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Die Erfindung betrifft eine Fördervorrichtung für eine Metallschmelze in einem Spritzdruckaggregat, mit einem Vorratsbehälter für die Metallschmelze und einem Förderkanal, in dem die Metallschmelze einem Formhohlraum zuführbar ist, wobei in dem Förderkanal ein Rückschlagventil angeordnet ist.
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Bei einer Metallgussmaschine wird ein flüssiges Metall, bei dem es sich üblicherweise um eine Metalllegierung handelt, in einen Formhohlraum eingebracht und härtet in diesem aus, so dass ein dem Formhohlraum entsprechendes metallisches Bauteil gebildet ist. Die Einbringung der Metallschmelze erfolgt dabei unter einem Druck, unter den die Metallschmelze gesetzt wird.
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Aus der
DE 10 2012 010 923 A1 ist eine Fördervorrichtung für eine Metallschmelze bekannt, bei der die Metallschmelze aus einem Vorratsbehälter einer in einer Zylinderbohrung ausgebildeten Sammelkammer zugeführt wird, woraufhin ein Kolben in der Zylinderbohrung axial verschoben wird, wodurch die Metallschmelze aus der Sammelkammer herausgedrückt wird und in eine weiterführende Leitung gelangt, in der sie dem Formhohlraum zugeführt wird.
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In der weiterführenden Leitung ist ein Rückschlagventil angeordnet, das eine Rückströmung der Metallschmelze beim Zurückfahren des Kolbens verhindern soll. Das Rückschlagventil sitzt im Bereich einer S-förmigen Umlenkung des Förderkanals und besitzt einen von einer Feder beaufschlagten und gegen einen Ventilsitz gespannten Ventilkörper. Es hat sich gezeigt, dass die Anordnung des Rückschlagventils unvorteilhaft ist, da die Metallschmelze durch Spalte in das Rückschlagventil eindringen kann und die Funktion des Rückschlagventils und insbesondere die freie Beweglichkeit des Ventilkörpers behindert, wodurch die Dichtwirkung nicht gewährleistet ist. Bei einem nicht vollständig abdichtenden Rückschlagventil besteht die Gefahr, dass die Metallschmelze innerhalb des Förderkanals zurückströmt und dann die Metallschmelzen-Menge, die beim nächsten Hub des Kolbens ausgebracht wird, nicht der gewünschten Soll-Menge entspricht.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Fördervorrichtung für eine Metallschmelze in einem Spritzdruckaggregat zu schaffen, bei der eine sichere Wirkungswiese des Rückschlagventils gewährleistet und eine Füllung des Förderkanals sichergestellt ist.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Fördervorrichtung für eine Metallschmelze in einem Spritzdruckaggregat mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Dabei ist vorgesehen, dass der Förderkanal durch das Rückschlagventil verläuft und das Rückschlagventil von der Metallschmelze durchströmt ist.
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Erfindungsgemäß wird von der Grundüberlegung ausgegangen, das Rückschlagventil nicht seitlich neben dem Förderkanal anzuordnen, sondern so in den Förderkanal zu integrieren, dass es von der Metallschmelze durchströmt ist. Dies stellt sicher, dass die strömende Metallschmelze eventuelle Verunreinigungen oder Ablagerungen stetig abführt und somit ein Ventilkörper gut beweglich bleibt und das Rückschlagventil sicher schließt.
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Vorzugsweise ist vorgesehen, dass das Rückschlagventil den Ventilkörper, der in einer Ventilkammer angeordnet ist, und ein stromab des Ventilkörpers angeordnetes verschiebliches Führungsteil aufweist. Das Führungsteil ist vorzugsweise hülsenförmig ausgebildet und sitzt axial verschieblich im Förderkanal. Mittels einer Feder kann das Führungsteil in Gegenströmungsrichtung belastet sein und den Ventilkörper gegen einen stromauf liegenden Ventilsitz spannen. Wenn der Ventilkörper am Ventilsitz anliegt, ist der Förderkanal verschlossen. Wenn durch die Förderung der Metallschmelze im Förderkanal auf den Ventilkörper eine in Strömungsrichtung wirkende Druckkraft aufgebracht wird, wird er entgegen der Kraft der Feder vom Ventilsitz abgehoben, so dass das Rückschlagventil geöffnet ist und die Metallschmelze in die Ventilkammer einströmen und von dort durch das Rückschlagventil hindurch dem Förderkanal folgen kann.
