DE8304487U1 - Kolben für Druckgießmaschinen - Google Patents

Description

Bezeichnung : Kolben für Druckgießmaschinen

Die Erfindung betrifft einen Kolben für Druckgießmaschinen, welche eine hohle Kolbenstange und ein darin mit Radialabstand angeordnetes gegenüber dieser axial vorstehendes Kühlmittelzufuhrrohr aufweisen, wobei der Kolben mit der Kolbenstange verschraubt ist und das Kühlmittelzufuhrrohr einen rohrförmigen Körper durchsetzt, welcher mit dem Kolbenmantel einen Ringraum begrenzt, der benachbart der beiden Kolbenmantelenden über Radialkanäle einmal mit der Stirnöffnung des Kühlmittelzufuhrrohres und zum anderen mit dem zwischen Kühlmittelzufuhrrohr und Kolbenstange gebildeten Rückflußkanal kommuniziert.

Ein derartiger Kolben ist aus der DE-AS 22 33 132 bekannt. Der rohrförmige Körper ist mit der vorderen Kolbenstirnwand einstückig ausgebildet. Der Kolbenmantel wird durch eine Hülse gebildet, die sich an der vorderen Kolbenstirnwand abstützt und hinten von einer auf dem rohrförmigen Körper aufgeschraubten Buchse gehalten wird. Der rohrförmige Körper ist am Außenumfang mit einer schraubenförmigen Nut versehen, die den Ringkanal darstellt. Schräg liegende Radialbohrungen verbinden das Innere des rohrförmigen Kör-

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; " pers mit dem Ringraum. Nachteilig ist die mangelnde

,Ijf Kühlung des Kolbens und insbesondere der vorderen

; Kolbenstirnwand, da die Radialkanäle nur einen sehr

kleinen Querschnitt haben, der sich noch dazu durch Verkalkung verkleinert und sich sogar vollständig zusetzen kann. Der bekannte Kolben wird weder den thermischen noch den tribologischen Anforderungen in vollem Umfang gerecht, weswegen die Standzeit nur begrenzt ist.

Aufgabe dar Erfindung ist es, einen Kolben der ein- -

gangs genannten Art hinsichtlich der thermischen und tribologischen Anforderungen zu verbessern. Insbesondere soll durch die Erfindung die Kühlung des Kolbens ' verbessert werden, wobei es ganz besonders auf die

Kühlung der vorderen Kolbenstirnwand ankommt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäB dadurch gelöst, daß der rohrförmige Körper als ein von der vorderen Kolbenstirnwand unabhängiges Bauteil ausgebildet und in-J nerhalb des Kolbens unter Bildung von sich im wesent-

J liehen über den gesamten Umfang erstreckenden Kommuli nikationskammern im Abstand von der vorderen und der

hinteren Kolbenstirnwand gehaltert ist.

Der Erfindung liegt das Konzept zugrunde, den rohr-

förmigen Körper als Strömungskörper auszubilden, der mit Ausnahme des Innenraumbereiches, welcher vom Kühlmittelzufuhrrohr vorgegeben ist nahezu vollständig und insbesondere an beiden Stirnflächen umströmt wird.

Der Innenraum des rohrförmigen Körpers weist vorzugsweise einen hinteren sich verjüngenden Eingangsabschnitt, einen zentralen zylindrischen Abschnitt, in den das Kühlmittelzufuhrrohr hineinragt und einen sich daran anschließenden konischen Erweiterungsabschnitt auf. Der konische Hinterabschnitt erleichtert das Einfahren des Kühlmittelzufuhrrohres beim Aufschrauben des Kolbens auf die Kolbenstange. Der vordere konische Erweiterungsabschnitt hat insbesondere mit in Verbindung mit einem trompetenartigen Vorsprung an der Innenfläche der vorderen Kolbenstirnwand eine günstige Führung des Kühlmittels zur Folge. Dank der Tatsache, daß der rohrförmige Körper an beiden stirnseitigen Enden praktisch voll umströmt werden kann, wird eine volle Strömungsmittelbeaufschlagung der Innenfläche der vorderen Kolbenstirnwand erreicht. Die gesamte vordere Kolbenstirnwand wird somit hochwirksam gekühlt, was sich auf die Standzeit des Kolbens günstig auswirkt. Die beiden stirnseitigen Kommunikationskammern gewährleisten einen großen Kühlmitteldurchsatz, der auch nach längerer Betriebszeit erhalten bleibt, da Verkalkungen

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nicht auftreten können oder mindestens nicht wirksam in Erscheinung treten.

