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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Gießkolben zum Beaufschlagen einer Metallschmelze gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
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Bei der industriellen Fertigung von Gussbauteilen hat sich das sogenannte Warmkammer-Verfahren etabliert. Dieses Verfahren bietet dahingehend Vorteile, dass mit einer verhältnismäßig hohen Taktzahl Bauteile aus Metalllegierungen, insbesondere aus Leichtmetalllegierungen die Aluminium, Magnesium, Silizium usw. umfassen, hergestellt werden können. Bei solchen Maschinen wird die warme Metallschmelze mit Hilfe eines sogenannten Gießkolbens zunächst in eine Gießkammer angesaugt. Durch Änderung der Bewegungsrichtung des Gießkolbens wird die Schmelze anschließend aus der Gießkammer bzw. dem Gießbehälter in eine Gießform befördert. Die flüssige Metallschmelze erstarrt in der Gießform zu dem Gussteil. Nach der Erstarrung kann das Gussteil aus der Gießform entnommen werden.
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Derartige Gießkolben zum Betreiben von Druckgießmaschinen im Warmkammer-Verfahren sind beispielsweise aus der
DE 39 34 778 A1 sowie aus der
WO 2009/146568 A1 bekannt.
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Im Allgemeinen sind Gießkolben aus mehreren Bauteilen ausgebildet, wobei in einem Kolbenmantel ein Kolbenträger eingesetzt ist. Zum Temperieren des Gießkolbens umfasst der Kolbenträger ein Kühlsystem. Die Abdichtung des Kühlkreislaufs erfolgt üblicherweise mit O-Ringen, Standarddichtungen oder mittels Teflonband. Da diese Dichtungen temperaturempfindlich sind, unterliegen sie somit einem gewissen Verschleiß.
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Ausgehend von diesem Stand der Technik macht es sich die vorliegende Erfindung zur Aufgabe, einen Gießkolben anzugeben, der sich durch hohe Standzeiten auszeichnet.
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Diese Aufgabe wird mit einer Vorrichtung gemäß dem unabhängigen Anspruch gelöst. Hierauf zurückbezogene abhängige Ansprüche stellen vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung dar.
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Zur Lösung dieser Aufgabe schlägt die Erfindung einen Gießkolben zum Druckbeaufschlagen einer Metallschmelze vor, mit einem Mantel, einem Kühleinsatz, der in einem Hohlraum des Mantels einsetzbar ist, und einer Dichtung, die zwischen dem Kühleinsatz und dem Mantel angeordnet ist. Weiterhin kann die Dichtung im Wesentlichen aus Graphit ausgebildet sein. Sogenannte Graphitdichtungen können mit hohen Temperaturen, bis zu 700°C, beaufschlagt werden, ohne Alterungserscheinungen zu zeigen. Die Verwendung einer solchen Graphitdichtung bietet demnach den Vorteil einer hohen Temperaturbeständigkeit des Gießkolbens.
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Weiterhin kann die Dichtung als Foliendichtung ausgebildet sein. Hieraus ergibt sich der Vorteil, dass eine geometrisch sehr klein bauende Dichtung verwendet werden kann, um eine Dichtigkeit zwischen dem Mantel und dem Kühleinsatz zu erzeugen.
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Darüber hinaus kann die Foliendichtung mehrschichtig ausgebildet sein. Durch einen solchen Aufbau kann eine Dichtung generiert werden, die sehr gut an deren Anwendungszweck angepasst ist. Bei der Herstellung solcher mehrschichtigen Foliendichtungen wird ein dünnschichtiges Folienmaterial Schicht für Schicht um einen Dorn gewickelt. Der Dorn weißt einen Außendurchmesser auf, welcher dem gewünschten Innendurchmesser der Dichtung entspricht. Der Wickelprozess wird solange fortgeführt, bis die gewünschte Dichtungsdicke erreicht wird. Dadurch kann eine besonders passgenaue Dichtung generiert werden.
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Die Dichtung kann einen Reinheitsgrad von 99,8% Graphit aufweisen. Je höher der Anteil an Graphit in der Dichtung ist, desto temperaturbeständiger ist die Dichtung. Eine Dichtung mit einem Reinheitsgrad von 99,8% ist besonders gut zur Verwendung in Druckgießmaschinen geeignet.
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In einem eingesetzten Zustand des Kühleinsatzes in den Mantel ist die Dichtung mit einer Oberfläche des Hohlraums des Mantels und einer Oberfläche des Kühlmitteleinsatzes in berührendem Kontakt. In diesem eingesetzten Zustand sind Mantel und Kühleinsatz aneinander befestigt bzw. montiert. In montiertem Zustand wird die Dichtung zwischen dem Mantel und dem Kühleinsatz gequetscht. Mit anderen Worten, erfährt die Dichtung eine Klemmkraft, wodurch die Dichtigkeit sichergestellt wird.
