fig. 5
    eine Ansicht entsprechend Fig. 4 für eine Variante der Gießeinheit ohne aktive Gießkammertemperierung.
  • Die in Fig. 1 schematisch dargestellte Gießeinheit eignet sich insbesondere zum Verarbeiten von flüssigen und teilflüssigen Metallschmelzen, wie Legierungen aus Zinn, Zink, Blei, Aluminium, Magnesium, Titan, Stahl oder Kupfer bzw. mehreren dieser Metalle, Mischungen mehrerer Metalle sowie optional derartige Materialien mit Beimischungen von Partikeln, in einer zugehörigen Druckgießmaschine. Die Gießeinheit kann je nach Bedarf und insbesondere je nach Druckgießmaschinentyp z.B. als sogenannte vertikale oder horizontale Gießeinheit in die betreffende Gießmaschine eingebaut werden. Die Gießeinheit weist einen Gießkammerkörper 1 auf, der im gezeigten Beispiel einen Hohlzylinder 1a umfasst, welcher mit seinem Inneren eine Gießkammer 2 bildet. An einer in Fig. 1 rechten Stirnseite ist ein Gießmaterialauslass 3 vorgesehen, über den Gießmaterial aus der Gießkammer 2 in herkömmlicher, hier nicht weiter gezeigter Weise in eine Formkavität gefördert werden kann, die in üblicher Weise von einer festen und einer beweglichen Formhälfte der Druckgießmaschine gebildet wird und die Kontur eines herzustellenden Gussteils definiert.
  • Des weiteren beinhaltet die Gießeinheit einen Gießkolben 4, der als länglicher Verdrängerkolben realisiert ist und sich durch eine Durchführungsöffnung 5 des Gießkammerkörpers 1 hindurch von außen in die Gießkammer 2 hinein erstreckt. Im gezeigten Beispiel ist die Durchführungsöffnung 5 an der dem Gießmaterialauslass 3 gegenüberliegenden Stirnseite des hohlzylindrischen Gießkammerkörpers 1 vorgesehen, und zwar ebenso wie der Gießmaterialauslass 3 mittig zu einer Längsachse 1 b des Gießkammer-Hohlzylinders 1. Der Gießkolben 4 ist mit zur Hohlzylinder-Längsachse 1b fluchtender Längsachse 4a axial hin und her bewegbar gehalten, wie mit einem Bewegungsdoppelpfeil B symbolisiert, wobei er in Fig. 1 in einer rückwärtigen Endstellung gezeigt ist.
  • Der Gießkolben 4 weist einen Außendurchmesser d auf, der wenigstens über einen in die Gießkammer 2 hinein bzw. durch die Durchführungsöffnung 5 hindurch bewegbaren Teil des Gießkolbens 4 konstant ist und dem Durchmesser der Durchführungsöffnung 5 im Wesentlichen entspricht. Optional kann dieser Teil des Gießkolbens 4 auch eine leicht konische Form aufweisen, wobei in diesem Fall für eine angepasste Abdichtung zu sorgen ist. Demgegenüber weist der Gießkammer-Hohlzylinder 1a einen größeren Innendurchmesser D auf, d.h. D>d, so dass zwischen dem in die Gießkammer vorbewegten Gießkolbenabschnitt und der radial gegenüberliegenden Gießkammerwand ein Ringspalt 6 als ein Freiraumbereich der Gießkammer verbleibt, der bleibend zum Gießkammervolumen gehört, da er nicht vom Gießkolben abgesperrt wird. Mit anderen Worten liegen sich in einer in der Fig. 1 gestrichelt angedeuteten, vorgeschobenen Gießkolbenstellung 4' eine Außenmantelfläche 4b des Gießkolbens 4 und eine Innenwandfläche 1c des hohlzylindrischen Gießkammerkörpers 1 mit einem radialen Freiraumabstand D-d gegenüber, wobei der so gebildete Freiraum-Ringspalt 6 im Betrieb bleibend mit dem in der Gießkammer 2 befindlichen Gießmaterial gefüllt ist. Es versteht sich, dass der Gießkolben 4 in seinem nicht in die Gießkammer 2 hinein bewegbaren, hinteren Abschnitt eine beliebige Querschnittsgestaltung aufweisen kann, z.B. eine gestufte oder konische Form.