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In Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Führungsteil einen in Strömungsrichtung offenen Innenraum aufweist, so dass die Feder zumindest abschnittsweise in dem Innenraum angeordnet ist. Die Anordnung der Feder in dem Innenraum gewährleistet eine sichere Positionierung und Führung der Feder. Vorzugsweise ist die Feder vollständig oder zumindest annähernd vollständig in dem Innenraum aufgenommen.
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Um die Metallschmelze aus der Ventilkammer dem Innenraum des Führungsteils zuzuführen, kann in Weiterbildung der Erfindung zumindest ein radial außerhalb des Führungsteils verlaufender Zuführkanal vorhanden sein, der die Ventilkammer mit dem Innenraum des Führungsteils verbindet.
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Der Begriff ”axial” bezieht sich auf die Strömungsrichtung der Metallschmelze und der Begriff ”radial” auf eine Richtung senkrecht dazu.
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Wenn der Ventilkörper aufgrund des von der Metallschmelze aufgebrachten Druckes vom Ventilsitz abgehoben ist, liegt er an dem stromauf liegenden Führungsteil an. Da der Zuführkanal radial außerhalb des Führungsteils liegt, ist die Strömung der Metallschmelze bei geöffnetem Rückschlagventil unabhängig von dem Ventilkörper.
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Der Zuführkanal verläuft vorzugsweise parallel zur Strömungsrichtung und in der Wandung des Führungsteils kann eine Durchbrechung ausgebildet sein, durch die der Zuführkanal mit dem Innenraum des Führungsteils in Verbindung steht.
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Vorzugsweise sind mehrere Zuführkanäle über den Umfang des Führungsteils verteilt angeordnet. Entweder besitzt jeder Zuführkanal eine eigene Durchbrechung in der Wandung des Führungsteils, alternativ ist es jedoch auch möglich, am stromab liegenden Ende der Zuführkanäle eine die Zuführkanäle verbindende Ringkammer auszubilden, die über eine oder mehrere Durchbrechungen mit dem Innenraum des Führungsteils in Verbindung steht.
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Um den Ventilkörper sowohl in der geschlossenen als auch in der offenen Stellung des Rückschlagventils sicher zu positionieren, kann auf der stromauf liegenden Seite des Führungsteils eine Ausnehmung ausgebildet sein, in der der Ventilkörper vorzugsweise mit enger Passung oder mit geringem Spiel angeordnet ist. In einer möglichen Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Ventilkörper eine Kugel und die Ausnehmung eine kugelige Halbschale mit einer im Boden ausgebildeten ebenen Fläche ist. Dadurch ist der Kugel die Möglichkeit gegeben, sich zentrisch zum Ventilsitz auszurichten, was eine verbesserte Abdichtung ermöglicht und einen Ausgleich von axialen Toleranzen mit sich bringt.
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Um bei Betrieb der Fördervorrichtung eine Druckdifferenz innerhalb des Rückschlagventils zu vermeiden, kann in Weiterbildung der Erfindung vorgesehen sein, dass der Innenraum des Führungsteil über eine Druckausgleichsbohrung mit der Ausnehmung und insbesondere dem Boden der Ausnehmung verbunden ist.
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In bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass dem Rückschlagventil eine Heizvorrichtung zugeordnet ist, mit der das Rückschlagventil und/oder die umgebenen Bauteile und somit auch die durch das Rückschlagventil fließende Metallschmelze in gewünschter Weise temperiert werden können. Die Heizvorrichtung kann von einer elektrischen Widerstandsheizung, beispielsweise Heizpatronen gebildet sein, es ist jedoch auch möglich, Heizkanäle vorzusehen, die von einem heißen Fluid und insbesondere einer heißen Flüssigkeit durchströmt sind.
