EP2701866B1

EP2701866B1 - Giesskolben und giesseinheit mit absperrventil

Info

Publication number: EP2701866B1
Application number: EP12706559.7A
Authority: EP
Inventors: Ronny Aspacher; Erich Kuhn; Norbert Erhard
Original assignee: Oskar Frech GmbH and Co KG
Current assignee: Oskar Frech GmbH and Co KG
Priority date: 2011-04-27
Filing date: 2012-02-27
Publication date: 2018-11-14
Anticipated expiration: 2032-02-27
Also published as: BR112013027599B1; PL2701866T3; MX362093B; KR20140021660A; MX2013012517A; EP2701866A1; US20140042193A1; TR201820511T4; SI2701866T1; ES2708377T3; HUE042185T2; RU2598069C2; DK2701866T3; DE102011017610B3; PT2701866T; CN103596714B; BR112013027599A2; JP5878624B2; US9505053B2; JP2014512274A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Gießkolben mit integriertem Absperrventil und auf eine einen Gießbehälter aufweisende Gießeinheit für eine Gießmaschine, wie eine Warmkammer-Druckgießmaschine, wobei die Gießeinheit einen axial beweglich in einem Gießzylinder des Gießbehälters angeordneten Gießkolben und/oder ein Steigkanal-Absperrventil in einem Steigkanal des Gießbehälters beinhaltet. Das Gießkolben-Absperrventil dient dazu, einen Schmelzematerialfluss durch den Gießkolben hindurch während eines Schmelzeansaugvorgangs in einer Offenstellung freizugeben und während eines Formfüllvorgangs in einer Schließstellung zu blockieren. Das Steigkanal-Absperrventil dient dazu, einen Schmelzematerialfluss während eines Schmelzeansaugvorgangs in einer Schließstellung zu blockieren und während eines Formfüllvorgangs in einer Offenstellung freizugeben.
Die Patentschrift EP 1 201 335 B1 offenbart eine derartige Gießeinheit, wobei sowohl für das Gießkolben-Absperrventil als auch das Steigkanal-Absperrventil ein übliches Rückschlagventil vorgeschlagen wird. Das in den Gießkolben integrierte Rückschlagventil öffnet bei der Rückzugbewegung des Gießkolbens während eines Schmelzeansaugvorgangs und ermöglicht so eine Nachspeisung von Schmelzematerial durch den Gießkolben hindurch in eine Gießkammer, die vom Gießzylinder selbst oder einem zusätzlichen Hohlraum im Gießbehälter gebildet ist, während es beim Formfüllvorgang schließt, so dass durch die Vorschubbewegung des Gießkolbens Schmelzematerial aus der Gießkammer über den Steigkanal in eine Gießform gedrückt werden kann, ohne durch den Gießkolben hindurch zurückzuströmen. Das Rückschlagventil im Steigkanal öffnet während des Formfüllvorgangs, so dass Schmelzematerial aus der Gießkammer über den Steigkanal in die Gießform gelangen kann, und schließt während des Schmelzeansaugvorgangs, so dass ein Rückfluss von Schmelze aus dem Steigkanal in die Gießkammer aufgrund eines dort entstehenden Unterdrucks und/oder des Schmelzeeigengewichts im Steigkanal verhindert wird.
Die Offenlegungsschrift DE 10 2009 012 636 A1 offenbart eine Gießeinheit mit einem Gießbehälter für eine Warmkammer-Druckgießmaschine, der eine spezielle Bauform eines Rückschlagventils in Form eines Kugelventils beinhaltet, das im unteren Bereich eines Steigkanals des Gießbehälters angeordnet ist. Das Kugelventil beinhaltet als beweglichen Ventilkörper eine mit einem entsprechenden Ventilsitz zusammenwirkende Ventilkugel aus einem Material mit gegenüber einem verwendeten Schmelzematerial höheren spezifischen Gewicht, insbesondere aus einem Hartmetallmaterial. Nach oben wird die Bewegung der Ventilkugel durch einen in den Steigkanal eingefügten Rückhaltestift begrenzt. Im Ventilabschnitt ist der Innendurchmesser des Steigkanals deutlich größer gewählt als der Durchmesser der Ventilkugel, so dass das Schmelzematerial um die Ventilkugel herum im Steigkanal nach oben gefördert werden kann, wenn sich das Kugelventil in seiner Offenstellung befindet, in welcher die Ventilkugel durch den Förderdruck des Schmelzematerials von ihrem Ventilsitz nach oben abhebt. Ergänzend wird dort vorgeschlagen, Kolbenringe, die in Kolbenringnuten des Gießkolbens eingebracht sind, so auszubilden, dass sie nur in Pressdruckrichtung axial vollständig abdichten, während sie beim Schmelzeansaugvorgang gegen den sich in der Gießkammeraufbauenden Unterdruck nicht vollständig abdichten und so ein Entweichen etwaiger Schmelzematerialreste zwischen Gießkolben und Gießzylinder ermöglichen sollen.
Die Patentschrift BE 351 505 A zeigt eine Metallschmelzepumpe, in der ein Kolben mittels einer Kolbenstange mit einer Schraube in einem Zylinder axial bewegt werden kann. Dabei bilden der Kolben und die Schraube ein Rückschlagventil mit einstellbarem Hub in dem Zylinder.
Des Weiteren offenbart die Offenlegungsschrift US 2005/0284600 A1 eine Spritzgussmaschine mit einem Gießkolben gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Ein kegelstumpfförmiges Kopfteil des dortigen Kolbenstößels ist durch vier im 90°-Abstand außenumfangsseitig eingebrachte Axialnuten in vier Finger aufgeteilt, so dass Schmelze vom Absperrventilbereich entlang der Axialnuten in Richtung Einspritzdüse strömen kann.