  • In der gezeigten hinteren Kolbenendstellung befindet sich ein gießkammerseitiges Stirnende 4c des Gießkolbens 4 mit geringem Abstand zur Durchführungsöffnung 5 in der Gießkammer 2. Aus dieser hinteren Endstellung kann der Gießkolben 4 jeweils so weit vorbewegt werden, dass die gewünschte Menge an flüssigem oder teilflüssigem Gießmaterial im zugehörigen Formfüllvorgang aus der Gießkammer 2 in die Formkavität ausgetragen wird, d.h. das Volumen an auszutragendem Gießmaterial ist gleich dem Volumen des in die Gießkammer 2 hinein bewegten Teils des Gießkolbens 4. Maximal kann der Gießkolben 4 bis zu einer Position vorbewegt werden, in welcher sein vorderes Stirnende 4c die Innenwand des Gießkammerkörpers 1 an der Stirnseite erreicht, an welcher sich der Gießmaterialauslass 3 befindet, wobei der Kolbendurchmesser d in diesem Beispiel größer ist als ein Durchmesser a des Gießmaterialauslasses 3. Alternativ kann vorgesehen sein, den Durchmesser a des Gießmaterialauslasses 3 größer als den Kolbendurchmesser d zu wählen. In diesem Fall kann sich der Gießkolben 4 mit seinem vorderen Stirnende 4c in den Gießmaterialauslass 3 hinein vorbewegen, wenn dies für den betreffenden Anwendungsfall zweckmäßig ist. Die vordere Endstellung des Gießkolbens 4 kann hierbei durch den Hub eines herkömmlichen, nicht gezeigten Antriebs für den Gießkolben 4 oder durch einen entsprechenden Begrenzungsanschlag definiert sein.
  • Gießmaterial kann der Gießkammer 2 über eine Gießmaterialzufuhrleitung 7 und einen zugehörigen Gießmaterialeinlass 8 zugeführt werden, der in eine Zylindermantelfläche des Hohlzylinders 1a eingebracht ist. Dies hat zur Folge, dass der Gießmaterialeinlass 8 in den ringspaltförmigen Freiraumbereich 6 der Gießkammer 2 einmündet und dadurch nicht von dem vorbewegten Gießkolben 4 abgesperrt wird. Der Gießmaterialeinlass 8 und/oder die Gießmaterialzufuhrleitung 7 sind mit einem aktiv oder passiv wirkenden Absperrelement 9 versehen, mit dem verhindert wird, dass in der Gießkammer befindliches Gießmaterial beim Vorbewegen des Gießkolbens 4 in die Gießkammer 2 über den Gießmaterialeinlass 8 entweichen kann. Beispielsweise kann das Absperrelement 9 wie schematisch gezeigt als Rückschlagventil realisiert sein.
  • Zur Abdichtung der Durchführung des Gießkolbens 4 durch die Durchführungsöffnung 5 hindurch ist ein Dichtelement 10, z.B. ein abdichtender Gummi- oder Metallring, an einer gießkammerseitigen Innenseite der Durchführungsöffnung 5 vorgesehen. Das Dichtelement 10 ist vorzugsweise so gestaltet, z.B. als entsprechend geformtes Dichtlippenelement, dass es unter dem Druck des Gießmaterials in der Gießkammer 2 abdichtend gegen den durchgeführten Gießkolben 4 andrückt und/oder in die Durchführungsöffnung 5 eingelassen bzw. eingefügt ist. Für das Dichtelement 10 ist je nach Bedarf eine elastische oder nicht elastische Bauform mit geeigneter Geometrie verwendbar.
  • Zur Führung des axial beweglichen Gießkolbens 4 ist eine Führungshülse 11 mit dem Kolbendurchmesser d entsprechendem Hülseninnendurchmesser vorgesehen, die im gezeigten Beispiel als axialer Fortsatz bzw. Flansch des Gießkammerkörpers 1 realisiert ist. Gleichzeitig dient die Führungshülse 11 im gezeigten Ausführungsbeispiel zur Aufnahme einer Führungshülsen-Temperiereinrichtung 12, die zur aktiven Führungshülsentemperierung dient und sich wie gezeigt axial auch in den Bereich der Durchführungsöffnung 5 erstrecken kann. Die Temperiereinrichtung 12 kann auch zur Temperierung des in der Führungshülse 11 geführten Gießkolbens 4 beitragen. Sie kann z.B. von einem Typ mit einem flüssigen oder gasförmigen Temperiermedium sein, das durch Temperierkanäle geleitet wird, die den Gießkolben 4 im entsprechenden Abschnitt der Führungshülse 11 bzw. der Durchführungsöffnung 5 koaxial umgeben.