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In bevorzugter Weiterbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass der Vorratsbehälter der Metallschmelze auf einem höhere Niveau als das Rückschlagventil angeordnet ist. Auf diese Weise besitzt die im Vorratsbehälter aufgenommene Metallschmelze eine höhere potentielle Energie als die unmittelbar stromauf des Rückschlagventils anstehende Metallschmelze. Falls das Rückschlagventil eine Undichtigkeit aufweisen sollte, kann die Metallschmelze in dem stromauf des Rückschlagventils liegenden Bereich des Förderkanals nicht in unerwünschter Weise zurückströmen, da die im Vorratsbehälter befindliche Metallschmelze aufgrund ihrer höheren potentiellen Energie dafür sorgt, dass der Förderkanal gefüllt bleibt.
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Weitere Einzelheiten und Merkmale der Erfindung sind aus der folgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnungen ersichtlich. Es zeigen:
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1 einen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße Fördervorrichtung,
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2 eine vergrößerte Darstellung des Rückschlagventils in geschlossenem Zustand,
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3 eine vergrößerte Darstellung des Rückschlagventils in geöffnetem Zustand,
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4 eine ausschnittsweise Darstellung des Schnitts IV-IV in 3 und
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5 eine perspektivische Darstellung eines Längsschnittes durch das Rückschlagventil Eine in 1 dargestellte Fördervorrichtung 10 für eine Metallschmelze M in einem Spritzdruckaggregat besitzt ein Gehäuse 11, in dem eine vertikale Aufnahmebohrung 12 ausgebildet ist.
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In dem Gehäuse 11 ist ein Vorratsbehälter 26 vorgesehen, der mit der Metallschmelze M gefüllt ist. Die Metallschmelze M kann in flüssiger Form dem Vorratsbehälter 26 zugeführt oder in diesem durch Aufschmelzen beispielsweise eines Metall-Granulats erzeugt werden.
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Der Vorratsbehälter 26 ist mittels eines Deckelteils 45 luftdicht abgedeckt und der oberhalb der Metallschmelze M in dem Vorratsbehälter 26 gebildet Freiraum 46 ist mit einem Schutzgas, beispielsweise Kohlenstoffdioxid (CO2) oder Stickstoff (N2) gefüllt.
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In das Gehäuse 11 ist im Bereich des Vorratsbehälters 26 eine 2. Heizvorrichtung 43 integriert, bei der es sich um eine elektrische Widerstandheizung handeln kann, mit der die Wandung des Vorratsbehälters 26 und somit die Metallschmelze M auf eine gewünschte Temperatur gebracht oder auf dieser gehalten werden kann.
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Der Vorratsbehälter 26 steht über mindestens einen schräg nach unten in Strömungsrichtung geneigt verlaufenden Zulaufkanal 18 mit der Aufnahmebohrung 12 in Verbindung. In die Aufnahmebohrung 12 ist unter enger Passung ein Passstück 28 eingesetzt, das eine rohrförmige Konfiguration besitzt und an seinem unteren Ende verschlossen ist. Das Passstück 28 ist auswechselbar in der Aufnahmebohrung 12 gehalten und besitzt eine mittige axiale Zylinderbohrung 27, die in Form einer nach oben öffnenden Sackbohrung ausgestaltet ist. In der Wandung des Passstücks 28 ist eine schräg verlaufende Verbindungsbohrung 30 vorgesehen, die mit dem Zulaufkanal 18 fluchtet und diesen mit der Zylinderbohrung 27 verbindet.