Aus der Offenlegungsschrift JP 2001-293553 A ist ein Metallschmelzegießapparat bekannt, in dem eine Pumpe Metallschmelze von einem Schmelzofen in einen Zylinder und von dort in eine Metallschmelzerohrleitung befördern kann. Eine Ventilanordnung öffnet bzw. versperrt die Verbindung zwischen dem Zylinder und der Metallschmelzerohrleitung arbeitsschrittabhängig.
Der Erfindung liegt als technisches Problem die Bereitstellung eines Gießkolbens und einer Gießeinheit der eingangs genannten Art zugrunde, die gegenüber den oben erwähnten herkömmlichen Gießkolben und Gießeinheiten insbesondere hinsichtlich des Gießkolben-Absperrventils und/oder des Steigkanals-Absperrventils baulich und/oder funktionell verbessert sind.
Die Erfindung löst dieses Problem durch die Bereitstellung eines Gießkolbens mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und einer Gießeinheit mit den Merkmalen des Anspruchs 6 oder 7.
Der Gießkolben nach Anspruch 1 weist eine Kolbenhülse, die gegen eine Innenwand eines Gießzylinders der Gießeinheit anliegt und einen Ventilsitz des Gießkolben-Absperrventils beinhaltet, und einen Kolbenstößel auf, der einen mit dem Ventilsitz zusammenwirkenden Ventilkörper beinhaltet, wobei die Kolbenhülse und der Kolbenstößel um einen vorgebbaren Ventilhub gegeneinander axial beweglich sind. Der Kolbenstößel weist einen ersten Stößelteil, der den Ventilkörper beinhaltet, und einen am ersten Stößelteil angeordneten zweiten Stößelteil auf, der einen Kolbenhülsenmitnehmeranschlag beinhaltet. Des Weiteren beinhaltet der zweite Stößelteil einen Scheiben- oder Zylinderkörper, der mit mehreren axialen Schmelzedurchlassöffnungen versehen ist und an dem auch der Kolbenhülsenmitnehmeranschlag ausgebildet sein kann. Diese charakteristische Realisierung des Gießkolben-Absperrventils ermöglicht ein definiertes Schließen und Öffnen dieses Ventils um den vorgebbaren Ventilhub unter Nutzung der für die Schmelzeansaugvorgänge und Formfüllvorgänge notwendigen Bewegung des Gießkolbens. Dabei kann die Kolbenhülse von der Bewegung des Kolbenstößels, der hierzu in einer üblichen Weise z.B. mittels einer Kolbenstange zu der entsprechenden axialen Vor- und Rückbewegung angetrieben wird, unter Belassung des definierten Ventilspiels mitgenommen werden. Durch den Kolbenhülsenmitnehmeranschlag wird die Kolbenhülse von einer Axialbewegung des zweiten Stößelteils in wenigstens einer der beiden entgegengesetzten Axialrichtungen mitgenommen.
In einer Weiterbildung dieses Gießkolbens ist der Ventilhub für das integrierte Absperrventil variabel einstellbar. Damit kann je nach Bedarf und Anwendungsfall unterschiedlichen Gegebenheiten Rechnung getragen werden, beispielsweise um sicherzustellen, dass je nach verwendeten Schmelzematerial und je nach verwendeter baulicher Auslegung und Dimensionierung bzw. Geometrie von Gießzylinder und Gießkolben stets ausreichend Schmelzematerial durch den Gießkolben hindurch gelangen kann.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist der zweite Stößelteil mit variabel einstellbarem axialem Abstand des Kolbenhülsenmitnehmeranschlags vom Ventilkörper am ersten Stößelteil befestigbar, wodurch der Ventilhub entsprechend variabel einstellbar ist.
Die Gießeinheit nach Anspruch 6 ist mit einem erfindungsgemäßen Gießkolben ausgerüstet.
Die Gießeinheit nach Anspruch 7 weist speziell ein Steigkanal-Absperrventil mit einem Ventilkörper auf, der axial beweglich in den Steigkanal eingebracht ist und sich dabei gegen eine Steigkanalinnenwand abstützt, wobei er eine zwischen gegenüberliegenden axialen Endseiten verlaufende Kanalstruktur zur axialen Durchleitung von Schmelzematerial beinhaltet, eine der beiden axialen Endseiten des Ventilkörpers mit einem Ventilsitz des Absperrventils zusammenwirkt. Der Ventilkörper ist zylinderförmig, und die dem Ventilsitz abgewandte axiale Endseite des Ventilkörpers schließt mit einem stirnseitigen Anschlagring ab, der eine axiale Mündungsöffnung der Kanalstruktur definiert und ventilhubbegrenzend mit einem korrespondierenden Ringabsatz der Steigkanalinnenwand zusammenwirkt.
Das so realisierte Steigkanal-Absperrventil ermöglicht das Hindurchströmen von Schmelzematerial durch den Ventilkörper selbst, was etwaige Nachteile vermeidet, die bei einem zwangsweisen Umströmen eines nicht durchströmbaren Ventilkörpers, wie beispielsweise einer massiven Ventilkugel, auftreten können. Außerdem lassen sich durch diese Realisierung des Steigkanal-Absperrventils die Druckverhältnisse an diesem Ventil und dadurch dessen beabsichtigte Funktionalität insbesondere auch schon bei einer passiven Ventilauslegung signifikant verbessern.