Der rohrförmige Körper wird erfindungsgemäß durch einige wenige, insbesondere drei Halteelemente im Kolben abgestützt. Gemäß einer Ausführungsform sind die Halteelemente radial angeordnet und stützen sich am Kolbenmantel ab. Es genügen drei jeweils um 120° umfangsversetzte dünne Stäbe, die praktisch keinen Strömungswiderstand darstellen. Diese radialen Halteelemente werden gemäß einer weiteren Ausführungsform in einer inneren Ringnut des Umfangsmantels gehalten, sodaß die Axialstellung des rohrförmigen Körpers im wesentlichen definiert ist.

Besonders vorteilhaft ist ein weiteres Merkmal der Erfindung, das darin besteht, daß der rohrförmige Körper sich in axialer Richtung im Kolben verschieben kann. Dabei sind vorzugsweise Begrenzungsmittel vorgesehen, die eine selbsttätige Verschiebung nur in gewissem Ausmaß erlauben. Der rohrförmige Körper kann sich daher selbsttätig axial einstellen, wodurch eine dem Vorlaufdruck und dem Rücklaufdruck der Kühlflüssigkeit entsprechende optimale Stellung selbsttätig erreicht wird, die für einem maximalen Kühlflüssigkeltsdurchsatz maßgeblich ist. Zu diesem Zweck können stationäre Anschläge gemäß einer Weiterbildung der Erfindung vor-

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gesehen sein, zwischen denen sich der rohrförmige Körper verschieben kann, ohne daß jedoch die stirnseitigen Kommunikationskaitunern geschlossen werden. Gemäß einer Weiterbildung weist die Innenfläche der vorderen Kolbenstirnwand mehrere, beispielsweise drei Radialrippen auf, die einmal die wärmeaustausciifläche der vorderen Kolbenstirnwand erhöhen und zum anderen als Anschlagmittel für die Axialbewegung des rohrförmigen Körpers dienen. Diese Rippen können gemäß einer Weiterbildung Aussparungen aufweisen, in die der rohrförmige Körper eingreift, sodaß auch eine radiale Zentrierung des Vorderendes des rohrförmigen Körpers gewährleistet ist. Die Halteelemente, die entweder wie vorerwähnt radial angeordnet sind oder gemäß einer Abwandlung an der hinteren Stirnfläche des rohrförmigen Körpers angreifen und sich an der inneren Stirnfläche der hinteren Stirnwand des Kolbens abstützen, vervollständigen die sichere Lagerung des rohrförmigen Körpers im Kolben.

Ein besonders vorteilhaftes Merkmal der Erfindung ist noch darin zu sehen, daß die Halteelemente federnd ausgebildet sind. Dank der Pederwirkung wird einmal die axiale Verstellbarkeit des rohrförmigen Körpers ermöglicht und zum anderen auch eine radiale Sinstellbarkeit, die eine Verlagerung des rohrförmigen Körpers

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^Γ§ ' bei der Montage des Kolbens zuläßt, damit das

Kühlmittelzufuhrrohr leicht in den rohrförmigen Körper eintreten kann.

·'; Schließlich besteht noch ein sehr vorteilhaftes

■£ Merkmal der Erfindung darin, daß die vordere Kolben

stirnwand mit dem Kolbenmantel verschraubt ist. In einer einfacheren Lösung kann die Kolbenstirnwand mit dem Kolbenmantel auch verschweißt werden. In beiden Fällen bestehen aber Kolbenstirnwand und Kolbenmantel aus zwei Teilen, die aus unterschiedlichen Materialien gefertigt werden können. Für die Kolbenstirnwand wird ein hochbelastbares Material gewählt, das eine gute thermische Leitfähigkeit hat. Für den Kolbenmantel wird zwar ebenfalls ein Material mit guter Wärmeleitfähigkeit gewählt, jedoch muß dieses Material besonders verschleiß- und abriebfest sein. Die spezielle Form der Innenfläche der vorderen Kolbenstirnwand, die insbesondere geometrisch doppelt gekrümmt ist, läßt sich dank der unabhängigen Ausbildung beider Teile leichter herstellen. Darüberhinaus ist im Betrieb ein Auswechseln nur eines der Teile möglich.