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In die Zylinderbohrung 27 ist ein Kolben 13 unter enger Passung verschieblich eingesetzt. In einem in der unteren Hälfte der axialen Länge des Kolbens 13 angeordneten Bereich, der einen axialen Abstand vom unteren Ende des Kolbens 13 aufweist, ist auf der Außenseite des Kolbens 13 ein Ringraum 17 ausgebildet. Am unteren Ende des Ringraums 17 verlaufen mehrere über den Umfang des Kolbens 13 verteilt angeordnete Füllbohrungen 16 im Kolben 13 jeweils zur unteren Stirnfläche des Kolbens 13. Derjenige Bereich des Kolbens 13, in dem die Füllbohrungen 16 ausgebildet sind, liegt in abgedichteter Weise an der Innenwandung der Zylinderbohrung 27 an.
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Auf der äußeren Mantelfläche des Kolbens 13 sind im Bereich zwischen dem unteren Ende des Kolbens 13 und dem Ringraum 17 zwei axial beabstandete, umlaufende Nuten 29 ausgebildet, in die jeweils ein geschlitzter Kolbenring 31 eingesetzt ist, der unter einer radial nach außen gegen die Innenwandung der Zylinderbohrung 27 gerichteten Federspannung an dieser dichtend anliegt. Die Kolbenringe 31 bestehen beispielsweise aus einem Federstahl.
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Der Kolben 13 weist des weiteren eine zentrische Axialbohrung 14 auf, in der eine Ventilstange 19 verschieblich angeordnet ist, die den Kolben 13 vollständig durchdringt und an ihrem unteren Ende stromab der Stirnseite des Kolbens 13 einen tellerartigen Ventilkörper 20 trägt. Der Ventilkörper 20 kann durch Verschieben der Ventilstange 19 relativ zum Kolben 13 zwischen einer in den 1 dargestellten Schließstellung, in der der Ventilkörper 20 ein Ausströmen von Metallschmelze aus den Füllbohrungen 16 verhindert, und einer nicht dargestellten Offenstellung verstellt werden, in der die Metallschmelze aus den Füllbohrungen 16 in eine darunterliegende, in der Zylinderbohrung 27 gebildete Sammelkammer 15 fließen kann.
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Der Querschnitt des Ventilkörpers 20 ist kleiner als der Querschnitt der Zylinderbohrung 27, so dass der Ventilkörper 20 innerhalb der Zylinderbohrung 27 eine Dichtfunktion hat und die Metallschmelze M den Ventilkörper 20 frei umströmen kann.
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Wie die 1 zeigt, ist die Aufnahmebohrung 12 in ihrem unteren Bereich mit einem sich konisch verjüngenden Querschnitt versehen. Das Passstück 28 besitzt in seinem unteren Bereich eine komplementäre konische Form, so dass es im eingesetzten Zustand vollflächig an der Wandung der Aufnahmebohrung 12 anliegt.
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An seinem oberen, der Sammelkammer 15 abgewandten Ende ist das Passstück 28 mit einem radial hervorstehenden Kragen versehen, der als Drehsicherung dient, indem er in eine Aufnahme des Gehäuses 11 eingreift.
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Wie 1 zeigt, liegt der Vorratsbehälter 26 der Metallschmelze M auf einem höheren Niveau als das Rückschlagventil 24. Somit besitzt die im Vorratsbehälter 26 enthaltende Metallschmelze M eine größere potentielle Energie als die Metallschmelze, die unmittelbar stromauf des Rückschlagventils 24 ansteht. Auf diese Weise ist bei geöffnetem Förderkanal gewährleistet, dass die Sammelkammer 15 und die weiterführende Leitung 21 immer mit Metallschmelze M gefüllt sind.