Die charakteristische Ventilkörpergestaltung ermöglicht insbesondere eine signifikante Verbesserung des Ventilverhaltens aufgrund minimierten Gegendrucks von über dem Ventil im Steigkanal befindlichem Schmelzematerial. Im Gegensatz z.B. zu einem herkömmlichen Rückschlagventil mit Ventilkugelkörper, bei dem in Folge des Druckausgleichs der von unten und von oben auf die Ventilkugel wirkenden Kräfte die Ventilkugel auf ihren Ventilsitz absinkt und das Ventil schließt, wenn gegen Ende eines Formfüllvorgangs kein größeres Schmelzematerialvolumen mehr durch das Ventil fließt, lässt sich das vorliegende Ventil auch in dieser Situation durch die Schmelzedruckkraft noch offen halten, um ein geringes Schmelzevolumen zu fördern, wie es zur Materialverdichtung in der Gießform während der Erstarrungsphase am Ende des Formfüllvorgangs erwünscht sein kann. Erst bei Druckentlastung schließt dann das so realisierte Steigkanal-Absperrventil.
In einer weiteren Ausgestaltung ist ein Durchmesser der axialen Mündungsöffnung mindestens etwa so groß wie ein durch den Ringabsatz reduzierter Steigkanaldurchmesser. Diese Maßnahme begünstigt die vorstehend erwähnte Funktionalität, das Steigkanal-Absperrventil durch den Schmelzedruck auch dann noch offen zu halten, wenn kein oder nur noch ein sehr geringes Schmelzematerialvolumen fließt.
In einer Weiterbildung der Erfindung weist die Kanalstruktur des Ventilkörpers des Steigkanal-Absperrventils mehrere axiale, am Außenumfang des Ventilkörpers verteilt angeordnete Kanalschlitze auf, die sich von der dem Ventilsitz zugewandten axialen Endseite des Ventilkörpers aus erstrecken und mit Abstand zum stirnseitigen Anschlagring enden und dort über eine jeweilige radiale Durchgangsöffnung mit der axialen Mündungsöffnung in Verbindung stehen. Diese Kanalstruktur ist mit relativ geringem baulichem Aufwand realisierbar und begünstigt das Durchströmungsverhalten des Ventilkörpers mit Schmelzematerial sowie das erwähnte Ventilverhalten bezüglich Öffnen unter Druck auch bei allenfalls geringem Schmelzematerialfluss.
In Weiterbildung der Erfindung ist das Gießkolben-Absperrventil und/oder das Steigkanal-Absperrventil als passiv arbeitendes Rückschlagventil oder alternativ als aktiv steuerbares Ventil ausgelegt, wobei es sich insbesondere um ein pneumatisch, hydraulisch, elektromechanisch oder elektromagnetisch steuerbares Ventil handeln kann.
Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden nachfolgend beschrieben. Hierbei zeigen:

Fig. 1: eine Längsschnittansicht durch eine Gießeinheit für eine Warmkammer-Druckgießmaschine mit je einem Absperrventil in einem Gießkolben und einem Steigkanal in einer Schmelzeansaugposition,
Fig. 2: eine Schnittansicht entsprechend Figur 1 in einer Formfüllposition der Ventile,
Fig. 3: eine Schnittansicht des Gießkolbens in der Absperrventilposition von Fig. 1 längs einer Linie III-III von Fig. 5,
Fig. 4: eine Ansicht des Gießkolbens entsprechend Fig. 3 in der Absperrventilposition von Fig. 2,
Fig. 5: eine Draufsicht von unten auf den Gießkolben der Fig. 3 und 4,
Fig. 6: eine Seitenansicht eines Ventilkörpers des Steigkanal-Absperrventils,
Fig. 7: eine Draufsicht von unten auf den Ventilkörper des Steigkanal-Absperrventils,
Fig. 8: eine Längsschnittansicht längs einer Linie VIII-VIII von Fig. 6,
Fig. 9: eine Längsschnittansicht einer Gießeinheit entsprechend Fig. 1 für eine Variante mit aktiv ansteuerbaren Absperrventilen und
Fig. 10: eine Längsschnittansicht der Gießeinheit von Fig. 9 mit den Ventilpositionen entsprechend Fig. 2.

Die in den Fig. 1 und 2 gezeigte Gießeinheit ist von einem zur Verwendung in einer Warmkammer-Druckgießmaschine üblichen Aufbau mit einem Gießbehälter 1, in dem sich ein Gießzylinder 2 befindet. Im Gießzylinder 2 ist ein Gießkolben 3 axial vor und zurück bewegbar angeordnet. Neben dem Gießzylinder 2 weist der Gießbehälter 1 einen Steigkanal 4 auf, der sich von einer bodennahen seitlichen Ausmündung 5 des Gießzylinders 2 nach oben bis zu einer Steigkanalausmündung 6 erstreckt, an die sich in üblicher, nicht gezeigter Weise ein zu einer Gießform führendes Mundstück bzw. eine entsprechende Mundstückdüse anschließt. Über diesen üblichen Aufbau hinaus weist der Gießkolben 3 ein spezielles, in ihn integriertes Gießkolben-Absperrventil 7 auf, und in den Steigkanal 4 ist ein spezielles Steigkanal-Absperrventil 8 eingebracht.