  • Zur aktiven Gießkolbentemperierung kann, wie im gezeigten Ausführungsbeispiel realisiert, eine entsprechende Gießkolben-Temperiereinrichtung 14 vorgesehen sein, die wiederum beispielsweise von einem Typ mit einem flüssigen oder gasförmigen Temperiermedium ist, das durch einen oder mehrere Temperierkanäle 14a geleitet wird, welche sich im Gießkolben 4 selbst erstrecken. Im gezeigten Ausführungsbeispiel ist dies dadurch realisiert, dass ein Temperierrohr 15 längsmittig in einen Innenraum 16 des zu diesem Zweck als Hohlzylinder realisierten Gießkolbens 4 unter Belassung eines Ringspalts zwischen dem Temperierrohr 15 und der Gießkolben-Innenwandung eingefügt ist. Der Ringspalt stellt einen ersten Temperierkanal dar, während das Temperierrohr 15 einen zweiten Temperierkanal darstellt, wobei das Temperiermedium über einen der beiden Temperierkanäle bis in den vorderen Gießkolbenbereich geführt und über den anderen Temperierkanal wieder nach hinten abgeführt werden kann.
  • Die erwähnten Temperiereinrichtungen 12, 14 können dazu verwendet werden, den Gießkolben 4 bzw. die Führungshülse 11 im betreffenden Abschnitt aktiv zu temperieren, z.B. gemäß eines vorgebbaren Temperaturprofils entlang wenigstens eines Teils seiner in die Gießkammer vorbewegbaren Länge. Insbesondere kann dadurch je nach Bedarf und Anwendungsfall dem Temperatureinfluss der heißen Gießschmelze in der Gießkammer 2 auf den in die Gießkammer hinein bewegbaren Teil des Gießkolbens 4 entgegengewirkt werden, beispielsweise zu dem Zweck, keine zu hohen axialen Temperaturgradienten im Gießkolben 4 entstehen zu lassen, die aufgrund lokal unterschiedlicher Kolbenmaterialausdehnung die Abdichtung des Gießkolbens 4 an der Durchführungsöffnung 5 erschweren könnten. Die beiden Temperiereinrichtungen 12, 14 können für diesen Zweck einer gewünschten Temperierung des Gießkolbens 4 und zweckmäßigerweise auch der Führungshülse 11 geeignet aufeinander abgestimmt werden, wobei in alternativen Ausführungsformen auch nur eine der beiden Temperiereinrichtungen 12, 14 vorgesehen sein kann.
  • Des weiteren ist eine Gießkammer-Temperiereinrichtung 13 vorgesehen, mit der die Gießkammer 2 samt Gießmaterialeinlass 8 nebst angrenzender Gießmaterialzufuhrleitung 7 und Gießmaterialauslass 3 nebst angrenzender Gießmaterialauslassleitung in einer gewünschten Weise steuerbar aktiv temperiert werden kann. Dazu kann auch diese Temperiereinrichtung 13 z.B. von einem Typ mit einem flüssigen oder gasförmigem Temperiermedium sein, das durch Temperierkanäle geleitet wird, welche den Hohlzylinder 1a bzw. die Gießmaterialzufuhrleitung 7 und/oder die Gießmaterialauslassleitung koaxial umgeben. Mit dieser Temperiereinrichtung 13 ist es folglich möglich, das Gießmaterial ohne starke Temperaturgradienten auf einem vergleichsweise konstanten Temperaturniveau zu halten, wenn es für den jeweils nächsten Gießvorgang über die Zufuhrleitung 7 in die Gießkammer 2 geleitet, dort bevorratet und dann im Formfüllvorgang über den Gießmaterialauslass 3 ausgetragen wird. Bei Bedarf kann die Temperiereinrichtung 13 in mehrere getrennt steuerbare Temperierzonen bzw. Temperiereinheiten aufgeteilt sein.