Der neue Kolben gewährleistet eine niedrige Betriebstemperatur der thermisch hochbelasteteri vorderen Kolbenstirnwand und zwar einmal durch eine Intensivküh-

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lung der nahezu gesamten inneren Stirnwandfläche und zum anderen durch Wahl eines Materials mit hoher Wärmeleitfähigkeit. Dank der optimalen Wasserführung im Kolben wird die vom Kühlwasser aufgenommene Wärme schnell abgeleitet, ein Merkmal, das wesentlich dazu beiträgt, daß der Kolben auf niedriger Betriebstemperatur gehalten werden kann.

Anhand der Zeichnung, die einige Ausführungsbeispiele darstellt, sei die Erfindung näher beschrieben.

Es zeigt

Fig. 1 eine erste Ausführung eines neuartigen Kolbens, bei dem der Koibenmantel mit beiden Kolbenstirnwänden verschraubt und der rohrförmige Körper federnd und radial gehalten ist,

Fig. 2 einen Kolben ähnlich Fig. 1, bei dem der rohrförmige Körper durch axiale Abstützung im Kolben gehalten ist,

Fig. 3 einen neuartigen Kolben, bei dem der Kolbenmantel mit der hinteren Kolbenstirnwand einstückig ausgebildet und mit der vorderen Kolbenstirnwand verschraubt ist, wobei der rohrförmige Körper wiederum radial federnd abgestützt ist und

Fig. 4 einen Kolben ähnlich Fig. 3, jedoch mit axial beweglicher Führung des rohrförmigen Körpers.

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In allen Figuren sind die der Druckgießmaschine zugehörigen Teile strichpunktiert dargestellt, nämlich das vordere Ende einer Kolbenstange 10 mit Außengewinde 12 und zylindrischer Bohrung 14 sowie einem Kühlmittelzufuhrrohr 16/ das über das Vorderende der Kolbenstange 10 vorsteht. Im Inneren des Kühlmittelzufuhrrohres 16 strömt das Kühlwasser in den allgemein mit 18 bezeichneten Kolben. Im Ringraum zwischen Bohrung 14 und Kühlwasserzufuhrrohr 16 fließt das Kühlwasser wieder zurück.

Der Kolben 18 besteht im wesentlichen aus vier Teilen, nämlich einer vorderen Kolbenstirnwand 20, einer hinteren, auf die Kolbenstange 10 aufgeschraubten Kolbenstirnwand 22, einem Kolbenmantel 24 und einem im Kolbeninneren angeordneten rohrförmigen Körper 26. Der Kolbenmantel 24 ist unter Verwendung von Ringdichtungen 28 mit beiden Stirnwänden 20, 22 verschraubt. Zu diesem Zweck weist die vordere Kolbenstirnwand 20 außenseitig einen Innensechskant 30 und die hintere Kolbenstirnwand einen Sechskant 32 auf. Der rohrförmige Körper 26 hat einen, sich aus drei Abschnitten zusammensetzenden Innenraum, nämlich einen von seiner hinteren Stirnfläche ausgehenden konischen Verjüngungsabschnitt 34, einen mittleren zylindrischen Abschnitt 36, in den das Kühlmittelzufuhrrohr 16 hineinpaßt und einen vorderen Erweiterungsabschnitt 38, der die Kühlflüssigkeitsströmung begünstigt*

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Der rohrförmige Körper 26 wird mit Ausnahme des zylindrischen Mittelabschnittes 36 allseitig von Kühlflüssigkeit umströmt. Zu diesem Zweck hat der rohrförmige Körper 26 von der Innenfläche 40 der vorderen Stirnwand 20 wie auch von der Innenfläche 42 der rückseitigen Kolbenstirnwand 22 jeweils einen Abstand, sodaß Strömungs-Radialkammern 44, 46 gebildet werden, die umfangsmäßig nirgendwo unterbrochen sind. Die Innenfläche 40 der vorderen Stirnwand 20 ist in einem Ringbereich gegenüber dem Randbereich und dem Zentralbereich vertieft, wobei die übergänge geometrisch doppelt gekrümmt sind und im Zentralbereich sich eine trompetenförmige Gestalt ergibt. In Verbindung mit dem Erweiterungsabschnitt 38 des rohrförmigen Körpers 26 wird dadurch ein widerstandsarmer und von Toträumen freier Strömungskanal geschaffen, der im Axialschnitt etwa U-förmig verläuft. Wesentlich ist, daß die gesamte Innenfläche 40 der vorderen Kolbenstirnwand 20 mit Kühlflüssigkeit beaufschlagt wird.