Wie in Verbindung mit den Fig. 3 und 4 näher deutlich wird, besitzt der Gießkolben 3 zur Realisierung des integrierten Absperrventils 7 einen speziellen Aufbau mit einer Kolbenhülse 9, die abdichtend gegen eine Innenwand 10 des Gießzylinders 2 anliegt und einen Ventilsitz 11 beinhaltet, und mit einem Kolbenstößel 12, der einen Ventilkörper 13 beinhaltet. Die Bezeichnungen Ventilsitz 11 und Ventilkörper 13 sind hierbei willkürlich und nur zur unterscheidbaren Bezeichnung dieser beiden Ventilelemente gedacht, die das eigentliche Absperrventil 7 bilden und dazu zwischen einer Offenstellung und einer Schließstellung relativ zueinander axial beweglich sind. Vorzugsweise ist für die beiden Ventilelemente 11, 13 durch entsprechende Gestaltung derselben ein Linien-Berührkontakt in der Schließstellung, typischerweise längs einer Kreislinie, vorgesehen. Alternativ sind auch Auslegungen mit flächigem Berührkontakt der beiden zusammenwirkenden Ventilelemente 11, 13 in ihrer Schließstellung verwendbar. Der Kolbenstößel 12 weist einen ersten Stößelteil 12a, der am axialen Stirnende den Ventilkörper 13 bildet, und einen am ersten Stößelteil 12a z.B. mittels einer Schraubverbindung befestigten zweiten Stößelteil 12b auf, an dem ein Kolbenhülsenmitnehmeranschlag 74 ausgebildet ist. Der erste Stößelteil 12a kann einteilig mit einer zugehörigen Kolbenstange 14 gebildet oder, wie in den Fig. 3 und 4 gezeigt, an dieser z.B. mittels eines Schraubgewindes fixiert sein. Der Kolbenhülsenmitnehmeranschlag 74 wirkt mit einem korrespondierenden Gegenanschlag 15 zusammen, der an der Kolbenhülse 9 ausgebildet ist, so dass bei der Rückzugbewegung die Kolbenhülse 9 vom zweiten Stößelteil 12b mitgenommen wird. In der umgekehrten Vorschubbewegung wird die Kolbenhülse 9 über den Ventilschließkontakt von Ventilsitz 11 und Ventilkörper 13 vom ersten Stößelteil 12a mitgenommen.
Der oben erläuterte Aufbau realisiert somit ein passiv arbeitendes Rückschlagventil zum wahlweisen Freigeben und Blockieren eines Schmelzematerialflusses durch den Gießkolben hindurch. Dazu weist der zweite Stößelteil 12b eine Mehrzahl von axialen Schmelzedurchlassöffnungen 16 auf, über die Schmelzematerial, das bei geöffnetem Ventil 7 den Ventilspalt zwischen Ventilsitz 11 und Ventilkörper 13 passiert hat, in den anschließenden, als Gießkammer 17 fungierenden Freiraum des Gießzylinders 2 weitergeleitet wird. Im gezeigten Beispiel sind, wie aus Figur 5 ersichtlich, im zweiten Stößelteil 12b exemplarisch acht solche Schmelzedurchlassöffnungen 16 in Umfangsrichtung äquidistant verteilt vorgesehen, speziell durch einen von diesem gebildeten Scheiben- oder Zylinderkörper 18 hindurch.
Die Funktionalität des Gießkolben-Absperrventils 7 lässt sich aus den beiden Ventilendpositionen erkennen, wie sie in den Fig. 1 bis 4 dargestellt sind. Die Fig. 1 und 3 zeigen das Ventil 7 während eines Schmelzeansaugvorgangs, bei dem der Gießkolben 3 durch die Kolbenstange 14 zurückgezogen wird, um Schmelze aus einem üblichen, hier nicht gezeigten Schmelzentiegel bzw. Schmelzebad in den Gießzylinder 2 hinter dem Gießkolben 3 und durch den Gießkolben 3 hindurch in die Gießkammer 17 anzusaugen. Die Rückzugbewegung der Kolbenstange 14 führt zunächst dazu, dass das Absperrventil 7 geöffnet wird, wenn es zuvor geschlossen war, indem die Kolbenstange 14 den Kolbenstößel 12 und damit den Ventilkörper 13 zurückzieht, während die Kolbenhülse 9 aufgrund ihres anpressenden und abdichtenden Anliegens gegen die Gießzylinderinnenwand 10 noch ortsfest verbleibt. Erst wenn durch diese Relativbewegung des Kolbenstößels 12 um einen vorgebbaren Ventilhub H gegenüber der Kolbenhülse 9 der Kolbenhülsenmitnehmeranschlag 74 des Kolbenstößels 12 gegen den korrespondierenden Gegenanschlag 15 der Kolbenhülse 9 zur Anlage kommt, wird die Kolbenhülse 9 von der Rückzugbewegung des Kolbenstößels 12 mitgenommen. Das Absperrventil 7 befindet sich dann in seiner Offenstellung, so dass Schmelzematerial durch den Gießkolben 3 hindurchströmen kann, speziell durch den Ringraum zwischen erstem Stößelteil 12a und Kolbenhülse 9, durch den Ventilspalt zwischen Ventilsitz 11 und Ventilkörper 13 und durch die Durchlassöffnungen 16 im zweiten Stößelteil 12b.