  • Wie aus der obigen Beschreibung der konstruktiven Gegebenheiten bereits ersichtlich, wirkt bei der gezeigten Gießeinheit der Gießkolben 4 als reiner Verdrängerkolben, dessen Vorschub in die Gießkammer 2 die wie üblich unter hoher Geschwindigkeit und hohem Druck in eine Formkavität aus der Gießkammer 2 auszutragende Schmelzemenge bestimmt, wobei sich der Gießkolben 4 frei in die Gießkammer 2 hinein bewegt, ohne mit seiner Mantelfläche an einer Zylinderinnenwand des Gießkammerkörpers 1 flächig entlang zu leiten. Störende Reibungseffekte an einer entsprechenden Gleitfläche zwischen Gießkolben und Gießkammerwand, wie sie den herkömmlichen Gießeinheiten vom Schieberkolbentyp inhärent sind, entfallen bei dieser Gießeinheit vom Verdrängerkolbentyp prinzipbedingt.
  • Zudem kann relativ einfach vermieden werden, dass beim Zurückbewegen des Gießkolbens 4 nach beendetem Formfüllvorgang Luft in die Gießkammer 2 gelangt. Denn der vorbewegte Gießkolben 4 sperrt den Gießmaterialeinlass 8 nicht ab, so dass beim Zurückbewegen des Gießkolbens 4 sofort Gießmaterial über die Zufuhrleitung 7 und das dann öffnende Absperrelement 9 in die Gießkammer 2 nachgespeist werden kann. Dieses Einleiten von Gießmaterial erfolgt z.B. im Wesentlichen drucklos oder mit geringem Überdruck, und in jedem Fall kann das Einsaugen von Luft z.B. über den Gießmaterialeinlass 3 vermieden werden, wenn gewünscht. Das Nachspeisen kann zudem dadurch verbessert werden, dass sich am Gießmaterialauslass durch Gießmaterialerstarrung gegen Ende des jeweiligen Gießzyklus ein verschließender Pfropf bildet, der das Einsaugen von Luft verhindert.
  • Das vorliegend realisierte Verdrängerkolbenprinzip erleichtert den Aufbau eines hohen Drucks und die Bewegung des Gießkolbens 4 mit hoher Geschwindigkeit zur Bewirkung der Formfüllung, wobei das dann geschlossene Absperrelement 9 den Gießmaterialeinlass 8 geschlossen hält, so dass das vom Gießkolben 4 verdrängte Gießmaterial allein über den Gießmaterialauslass 3 aus der Gießkammer 2 hinausgelangt, um die Formkavität zu füllen. Weiter hat die erfindungsgemäße Gießkolbenkonfiguration den Vorteil, dass kein Kolbenschmiermittel benötigt wird und folglich keine entsprechenden Rückstände im hergestellten Gussteil auftreten können.
  • Die Fig. 2 bis 5 veranschaulichen verschiedene vorteilhafte Varianten der Gießeinheit von Fig. 1, wobei zum leichteren Verständnis für identische oder funktionell äquivalente Elemente gleiche Bezugszeichen verwendet sind und insoweit auf die obigen Ausführungen zur Gießeinheit von Fig. 1 verwiesen werden kann.
  • Die in Fig. 2 gezeigte Gießeinheit weist zusätzlich zu derjenigen von Fig. 1 eine Entlastungsringnut 17 und einen zugeordneten Entlastungskanal 18 auf. Die Entlastungsringnut 17 ist in diesem Beispiel kreisringförmig in die Innenwand der Führungshülse 11 eingebracht, und zwar auf einer axialen Höhe zwischen der Durchführungsöffnung 5 des Gießkammerkörpers 1 und dem axial äußeren Stirnende der Führungshülse 11. Der Entlastungskanal 18 führt von der Entlastungsringnut 17 nach außen, d.h. in den Außenraum außerhalb der Gießkammer 1, wozu der Entlastungskanal 18 beispielsweise als radiale Bohrung durch die Wandung der Führungshülse 11 hindurch eingebracht ist.
  • Die Entlastungsringnut 17 bildet zusammen mit dem Entlastungskanal 18 ein leckageabführendes Mittel, um irgendwelches Material, wie Schmelzematerial, kontrolliert abführen zu können, das eventuell in unerwünschter Weise in den Zwischenraum zwischen Gießkolben 4 und Durchgangsöffnung 5 bzw. Führungshülse 11 eindringt, z.B. aufgrund von Verschleißerscheinungen an der Außenseite des Gießkolbens 4, am Dichtelement 10 und/oder an der Innenseite der Durchführungsöffnung 5 bzw. der Führungshülse 11.