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Die Zylinderbohrung 27 bzw. die in ihrem unteren Bereich gebildete Sammelkammer 15 ist am unteren Ende über eine weiterführende Leitung 21 mit einem nicht näher dargestellten Formhohlraum verbunden. Die weiterführende Leitung 21 umfasst eine untere Querbohrung 32 in der Wandung des Passstücks 28, die mit einer weiterführenden Querbohrung 33 im Gehäuse 21 fluchtet, über die die Sammelkammer 15 mit einer vertikalen Steigleitung 22 verbunden ist. Die Steigleitung 22 geht an ihrem oberen Ende in einen Füllkanal 23 über, aus dem die Metallschmelze dem Formraum zugeführt wird, wie durch den Pfeil F angedeutet ist. Im Übergang zwischen der Steigleitung 22 und dem Füllkanal 23 ist ein Rückschlagventil 24 angeordnet, das einen Ventilkörper 25 aufweist, der von einer Feder 34 entgegen der Strömungsrichtung gegen einen Ventilsitz 35 gespannt wird.
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Das Rückschlagventil 24 ist im Detail in den 2 bis 5 dargestellt. In einem Ventilgehäuse 56 befindet sich eine Ventilgehäusebohrung 57, die Teil des Förderkanals ist, wobei die Metallschmelze gemäß 2 von links nach rechts durch das Rückschlagventil 24 strömt, wie es durch die Pfeile S angedeutet ist.
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In der Ventilgehäusebohrung 57 sitzt ein hülsenförmiges Führungsteils 49, das in Axialrichtung der Ventilgehäusebohrung 47 axial hin und her verschieblich ist. In dem Führungsteil 49 ist ein Innenraum 50 ausgebildet, der auf der stromab liegenden, gemäß 1 rechten Seite des Führungsteils 49 offen ist. In den Innenraum 50 ist eine gewendelte Feder 34 unter enger Passung eingesetzt, die sich an ihren stromauf liegenden Ende am Boden des Innenraums 50 und an ihrem stromab liegenden Ende am Boden der Ventilgehäusebohrung 57 abstützt.
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Auf der stromauf liegenden Stirnseite des Führungsteils 49 ist eine Ausnehmung 51 in Form einer kugeligen Halbschale gebildet, in die der von einer Kugel gebildete Ventilkörper 25 lose eingesetzt ist. Der Boden der Ausnehmung 51 steht über eine Druckausgleichsbohrung 52 mit dem Innenraum 50 des Führungsteils 40 in Verbindung.
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Wie insbesondere die 4 zeigt, ist das Führungsteil 49 von sechs über den Umfang des Führungsteils 49 verteilt angeordneten Zuführkanälen 54 umgeben, die jeweils parallel zur Längserstreckung des Führungsteils 49 aber radial außerhalb von diesem in Längsrichtung verlaufen. Am stromab liegenden Ende sind die Zuführkanäle 54 über eine das Führungsteil 49 umgebende Ringkammer 58 miteinander verbunden (siehe 2). Das Führungsteil 49 besitzt im Bereich der sie umgebenden Ringkammer 58 mehrere Durchbrechungen 55, so dass die Ringkammer 58 mit dem Innenraum 50 des Führungsteils 49 in Verbindung steht.
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Wie 3 zeigt, ist im geöffneten Zustand des Rückschlagventils 24 zwischen dem Ventilsitz 35 und dem Ventilkörper 25 eine Ventilkammer 53 gebildet, die mit dem stromauf liegenden Ende aller Zuführkanäle 54 verbunden ist.
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Im geschlossenen Zustand des Rückschlagventils 24 gemäß 2 drückt die Feder 34 das Führungsteil 49 in Gegenströmungsrichtung und damit auch den Ventilkörper 25 in dichtender Weise gegen den Ventilsitz 35. Wenn der Druck in der stromauf des Rückschlagventils 24 anstehenden Metallschmelze M ansteigt, wird der Ventilkörper 25 entgegen der Kraft der Feder 34 in Strömungsrichtung verschoben, wodurch auch das Führungsteil 49 in Strömungsrichtung verschoben wird, bis es mit seinem stromab liegenden Ende am Boden der Ventilgehäusebohrung 57 anliegt. Dabei ist die Feder 34 zusammengedrückt. Dieser Zustand ist in 3 dargestellt.