Die Fig. 2 und 4 zeigen das Absperrventil 7 in seiner geschlossenen Stellung, wie sie während eines Formfüllvorgangs vorliegt, bei dem durch Vorwärtsbewegung der Kolbenstange 14 und des Gießkolbens 3 Schmelzematerial aus der Gießkammer 17 über den Steigkanal 4 in eine Gießform gedrückt wird. Bei dieser Vorwärtsbewegung der Kolbenstange 14 bleibt zunächst wieder die sich eng gegen die Gießzylinderinnenwand 10 abstützende Kolbenhülse 9 in Ruhe, bis sich der vom axialen Stirnende des ersten Stößelteils 12a gebildete Ventilkörper 13 zum Ventilsitz 11 an der Kolbenhülse 9 vorbewegt hat und dadurch das Absperrventil 7 seine Schließstellung einnimmt, in der es einen weiteren Schmelzefluss durch den Gießkolben 3 hindurch in die Gießkammer 17 unterbindet. Über den Anlagekontakt des ersten Stößelteils 12a gegen den Ventilsitz 11 der Kolbenhülse 9 nimmt dann der Kolbenstößel 12 in seiner Vorschubbewegung die Kolbenhülse 9 mit.
Der Ventilhub H ist variabel einstellbar, indem der zweite Stößelteil 12b mit variabel einstellbarem Abstand seines Kolbenhülsenmitnehmeranschlags 74 zum ersten Stößelteil 12a bzw. dessen Ventilkörper 13 am ersten Stößelteil fixierbar ist, z.B. indem der zweite Stößelteil 12b mehr oder weniger weit in den ersten Stößelteil 12a eingeschraubt wird. Durch Wahl eines entsprechenden Distanzrings 19, der zwischen die beiden Stößelteile 12a, 12b eingesetzt wird, lässt sich bestimmen, wie weit der zweite Stößelteil 12b in den ersten Stößelteil 12a einschraubbar ist. Zudem trägt der Distanzring 19 zu einem sicheren Halt des zweiten Stößelteils 12b am ersten Stößelteil 12a bei. Die Dimensionierung des Ventilhubs H kann ebenso wie die Auslegung und Dimensionierung des Ventilsitzes 11 und des korrespondierenden Ventilkörpers 13 so gewählt werden, dass ein optimales Strömungsverhalten von durchströmendem Schmelzematerial erzielt wird, insbesondere eine weitestgehend verwirbelungsfreie Schmelzeströmung.
Das Steigkanal-Absperrventil 8 beinhaltet einen Ventilkörper 20, der axial beweglich in den Steigkanal 4 eingebracht ist und sich gegen eine Innenwand 21 des Steigkanals 4 abstützt. Der Ventilkörper 20 weist eine zwischen gegenüberliegenden axialen Endseiten verlaufende Kanalstruktur zur axialen Durchleitung von Schmelzematerial auf, wobei eine in den Fig. 1 und 2 untere axiale Endseite 22 kegelstumpfförmig ausgebildet ist und mit einem Ventilsitz 23 des Steigkanal-Absperrventils 8 zusammenwirkt, der von einer Mündungsöffnung eines unteren Steigkanalabschnitts 24 gebildet ist, der zur Optimierung des Strömungsverlaufs vorzugsweise bogenförmig gestaltet ist. Dieser bogenförmige Steigkanalabschnitt 24 ist im gezeigten Beispiel durch einen mit einer entsprechenden bogenförmigen Bohrung versehenen Umlenkstopfen 25 realisiert, der in eine zugehörige Aufnahmebohrung 26 des Gießbehälters 1 eingepasst ist, so dass der bogenförmige Steigkanalabschnitt 24 eintrittsseitig mit der Gießkammer-Austrittsöffnung 5 fluchtet. An der anderen, dem Ventilsitz 23 abgewandten axialen Endseite schließt der Ventilkörper 20 mit einem stirnseitigen Anschlagring 27 ab, der ventilhubbegrenzend mit einem korrespondierenden Ringabsatz 28 der Steigkanalinnenwand 21 zusammenwirkt, d.h. bei von unten wirkender Schmelzedruckkraft bewegt sich der Ventilkörper 20 nach oben, bis er mit seinem Anschlagring 27 gegen den Ringabsatz 28 des Steigkanals 4 zur Anlage kommt.
Der Anschlagring 27 definiert, d.h. umgibt, eine mittige axiale Mündungsöffnung 29, die einen oberen, austrittsseitigen Teil der Kanalstruktur des Ventilkörpers 20 bildet. Des Weiteren beinhaltet diese Kanalstruktur, wie in Verbindung mit den Einzeldarstellungen der Fig. 6 bis 8 näher zu erkennen, mehrere axiale, am Außenumfang des Ventilkörpers verteilt angeordnete Kanalschlitze 30, im gezeigten Beispiel sind dies vier Schlitze 30, die sich von der ventilsitzseitigen axialen Endseite des Ventilkörpers 20 aus bis zum stirnseitigen Anschlagring 27 erstrecken. Dort münden sie über je eine radiale Durchgangsöffnung 31 der Kanalstruktur in die mittige axiale Mündungsöffnung 29.
Der Durchmesser der Mündungsöffnung 29 ist gleich groß oder größer gewählt als der Durchmesser des Steigkanals 4 in dessen an den Ringabsatz 28 nach oben anschließendem Abschnitt. Dies hat den Vorteil, dass der Anschlagring 27 nicht radial in den Steigkanal 4 hineinragt und daher bei voll geöffnetem Steigkanal-Absperrventil, siehe Fig. 2, keinerlei Gegendruck von Schmelzematerial im Steigkanal 4 über dem Ventilkörper 20 auf den Anschlagring 27 ausgeübt werden kann. Stattdessen wird ein solcher Gegendruck weitgehend über die bleibende Verbindung von der Mündungsöffnung 29 über die Durchgangsöffnungen 31 und die Axialschlitze 30 nach unten geleitet und vom dortigen Ventilsitz 23 aufgefangen bzw. in eine auf den Ventilkörper 20 nach oben wirkende Ventilabhebekraft umgeleitet. Als Gegendruck bleibt lediglich eine vergleichsweise geringe nach unten wirkende Kraft auf die Ventilkörperfläche im Bereich zwischen den radialen Durchgangsöffnungen 31 übrig. Mit anderen Worten wirkt der Gegendruck effektiv im Wesentlichen nur mit dem reduzierten Querschnitt der Mündungsöffnung 29, während für den Druck nach oben der gesamte effektive Querschnitt des Ventilkörpers 20 einschließlich seines Anschlagrings 27 zur Verfügung steht. Dies ermöglicht gegenüber der Verwendung eines herkömmlichen Kugelventils ein deutlich verbessertes Ventilverhalten.