  • Die in Fig. 3 gezeigte Gießeinheit unterscheidet sich von denjenigen der Fig. 1 und 2 darin, dass der Gießmaterialeinlass 8 nicht in den Freiraumbereich 6, sondern in den Bereich des Gießmaterialauslasses 3 der Gießkammer 2 einmündet. Auch diese Platzierung des Gießmaterialeinlasses 8 gewährleistet, dass er nicht vom vorbewegten Gießkolben 4 abgesperrt wird. Auch ansonsten gelten die oben zu den Ausführungsbeispielen der Fig. 1 und 2 erläuterten Eigenschaften und Vorteile in gleicher Weise für die Gießeinheit von Fig. 3.
  • Die in Fig. 4 gezeigte Gießeinheit unterscheidet sich von denjenigen der Fig. 1 und 2 darin, dass zur gestützten Führung des Gießkolbens 4 eine Führungshülse 11' ausgebildet ist, die sich in diesem Fall primär in die Gießkammer 2 hinein erstreckt, d.h. mit einer vorgebbaren axialen Führungshülsenlänge in den zwischen Gießkolben 4 und Gießkammerinnenwand 1c verbleibenden Freiraumbereich 6 hinein. Das Dichtelement 10 ist in diesem Beispiel im Bereich des inneren Stirnendes dieser Führungshülse 11' angeordnet bzw. darin eingelassen. Die Entlastungsringnut 17 und der Entlastungskanal 18, die auch bei dieser Variante der Gießeinheit optional vorgesehen sein können, befinden sich im Bereich eines relativ kurzen axialen, vom eigentlichen Gießkammer-Hohlzylinder 1a nach außen weisenden Teil der Führungshülsenabstützung des Gießkolbens 4.
  • Da sich bei dieser Ausführungsvariante der überwiegende Teil der Führungshülse 11' in der Gießkammer 2 befindet und daher im Betrieb vom dort vorliegenden Schmelzematerial erwärmt werden kann, kann die Führungshülsen-Temperiereinrichtung 12, wie sie in den Fig. 1 bis 3 gezeigt ist, optional entfallen.
  • Die in Fig. 5 gezeigte Gießeinheit entspricht derjenigen von Fig. 4 mit der Ausnahme, dass in diesem Fall die Temperiereinrichtung 13 zur aktiven Gießkolbentemperierung nicht vorgesehen ist. Diese Gießeinheit eignet sich beispielsweise für Anwendungsfälle, die keine aktive Beheizung der Gießkammer 2 erfordern. Diese Variante ist z.B. für Einsatzfälle verwendbar, bei denen die komplette Gießeinheit in ein Schmelzebad eintaucht, so dass die Gießeinheit passiv über das heiße Schmelzematerial erwärmt wird, d.h. das heiße, flüssige Schmelzematerial umgibt die Gießkammer 2 bzw. den Gießkammerkörper 1 und hält diese bzw. diesen auch von außen warm. Zusätzlich kann das über den Gießmaterialeinlass 8 aus dem Schmelzebad in die Gießkammer 2 eingeleitete Schmelzematerial die Gießkammer 2 von innen warm halten, wie dies auch bei den anderen gezeigten Ausführungsbeispielen der Fall ist.
  • Es versteht sich, dass weitere Varianten der erfindungsgemäßen Gießeinheit möglich sind, bei denen die zu den Varianten der Fig. 2 bis 5 erwähnten unterschiedlichen Modifikationen in anderer Weise kombiniert sind. So ist z.B. in allen Fällen die Entlastungsringnut 17 mit dem Entlastungskanal 18 optional vorhanden oder nicht. Dabei kann die Entlastungsringnut 17 alternativ zur erwähnten kreisförmigen Gestaltung z.B. auch einen schraubenförmig gewendelten Verlauf haben. Die Einmündung des Gießmaterialeinlasses 8 in einen Bereich des Gießmaterialauslasses 3, wie sie zu Fig. 3 gezeigt ist, kann auch bei den Varianten der Fig. 4 und 5 vorgesehen sein. Zudem kann bei der Variante mit nicht aktiv beheizter Gießkammer 2 gemäß Fig. 5 anstelle der gezeigten, primär in die Gießkammer 2 hinein weisenden Führungshülse 11' eine primär nach außen weisende Führungshülse vorgesehen sein, wie die Führungshülse 11 bei den Varianten der Fig. 1 bis 3.