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Der Hohlraum des Mantels kann als zylindrisches oder konisches Sackloch ausgebildet sein, wobei die Dichtung im Wesentlichen in Umfangsrichtung verläuft.
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Darüber hinaus kann die Dichtung eine erste Berührfläche aufweisen, mit der die Dichtung mit dem Mantel in berührendem Kontakt steht, sowie eine zweite Berührfläche, mit der die Dichtung mit dem Kühleinsatz in Kontakt steht. An beiden dieser Berührflächen ist ein Passsitz ausgebildet. Bei einem Passsitz im Sinne dieser Erfindung ist der Innendurchmesser eines Bauteils kleiner gehalten als der Außendurchmesser eines zweiten Bauteils in welches das erste Bauteil eingebracht ist. Das sich daraus ergebende Spiel zwischen den über dem Passsitz in Berührung stehenden Bauteilen ist minimal, d. h. kleiner als bei einem Spielsitz und größer als bei einem Presssitz.
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Nachfolgend sollen die Vorteile der Erfindung kurz zusammengefasst werden.
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Durch die Verwendung der Graphitdichtung kann eine Temperaturbeständigkeit bis zu 700°C realisiert werden. Die Graphitdichtung unterliegt keinem Alterungsprozess, wodurch Undichtigkeiten aufgrund von Beaufschlagung der Dichtung mit zu hoher Temperatur verhindert werden. Dadurch werden auch Produktionsausfälle reduziert und die Standzeit erhöht. Der beschriebene Aufbau kennzeichnet sich vorteilhafterweise durch einen vereinfachten Montageaufwand aus, wodurch die Instandhaltungsaufwände ebenfalls reduziert werden. Nicht zuletzt bietet ein solcher Gießkolben den Vorteil einer erhöhten Prozesssicherheit, da die Gefahr von Ausschussteilen, die sich aus Undichtigkeiten der Dichtung ergeben, reduziert wird.
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Der im vorgehenden beschriebene Gießkolben kann sowohl im Kaltkammer-Verfahren als auch im Warmkammer-Verfahren Verwendung finden.
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Nachfolgend soll die Erfindung anhand der Figuren näher erläutert werden. Die Ansprüche, die Figurenbeschreibung zeigen beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung, die ein Fachmann auch in anderer Kombination in Betracht ziehen würde, um sie an entsprechende Anwendungen anzupassen. Es zeigen in schematischer, vereinfachter Darstellung
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1 eine perspektivische Ansicht eines Gießkolbens und
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2 einen Schnitt durch den Gießkolben aus 1.
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1 zeigt in perspektivischer Ansicht einen Gießkolben 10, der zylindrisch ausgebildet ist. Der Kolben 10 kann in einer nicht dargestellten Gießkammer in axialer Richtung entlang seiner Mittellinie a in beiden Richtungen bewegt werden, um flüssige Metallschmelze zu fördern. Der Gießkolben 10 ist zweiteilig ausgebildet und umfasst einen äußeren Mantel 12, in den ein Kühleinsatz 11 eingesetzt ist. Auf der äußeren Umfangsfläche des Mantels 12 sind Nuten 18 vorgesehen, in die Dichtungen eingebracht werden können, um den Gießkolben 10 gegenüber der nicht dargestellten Gießkammer abzudichten. Der Mantel 12 weist eine fordere Stirnfläche o auf, die im Betrieb der Gießapparatur mit der flüssigen Metallschmelze in Kontakt kommt.
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Je nach zu gießendem Material weist die Metallschmelze eine hohe Temperatur im Bereich von 600 bis 800°C auf. Diese Wärmeenergie wird über die Oberfläche o des Mantels 12 in den Mantel 12, und damit in den Gießkolben 10, eingeleitet. Um den Gießkolben 10 auf eine gewünschte Temperatur temperieren zu können, ist ein Kühleinsatz 11 vorgesehen. Dieser wird mit Hilfe von Schrauben 16 mit dem Mantel 12 verschraubt. Der Kühleinsatz 11 weist in axialer Richtung a des Gießkolbens 10 einen vorspringenden Bereich, der in einen Hohlraum des Mantels 12 hineinragt, auf.