Dazu zeigt Fig. 1 wiederum die Stellung des Steigkanal-Absperrventils 8 während eines Schmelzeansaugvorgangs. Durch den sich in der Gießkammer 17 bildenden Unterdruck bleibt das Steigkanal-Absperrventil 8 in der gezeigten Schließstellung, in der es sich auch schwerkraftbedingt absenkt, sobald das Schmelzematerial in der Gießkammer 17 und im Steigkanal 4 nach beendetem Formfüllvorgang druckentlastet wird.
Bei einem Formfüllvorgang hebt der Ventilkörper 20 des Steigkanal-Absperrventils 8 aufgrund des Schmelzedrucks in der Gießkammer 17 und dem anschließenden Steigkanalabschnitt 24 in seine Offenstellung gemäß Fig. 2 ab, in welcher der Ventilkörper 20 mit seinem oberen Anschlagring 27 gegen den Steigkanal-Ringabsatz 28 anliegt. In dieser Stellung kann Schmelzematerial über die erwähnte Kanalstruktur, d.h. die Axialschlitze 30, die radialen Durchgangsöffnungen 31 und die mittige axiale Mündungsöffnung 29, durch den Ventilkörper 20 hindurch im Steigkanal 4 nach oben strömen und von dort im üblicher Weise in eine Gießform gedrückt werden. Da der Anschlagring 27 vollständig gegen den Steigkanal-Ringabsatz 28 anliegt, wirkt die Schmelzedruckkraft auf den Ventilkörper 20, wie oben erläutert, von oben nach unten auf einen geringeren effektiven Querschnitt als von unten nach oben und wirkt daher auch dann noch öffnend, wenn kein oder nur noch ein sehr geringes Schmelzevolumen fließt. Dadurch ermöglicht dieses Steigkanal-Absperrventil 8 auch noch einen geringfügigen Schmelzefluss während der Erstarrungsphase gegen Ende des Formfüllvorgangs, wie er zum Beispiel beim Metalldruckguss zur Verdichtung des metallischen Schmelzematerials in der Gießform erwünscht ist. In diesem Zeitabschnitt des Formfüllvorgangs werden nur noch geringste Schmelzevolumen gefördert, die keine signifikanten Strömungskräfte mehr erbringen. Ein herkömmliches Kugelventil würde hier bereits schließen, was durch das vorliegende Steigkanal-Absperrventil vermieden wird. Erst bei Druckentlastung nach beendetem Formfüllvorgang senkt sich der Ventilkörper 20 schwerkraftbedingt auf den Ventilsitz 23 ab, wodurch das Steigkanal-Absperrventil 8 schließt und ein Rücklaufen von Schmelze im Steigkanal 4 nach unten in die Gießkammer 17 verhindert.
Im gezeigten Beispiel besitzt der Ventilkörper 20 eine zylindrische Form. Dadurch kann er sich auf einer relativ großen axialen Länge gegen die Steigkanal-Innenwand 21 abstützen, was unerwünschte oder funktionsgefährdende Taumelbewegungen oder Verkantungen des Ventilkörpers 20 zuverlässig vermeidet. Die Kanalstruktur 29, 30, 31 stellt ein definiertes Durchströmen des Ventilkörpers 20 bereit, wodurch sich das Strömungsverhalten des Schmelzematerials im Steigkanal 4 optimieren lässt bzw. weitestgehend unbehindert vom Anordnen des Absperrventils gehalten werden kann. Selbstverständlich sind alternativ andere Gestaltungen des Ventilkörpers für das Steigkanal-Absperrventil verwendbar, solange der Ventilkörper die beschriebenen, erfindungsgemäßen Funktionalitäten erfüllt. Dies gilt auch für alternative Gestaltungen der Kanalstruktur zur Durchströmung dieses Ventilkörpers mit zu förderndem Schmelzematerial.
Wie sich aus der vorstehenden Beschreibung ergibt, ist das in den Fig. 1, 2 und 6 bis 8 gezeigte Steigkanal-Absperrventil als passiv arbeitendes Rückschlagventil realisiert. Sowohl für dieses Ventil 8 als auch für das in den Gießkolben integrierte Absperrventil 7 sind alternativ erfindungsgemäße Realisierungen als aktiv ansteuerbare Ventile möglich. Die Fig. 9 und 10 zeigen dazu ein Ausführungsbeispiel, bei welchem beide Ventile als aktiv steuerbare Ventile realisiert sind, hier exemplarisch als pneumatisch oder hydraulisch bzw. elektromotorisch steuerbares Ventil. Alternativ umfasst die Erfindung selbstverständlich auch Ausführungsformen, bei denen eines der beiden Ventile als passiv arbeitendes Rückschlagventil und das andere als aktiv ansteuerbares Ventil ausgelegt ist. Zum einfacheren Verständnis sind im Ausführungsbeispiel der Fig. 9 und 10, die hinsichtlich den Ventilpositionen den Fig. 1 bzw. 2 entsprechen, gleiche Bezugszeichen für identische oder funktionell äquivalente Komponenten verwendet, zu denen insoweit auf die obigen Erläuterungen verwiesen werden kann.