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Die Metallschmelze strömt bei geöffnetem Rückschlagventil 34 in die Ventilkammer 53 und von dort in die Zuführkanäle 54, wie es durch die Pfeile in 3 angedeutet ist. Die Metallschmelze gelangt durch die Zuführkanäle 54 in die Ringkammer 58 und tritt von dieser durch die Durchbrechungen 55 des Führungsteils 49 in dessen Innenraum 50 ein. Die Metallschmelze strömt dann durch den Innenraum 50, umspült die Feder 34 und tritt aus dem Innenraum 50 an dessen stromab liegenden offenen Ende aus und tritt in den Füllkanal 23 (siehe 1) ein.
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Die Zylinderbohrung 27 und das Passstück 28 sind von einer 1. Heizvorrichtung 36 umgeben, die mehrere über den Umfang des Passstückes 28 verteilt angeordnete Heizelemente 37 aufweist, die jeweils in eine im Gehäuse ausgebildete Bohrung eingesetzt sind, wie es in 1 gestrichelt angedeutet ist. Mit Hilfe der Heizvorrichtung 36 ist es möglich, die Metallschmelze M im Bereich der Verbindungsbohrung 30, der Füllbohrungen 16, der Sammelkammer 15 und zumindest abschnittsweise in der weiterführenden Leitung 21 auf eine gewünschte Temperatur zu bringen oder auf dieser zu halten.
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Wie in 1 gestrichelt angedeutet ist, ist dem Rückschlagventil 24 eine 3. Heizvorrichtung 44 zugeordnet, mit der die Metallschmelze, die das Rückschlagventil 24 durchströmt, insbesondere innerhalb des Rückschlagventils 24 temperiert wird. Die 3. Heizvorrichtung 44 kann von einer elektrischen Widerstandsheizung oder Heizkanälen gebildet sein, die von einem heißen Fluid und insbesondere einer heißen Flüssigkeit durchströmt sind.
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Das der Sammelkammer 15 abgewandte Ende des Kolbens 13 und der Ventilstange 19 ist in einem außenseitig des Gehäuses 11 angeordneten Antriebs- und Steuerungsgehäuse 47 angeordnet, in dem eine nur angedeutete Antriebsvorrichtung 38 für den Kolben 13 und eine ebenfalls nur angedeutete Ventilstangen-Antriebsvorrichtung 41 angeordnet sind, mit denen der Kolben 13 bzw. die Ventilstange 19 axial verstellbar sind. Ebenfalls innerhalb des Antriebs- und Steuerungsgehäuses 47 ist eine elektronische Steuervorrichtung 48 insbesondere für die genannten Antriebsvorrichtungen vorgesehen, die nur schematisch angedeutet ist. Das Antriebs- und Steuerungsgehäuse 47 besitzt auf seiner dem Gehäuse 11 zugewandten Seite eine Trennwand 40, die von dem Kolben 13 und der Ventilstange 19 unter enger Passung durchdrungen ist und die als thermische Abschirmung dient.
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Ferner ist in dem Antriebs- und Steuerungsgehäuse 47 eine Kühlvorrichtung 39 vorgesehen, die mehrere Kühlkanäle 42 umfasst, die von einer Kühlflüssigkeit durchströmt sind und sowohl durch das Antriebs- und Steuerungsgehäuse 47 als auch durch die Trennwand 40 verlaufen. Mittels der Kühlvorrichtung 39 ist es möglich, den Innenraum des Antriebs- und Steuerungsgehäuses 47 und damit die Antriebsvorrichtung 38 für den Kolben 13, die Ventilstangen-Antriebsvorrichtung 41 und die elektronische Steuervorrichtung 48 auf eine vorteilhafte Betriebstemperatur von vorzugsweise < 80°C zu halten, da aufgrund der Heizvorrichtung 36 die Gefahr besteht, dass die genannten Bauteile ansonsten zu heiß und dadurch beschädigt werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102012010923 A1 [0003]