Im Kolbenmantel 24 befindet sich eine innere Ringnut 48, in welche drei in gleichen Umfangsabständen verteilte federnde Halteelemente 50 eingreifen, die am Umfang des rohrförmigen Körpers 26 befestigt sind. Diese federnden Halteelemente 50 haben drei Funktionen. Erstens erlauben sie das Einsetzen in die Ringnut

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J ■ Zweitens erlauben sie eine radiale Einstellbarkeit

des rohrförmigen Körpers 26, sodaß bei gewissen Un-

genauigkeiten das Kühlmittelzufuhrrohr 16 unterstützt S
:j durch den Verjüngungsabschnitt 34 leicht in den zylin-

■il drischen Abschnitt 36 einfahren kann, da sich der rohr-

■{ förmige Körper 26 entsprechend radial geringfügig ver-

'r lagern kann.

³ Drittens erlaubt die federnde Aufhängung des rohrför

migen Körpers eine axiale Beweglichkeit, die durch die

\ Federeigenschaften der Halteelemente 50 begrenzt wird.

Dadurch kann sich der rohrförmige Körper 26 entsprechend

den herrschenden Druckverhältnissen in der Zulaufkammer 44 und in der Rücklaufkammer 46 selbsttätig optimal einstellen, sodaß der geringstmögliche Strömungswiderj stand erreicht und ein maximaler Kühlwasserdurchfluß

erzielt wird. Die schmalen Halteelemente 50 behindern

}& den Strömungsquerschnitt im Bereich des zwischen KoI-

'■" benmantel 24 und rohrförmigen Körper 26 gebildeten

Ringraum 52 praktisch nicht.

„ Fig. 2 veranschaulicht eine Abwandlung und. es werden

j nur die mit Bezug auf Fig. 1 unterschiedlichen Merk-

Li male erläutert. Die vordere Kolbenstirnwand 20 hat

im Bereich der ringförmigen Vertiefung mehrere, z.B. mindestens drei radial verlaufende Kühlrippen 54 und der Kolbenmantel 24 hat innenseitig ebenfalls allerdings axial verlaufende Kühlrippen 56. Statt der radialen

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Halfceelemente 50 sind axiale Haiteelemente 50" vorgesehen, die im Ausführungsbeispiel aus Druckfedern bestehen, die jeweils einen in den rohrförmigen Körper 26 an dessen hinterer Stirnfläche eingesetzten Bolzen umgreifen. Mindestens drei solcher Halteelemente 50' sind vorgesehen und stützen sich an der Innenfläche der hinteren Stirnwand 22 gerade innerhalb eines topfförmigen Randes 58 der hinteren Stirnwand 22 ab, sodaß das hintere Ende des rohrförmigen Körpers 26 auch radial geführt ist. Das vordere Ende des rohrförmigen Körpers 26 greift in Vertiefungen 60 ein, die jeweils in den Rippen 54 vorgesehen sind, sodaß auch hier eine radiale Führung des rohrförmigen Körpers gewährleistet ist. Die Federn der Halteelemente 50' sichern das Eingreifen des rohrförmigen Körpers in die Nuten 60. Nachdem der Kolben 18' gemäß Fig. 2 an der Kolbenstange montiert ist, kann sich der rohrförmige Körper 26 gegen die Federwirkung axial verschieben und selbst einstellen, wobei seine Führung durch das Kühlwasserzufuhrrohr 16 übernommen wird.

Fig. 3 zeigt einen Kolben 18", bei dem der Kolbenmantel 24 mit der hinteren Kolbenstirnwand 22 aus einem Stück besteht. Die vordere Kolbenstirnwand 20 ist mit dem Mantel 24 verschraubt. Der Mantel 24 ist dickwandiger als bei den vorbeschriebensn Ausführungen und kann innerhalb einer Durchmesserreihe entsprechend der strich-

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punktierten Linien auf das gewünschte Maß abgedreht werden. Die Lagerung des rohrförmigen Körpers 26 mittels Halteelementen 50 entspricht der Ausführung gemäß Fig. 1.