Wie aus den Fig. 9 und 10 ersichtlich, verfügt die dort gezeigte Gießeinheit über eine hydraulische oder pneumatische Ansteuerung des Gießkolben-Absperrventils 7 und eine elektromotorische Ansteuerung des Steigkanal-Absperrventils 8. Für das Steigkanal-Absperrventil 8 ist dazu der Ventilkörper 20 an seinem zu diesem Zweck verbreiterten oberen Anschlagring 27 über eine Steuerstange 40 mit einem Linear-Stellmotor 41 gekoppelt. Die Steuerstange 40 ist durch eine entsprechende Durchführungsbohrung des Gießbehälters 1 neben der Steigkanalbohrung 4 durchgeführt und durch den Stellmotor 41 axial vor und zurück bewegbar. Dadurch kann der Ventilkörper 20 in seiner Position im Steigkanal 4 aktiv eingestellt werden, unabhängig von den oben für den Fall der passiven Ventilauslegung erwähnten Gravitationskräften und Schmelzedruckkräften. Für die jeweils gewünschten Ventilstellungen gilt das oben zur passiven Ventilauslegung Gesagte analog.
Die aktive Ansteuerbarkeit des Steigkanal-Absperrventils 8 kann unter anderem dazu genutzt werden, Schmelzematerial bei Bedarf aus dem Steigkanal 4 in die Gießkammer 17 zurückströmen zu lassen, indem das Ventil 8 geöffnet wird, und den Steigkanal 4 dadurch wenigstens teilweise zu entleeren, beispielsweise für Wartungs- oder Austauscharbeiten am anschließenden Mundstück. Bei passiven Auslegungen des Steigkanal-Absperrventils 8 kann diese Funktionalität auf Wunsch z.B. dadurch realisiert sein, dass durch entsprechende Gestaltung dieses Ventils 8 hinsichtlich seiner Dichtigkeit in der Schließstellung dafür gesorgt ist, dass Schmelzematerial über einen definierten Rückströmpfad mit vorgebbarer, geringer Rückflussrate vom Steigkanal 4 über das Ventil 8 in seiner Schließstellung zur Gießkammer 17 zurückströmen kann.
Für das Gießkolben-Absperrventil 7 ist eine hydraulische oder pneumatische Ansteuerung gezeigt, die in die Kolbenstange 14 und den Gießkolben 3 integriert ist. Speziell ist dazu in die Kolbenstange 14 ein Druckraum 42 eingebracht, der von einem Druckkolben 43 geteilt wird, wobei zu jeder Druckraumhälfte ein zugehöriger Druckmediumkanal 44, 45 aus der Kolbenstange 14 quer herausgeführt ist. Der Druckkolben 43 ist mit einer Steuerstange 46 gekoppelt, die sich axial mittig durch die Kolbenstange 14 sowie den Kolbenstößel 12 hindurch bis zu einem Gießkolbenboden 47 erstreckt, mit dem in diesem Ausführungsbeispiel die insoweit modifizierte Kolbenhülse 9 abschließt. Die Steuerstange 46 ist z.B. durch Verschraubung an der Kolbenhülsen-Bodenfläche 47 fixiert, so dass die Kolbenhülse 9 durch entsprechendes axiales Vor- und Zurückbewegen der Steuerstange 46 relativ zum Kolbenstößel 12 aktiv bewegbar ist. Dazu werden die beiden Hälften der Druckkammer 42 geeignet in üblicherweise mit Unter- bzw. Überdruck des zugehörigen Druckmediums, wie Luft, ein anderes Gas oder ein Fluid, beaufschlagt. Auf diese Weise kann das Gießkolben-Absperrventil 7 aktiv zwischen seiner Offenstellung und seiner Schließstellung bewegt werden, zusätzlich oder alternativ zu den Ventilstellkräften, wie sie bei der oben erläuterten passiven Ventilauslegung auftreten.
Es versteht sich, dass alternativ zu den gezeigten und oben beschriebenen Ausführungsbeispielen die Erfindung auch Ausführungsformen umfasst, bei denen das erfindungsgemäße Gießkolben-Absperrventil und das erfindungsgemäße Steigkanal-Absperrventil nicht beide vorgesehen sind, sondern nur ein erfindungsgemäßes Gießkolben-Absperrventil oder ein erfindungsgemäßes Steigkanal-Absperrventil, während das jeweils andere Ventil ganz fehlt oder durch ein für diesen Zweck an sich bekanntes, herkömmliches Ventil ersetzt ist. So kann z.B. der erfindungsgemäße Gießkolben mit integriertem Absperrventil auch anstelle eines herkömmlichen Gießkolbens in einer Gießeinheit eingesetzt werden, die über kein oder nur ein herkömmliches Absperrventil in der Steigleitung verfügt oder ein solches aufgrund eines anderen Aufbaus nicht benötigt. Ebenso kann in entsprechenden Ausführungsformen der Erfindung auch nur das erfindungsgemäße Steigkanal-Absperrventil bei gleichzeitiger Nutzung eines herkömmlichen Gießkolbens vorgesehen sein, beispielsweise für Anwendungen, bei denen der Schmelzezufluss in die Gießkammer nicht durch den Gießkolben hindurch, sondern in anderer Weise erfolgt.