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2 zeigt eine Schnittansicht des Gießkolbens 10 aus 1, entlang einer Ebene, die durch die Mittelachse a verläuft. Zur Kühlung des Kühleinsatzes 11 ist ein Kühlsystem vorgesehen, durch das ein Kühlmedium, beispielsweise Wasser, Dampf, Öl, Emulsion oder ein Gemisch aus den genannten Materialien, geleitet werden kann. Über ein zentrales Einlaufrohr 13 wird das Kühlmedium in den Kühleinsatz 11 geleitet, bis hin zum vorderen Bereich des vorspringenden Bereichs des Kühleinsatzes 11. Dadurch wird das Kühlmedium zunächst an einen Punkt gefördert, der dem heißesten Bereich, nämlich der Stirnfläche o des Mantels 12, am nahesten ist. Über einen in radialer Richtung verlaufenden Kanal 14 wird das Kühlmedium in einen wendelartigen Kühlkanal geleitet, der mehrere Windungen 15 aufweist. Diese Windungen 15 verlaufen in Umfangsrichtung des Kühlmitteleinsatzes 11. Durch diese Wendel 15 wird das Kühlmittel in Umfangsrichtung des Gießkolbens 10 befördert und in axialer Richtung von der Oberfläche o weg abgeführt. Dabei erwärmt sich das Kühlmedium und nimmt Wärmeenergie aus dem Mantel 12 auf. Über einen nicht dargestellten Auslass wird das Kühlmedium aus dem Kühleinsatz 11 abgeführt.
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Um eine Dichtigkeit zwischen dem Kühleinsatz 11 und dem Mantel 12 zu gewährleisten, ist eine erfindungsgemäße Graphitfoliendichtung 17 vorgesehen. Diese dichtet eine äußere Umfangsoberfläche des Kühleinsatzes 11 gegenüber einer inneren Umfangsfläche des Hohlraums in dem Mantel 12 ab. Die Dichtung 17 ist in dem gezeigten Ausführungsbeispiel als kreisrunder Ring ausgeführt, mit einem inneren Durchmesser und einem äußeren Durchmesser. Der Innendurchmesser der Dichtung 17 und der Außendurchmesser eines Abschnitts des vorspringenden Bereiches des Kühleinsatzes 11 bilden einen Passsitz mit einem geringen Spiel aus. Ebenso bildet der äußere Durchmesser der Dichtung 17 und ein Abschnitt der Oberfläche des Hohlraums des Mantels 12 einen weiteren Passsitz auf. Über die Schrauben 16, mit denen der Kühleinsatz 11 und der Mantel 12 verschraubt werden, wird in montiertem Zustand eine Klemmkraft auf die Dichtung 17 ausgeübt. Durch diese Klemmkraft wird eine Dichtigkeit sichergestellt. Dadurch kann das Kühlmittel, welches durch die Windungen 15 fließt und sich ggf. in einem Spalt zwischen Kühleinsatz 11 und Mantel 12 ausbreitet, daran gehindert werden, dass es aus dem Gießkolben 10 ungewollt austritt. Somit wird verhindert, dass das Kühlmittel ungewollt in die Metallschmelze gelangt und dadurch mitsamt der Schmelze in die Gießkammer oder Gießform gefördert wird und zu Ausschussteilen führt. In 2 sind im Bereich der Dichtung 17 die innere Wandung des Mantels 12 und die äußere Wandung des Kühleinsatzes 11 parallel ausgebildet. Diese Wandungen sind auch parallel zur Mittelachse a.
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In einer weiteren, nicht dargestellten Ausführungsform der Erfindung kann vorgesehen sein, dass beide Wandungen zueinander parallel sind, jedoch einen Winkel mit der Mittelachse a einschließen. Dadurch bilden die Wandungen einen Konus aus. Durch diesen Konus kann die Klemmkraft, die durch Festziehen der Schrauben 16 erzeugt wird, erhöht werden, um eine noch bessere Dichtigkeit zu erzeugen.
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Alternativ dazu können die Wandung des Kühleinsatzes und die Wandung des Mantels auch zu einander unparallel ausgebildet sein. Damit schließen die Wandungen mit der Mittelachse jeweils unterschiedliche Winkel ein, wodurch die Klemmkraft und damit die Dichtigkeit noch weiter verbessert werden.
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Aus dem Stand der Technik bekannte O-Ringe haben eine thermische Beständigkeit bis ca. 150°C. Falls das Kühlmittel im Kühleinsatz 11 nicht zirkuliert, weil beispielsweise die Förderung des Kühlmittels ausgeschalten oder ausgefallen ist, kann es dazu kommen, dass die Dichtung mit einer höheren Temperatur beaufschlagt wird. Dadurch wird ein Alterungsprozess ausgelöst, durch den Undichtigkeiten entstehen. Zum Austausch des O-Rings muss die gesamte Druckgießanlage angehalten, der Gießkolben entfernt und demontiert werden. Durch die Verwendung einer Graphitfoliendichtung hingegen wird dies vermieden, da diese Dichtung mit Temperaturen bis zu 800°C beaufschlagt werden kann.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 3934778 A1 [0003]
- WO 2009/146568 A1 [0003]