Fig. 4 zeigt einen Kolben 18"', der bezüglich der einteiligen Ausbildung von Mantel und rückwärtiger Kolbenwand genau wie in Fig. 3 ausgebildet ist, bei dem aber die Lagerung des rohrförmigen Körpers 26 derjenigen gemäß Fig. 2 entspricht. Es fehlt nämlich jegliche Radialabstützung des rohrförmigen Körpers 26, vielmehr ist eine Axialführung vorgesehen, die hier aus drei Axialstiften 50" besteht, die von der hinteren Stirnseite des rohrförmigen Körpers 26 vorstehen und wiederum einen Umfangsabstand von 120° haben und die jeweils in eine Axialbohrung 62 verschiebbar eingreifen, die in der rückwärtigen Kolbenstirnwand 22 angeordnet ist. Die Axialbohrungen 62 sind lang genug, sodaß sich die Stifte 50" in ihnen axial verschieben können. Der rohrförmige Körper 26 ist daher zwischen Anschlägen axial verschiebbar. Diese Anschläge werden auf der einen Seite durch die Ausnahmung 60 in den Rippen 54 und auf der anderen Seite durch die Enden der Bohrungen 62 bestimmt. Der rohrförmige Körper 26 sucht sich im Betrieb wiederum aufgrund des hydraulischen Gleichgewichtes die optimale Arbeitsstellung.

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Es versteht sich, daß die in den einzelnen Ausführungen dargestellten federnden Halteelemente nicht notwendigerweise Schraubenfedern aufweisen müssen, sondern beispielsweise aus Blattfedern oder Federstäben bestehen können.

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Claims (12)

DIPL.-INQ. H, J. HÜBNER D-896 Kempten, Mozartsir. 21, Ruf 0831/23291 PANSPRÜCHE

1. Kolben für Druckgießmaschine!!, welcher eine hohle Kolbenstange und ein darin mit Radialabstand angeordnetes gegenüber dieser axial vorstehendes KühJ.mittelzufuhrrohr aufweisen, wobei der Kolben mit der Kolbenstange verschraubt ist und das Kühlmittelzufuhrrohr einen rohrförmigen Körper durchsetzt, welcher mit dem Kolbenmantel einen Ringraura begrenzt, der benachbart der beiden Kolbenmantelenden über Radialkanäle einmal mit der Stirnöffnung des Kühlmittelzufuhrrohres und zum anderen mit dem zwischen Kühlmittelzufuhrrohr und Kolbenstange gebadeten Rückflußkanal kommuniziert, dadurch gekennzeichnet, daß der rohrförmige Körper (26) als ein von der vorderen Kolbenstirnwand (20) unabhängiges Bauteil ausgebildet und innerhalb des Kolbens (18, 18', 18", 18'") unter Bildung von sich im wesentlichen über den gesamten Umfang erstreckenden Komnvunikationskammern (44, 46) im Abstand von der vor-

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deren (20) und der hinteren (22) Kolbenstirnwand gehaltert ist.

2. Kolben nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der rohrförmige Körper (26) mittels mindestens drei radial und mit gleichen Umfangsabständen angeordneter Halteelemente (50) am Umfangsmantel (24) abgestützt ist,

3. Kolben nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daS der Kolbemnantel (24) eine innere Ringnut (48) oder Sacklöcher aufv;aist, in die die Halteelemente (50) eingreifen.

4. Kolben nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der rohrförmige Körper (26) mittels an seiner hinteren Stirnfläche angreifender Halteelemente (50', 50") an der hinteren Kolbenstirnwand (22) abgestützt ist.

5. Kolben nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenfläche (40) der vorderen Kolbenstirnwand (20) radial verlaufende Rippen (54) aufweist.

6. Kolben nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der rohrförmige Körper (26) an den Rippen (54) anliegt.

7. Kolben nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der rohrförmige Körper (26) in einem vorgegebenen Bereich axial beweglich gelagert ist.

8. Kolben nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Halteelemente (50, 50") federnd ausgebildet sind.

9. Kolben nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Innenraum des rohrförmigen Körpers (26) einen mittleren zylindrischen Abschnitt (36) zum Eintritt des Kühlmittelzufuhrrohres (16) hat und daß sich der hintere Abschnitt (34) des Innenraums zur hinteren Stirnfläche hin erweitert.

10. Kolben nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß sich der Innenraum des rohrförmigen Körpers (26) in einem vorderen Bereich (38) zur vorderen Stirnfläche hin erweitert.

11. Kolben nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, däß der zentrale Bereich der Innen" fläche (40) der vorderen Stirnwand (20) trompetenartig ausgebildet ist und im Bereich der Kolbenlängsachse weiter nach hinten reicht als in. den Nachbarbereichen.

12. Kolben nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die vordere Kolbenstirnwand (20) mit dem Kclbenmantel (24) verschraubt ist.