Weiter versteht sich, dass der erfindungsgemäße Gießkolben und die erfindungsgemäße Gießeinheit nicht nur bei Warmkammer-Druckgießmaschinen sondern auch bei anderen Typen von Gießmaschinen verwendbar sind, die mit einem Gießkolben bzw. einer Gießeinheit derartiger Funktionalität auszurüsten sind.

Claims

Gießkolben für eine Gießeinheit einer Gießmaschine, mit
- einem in den Gießkolben integrierten Gießkolben-Absperrventil (7) mit einem Ventilsitz (11) und einem damit zusammenwirkenden Ventilkörper (13), wobei das Absperrventil einen Schmelzematerialfluss durch den Gießkolben hindurch während eines Schmelzeansaugvorgangs in einer Offenstellung freigibt und während eines Formfüllvorgangs in einer Schließstellung blockiert,
- wobei der Gießkolben eine Kolbenhülse (9), die gegen eine Innenwand (10) eines Gießzylinders (2) der Gießeinheit anlegbar ist und den Ventilsitz beinhaltet, und einen Kolbenstößel (12) aufweist, der den Ventilkörper beinhaltet, wobei die Kolbenhülse und der Kolbenstößel um einen vorgebbaren Ventilhub axial gegeneinander beweglich sind, und

- wobei der Kolbenstößel (12) einen ersten Stößelteil (12a) mit dem Ventilkörper (13) und einen am ersten Stößelteil angeordneten zweiten Stößelteil (12b) mit einem Kolbenhülsenmitnehmeranschlag (74) aufweist,
dadurch gekennzeichnet, dass

- der zweite Stößelteil einen Scheiben- oder Zylinderkörper (18) mit mehreren axialen, umfangsseitig geschlossenen Schmelzedurchlassöffnungen (16) aufweist, die sich durch den Scheiben- oder Zylinderkörper (18) hindurch erstrecken.
Gießkolben nach Anspruch 1, weiter dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilhub variabel einstellbar ist.
Gießkolben nach Anspruch 1 oder 2, weiter dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Stößelteil mit variabel einstellbarem axialem Abstand des Kolbenhülsenmitnehmeranschlags vom Ventilkörper am ersten Stößelteil befestigbar ist.
Gießkolben nach einem der Ansprüche 1 bis 3, weiter dadurch gekennzeichnet, dass das Gießkolben-Absperrventil ein passiv arbeitendes Rückschlagventil oder ein aktiv steuerbares Ventil ist.
Gießkolben nach Anspruch 4, weiter dadurch gekennzeichnet, dass das Gießkolben-Absperrventil ein pneumatisch, hydraulisch, elektromechanisch, oder elektromagnetisch steuerbares Ventil ist.
Gießeinheit für eine Gießmaschine, mit
- einem Gießbehälter mit einem Gießzylinder und

- einem Gießkolben, der axial beweglich im Gießzylinder angeordnet ist,
dadurch gekennzeichnet, dass

- der Gießkolben ein solcher nach einem der Ansprüche 1 bis 5 ist.
Gießeinheit für eine Gießmaschine, insbesondere nach Anspruch 6, mit
- einem Gießbehälter (1) mit einem Steigkanal (4) und

- einem Steigkanal-Absperrventil (8) im Steigkanal, das einen Schmelzematerialfluss durch den Steigkanal hindurch während eines Schmelzeansaugvorgangs in einer Schließstellung blockiert und während eines Formfüllvorgangs in einer Offenstellung freigibt,

- wobei das Steigkanal-Absperrventil einen Ventilkörper (20) aufweist, der axial beweglich in den Steigkanal eingebracht ist und sich gegen eine Steigkanalinnenwand (21) abstützt und eine zwischen gegenüberliegenden axialen Endseiten verlaufende Kanalstruktur (29, 30, 31) zur axialen Durchleitung von Schmelzematerial beinhaltet, wobei eine (22) der beiden axialen Endseiten des Ventilkörpers mit einem Ventilsitz (23) des Absperrventils zusammenwirkt,
dadurch gekennzeichnet, dass

- der Ventilkörper zylinderförmig ist und die ventilsitzabgewandte axiale Endseite des Ventilkörpers mit einem stirnseitigen Anschlagring (27) abschließt, der eine axiale Mündungsöffnung (29) der Kanalstruktur definiert und ventilhubbegrenzend mit einem korrespondierenden Ringabsatz (28) der Steigkanalinnenwand zusammenwirkt.
Gießeinheit nach Anspruch 7, weiter dadurch gekennzeichnet, dass ein Durchmesser der axialen Mündungsöffnung mindestens etwa so groß ist wie ein durch den Ringabsatz reduzierter Steigkanaldurchmesser.
Gießeinheit nach Anspruch 7 oder 8, weiter dadurch gekennzeichnet, dass die Kanalstruktur mehrere axiale, am Außenumfang des Ventilkörpers verteilt angeordnete Kanalschlitze (30) aufweist, die sich von der ventilsitzzugewandten axialen Endseite des Ventilkörpers bis zum stirnseitigen Anschlagring erstrecken und dort über eine jeweilige radiale Durchgangsöffnung (31) mit der axialen Mündungsöffnung in Verbindung stehen.
Gießeinheit nach einem der Ansprüche 7 bis 9 weiter dadurch gekennzeichnet, dass das Steigkanal-Absperrventil ein passiv arbeitendes Rückschlagventil oder ein aktiv steuerbares Ventil ist.
Gießeinheit nach Anspruch 10, weiter dadurch gekennzeichnet, dass das Steigkanal-Absperrventil ein pneumatisch, hydraulisch, elektromechanisch oder elektromagnetisch steuerbares Ventil ist.