  • Es versteht sich zudem, dass die Erfindung nicht auf die in den Figuren gezeigten bzw. oben erwähnten Ausführungsbeispiele beschränkt ist. So können in anderen Ausführungsbeispielen der Erfindung weitere Modifikationen hiervon vorgesehen sein, beispielsweise kann ein Gießkolben mit nicht kreisförmigem Querschnitt und einer korrespondierend gestalteten Durchführungsöffnung verwendet werden, und/oder die Führungshülse kann als Bauteil separat vom Gießkammerkörper realisiert sein, eventuell als ein an diesem montiertes Bauteil. In weiteren Ausführungsformen der Erfindung können der Gießmaterialeinlass und der Gießmaterialauslass gegenüber ihren Positionen im gezeigten Ausführungsbeispiel vertauscht sein oder an beliebigen anderen Positionen in die Gießkammer münden. Der Gießkolben kann sich in entsprechenden Ausführungsformen auch quer zur Längsrichtung des Gießmaterialauslasses und/oder des Gießmaterialeinlasses in die Gießkammer hinein erstrecken. Für jede der erwähnten Temperiereinrichtungen 12, 13, 14 ist außer den genannten auch jeder andere dem Fachmann für diese Anwendung geläufige Bautyp verwendbar, im Fall einer Heizeinrichtung z.B. auch eine elektrische Heizeinrichtung mit elektrischen Heizelementen.
  • In den gezeigten Beispielen ist der Freiraumbereich als in Umfangsrichtung durchgängiger Ringspalt gebildet, d.h. der Gießkolben bewegt sich in der Gießkammer 2 frei ohne Abstützung. In alternativen Ausführungsformen kann eine Punkt- oder Linienführung des Gießkolbens innerhalb der Gießkammer vorgesehen sein, d.h. in derartigen Ausführungsbeispielen legt sich der Gießkolben mit einer Außenmantelfläche längs eines oder mehrerer Linienkontakte und/oder längs eines oder mehrerer Punktkontakte gegen eine quer zur Gießkolbenbewegungsrichtung gegenüberliegende Begrenzungswandung der Gießkammer an. In diesen Fällen bleibt zwar eine gewisse Reibung zwischen Gießkolben und einer Gießkammerbegrenzungswand bestehen, sie ist jedoch dadurch, dass nur ein eindimensionaler Linienkontakt oder ein nulldimensionaler Punktkontakt vorliegt, geringer als im herkömmlichen Fall des Schieberkolbentyps, bei dem die Außenmantelfläche des Gießkolbens mit einer zweidimensionalen Reibungskontaktfläche ganzflächig an der gegenüberliegenden Gießkammerwandung anliegt. So könnte das gezeigte Ausführungsbeispiel im Sinn eines Linienkontaktes z.B. dahingehend modifiziert sein, dass die Hohlzylinderinnenwand 1c oder die Gießkolben-Außenmantelfläche 4b mit am Umfang verteilt angeordneten, mit axialer Richtungskomponente verlaufenden Führungsstegen versehen ist, die den Gießkolben 4 innerhalb der Gießkammer 2 in seiner Axialbewegung geführt halten. Diese Führungsstege unterteilen dann den Ringspalt-Freiraum 6 in mehrere entsprechende Segmente.

Claims (8)

  1. Gießeinheit für eine Druckgießmaschine, mit
    - einem Gießkammerkörper (1), der eine mit Gießmaterial befüllbare Gießkammer (2) mit einem Gießmaterialeinlass (8) und einem Gießmaterialauslass (3) aufweist, und
    - einem Gießkolben (4), der in der Gießkammer in einer Gießkolbenlängsrichtung vorbewegbar ist, um Gießmaterial
    - unter Druck über den Gießmaterialauslass aus der Gießkammer auszutragen, und zurückbewegbar ist, wodurch Gießmaterial über den Gießmaterialeinlass in die Gießkammer zuführbar ist,
    - wobei sich der Gießkolben (4) durch eine Durchführungsöffnung (5) des Gießkammerkörpers (1) hindurch von außen in die Gießkammer (2) hinein erstreckt, wobei ein Freiraumbereich (6) der Gießkammer zwischen einer Außenmantelfläche (4b) des in die Gießkammer vorbewegten Gießkolbens und einer dieser quer zur Gießkolbenlängsrichtung gegenüberliegenden Innenwandfläche (1c) des Gießkammerkörpers gebildet ist, indem ein Außenquerschnitt (d) des Gießkolbens entsprechend kleiner ist als ein Innenquerschnitt (D) des Gießkammerkörpers,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    - eine Gießkolben-Temperiereinrichtung (14) zur wenigstens bereichsweisen aktiven Temperierung des Gießkolbens vorgesehen ist, die dafür ausgelegt ist, den Gießkolben gemäß eines vorgebbaren Temperaturprofils entlang wenigstens eines Teils seiner in die Gießkammer vorbewegbaren Länge aktiv zu temperieren, und/oder
    - ein Dichtelement (10) an einer gießkammerzugewandten Innenseite der Durchführungsöffnung (5) zur Abdichtung der Gießkolbendurchführung derart angeordnet ist, dass es unter dem Druck des Gießmaterials in der Gießkammer (2) abdichtend gegen den durchgeführten Gießkolben (4) andrückt, wobei ein Außendurchmesser (d) des Gießkolbens (4) im Wesentlichen einem Durchmesser der Durchführungsöffnung (5) entspricht, und/oder
    - der Gießkolben (4) einen Außendurchmesser (d) aufweist, der wenigstens über einen in die Gießkammer (2) hinein und durch die Durchführungsöffnung (5) hindurch bewegbaren Teil des Gießkolbens (4) konstant ist und dem Durchmesser der Durchführungsöffnung (5) im Wesentlichen entspricht, wobei zwischen dem in die Gießkammer (2) vorbewegten Gießkolbenabschnitt und der radial gegenüberliegenden Innenwandfläche (1c) des Gießkammerkörpers, der einen gegenüber dem Außendurchmesser (d) des Gießkolbens (4) größeren Innendurchmesser (D) aufweist, ein Ringspalt als der Freiraumbereich der Gießkammer (2) verbleibt, der bleibend zum nicht vom Gießkolben (4) abgesperrten Gießkammervolumen gehört.
  2. Gießeinheit nach Anspruch 1, weiter dadurch gekennzeichnet, dass der Gießmaterialeinlass in den Freiraumbereich und/oder in den Gießmaterialauslass mündet.
  3. Gießeinheit nach Anspruch 2, weiter dadurch gekennzeichnet, dass der Gießmaterialeinlass und/oder eine ihm zugeordnete Gießmaterialzufuhrleitung (7) mit einem Absperrelement (9) versehen ist, das gegen ein Entweichen von Gießmaterial aus der Gießkammer über den Gießmaterialeinlass sichert.
  4. Gießeinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 3, weiter dadurch gekennzeichnet, dass der Gießkammerkörper einen Hohlzylinder (1a) aufweist und die Durchführungsöffnung an einem Stirnende des Hohlzylinders vorgesehen ist.
  5. Gießeinheit nach Anspruch 4, weiter dadurch gekennzeichnet, dass der Gießmaterialauslass und/oder der Gießmaterialeinlass am der Durchführungsöffnung gegenüberliegenden Stirnende des Hohlzylinders oder an einer Zylindermantelfläche des Hohlzylinders vorgesehen ist.
  6. Gießeinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 5, weiter dadurch gekennzeichnet, dass eine Führungshülse (11) für den Gießkolben vorgesehen ist, die sich von einer der Gießkammer abgewandten Außenseite der Durchführungsöffnung nach außen und/oder von einer die Gießkammer zugewandten Innenseite der Durchführungsöffnung in die Gießkammer hinein erstreckt.
  7. Gießeinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 6, weiter dadurch gekennzeichnet, dass eine Führungshülsen-Temperiereinrichtung (12) und/oder eine Gießkammer-Temperiereinrichtung (13) zur aktiven Temperierung der Gießkammer vorgesehen ist.
  8. Gießeinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 7, weiter dadurch gekennzeichnet, dass eine Entlastungsringnut (17) an einer dem Gießkolben zugewandten Innenwandung der Durchführungsöffnung oder der Führungshülse und ein von der Entlastungsringnut zur Außenseite des Gießkammerkörpers führender Entlastungskanal (18) vorgesehen sind.
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