EP1943038B1

EP1943038B1 - Mehrteiliger kolben für eine kaltkammer-giessmaschine

Info

Publication number: EP1943038B1
Application number: EP06806194A
Authority: EP
Inventors: André Müller; Frédéric MÜLLER
Original assignee: Allper AG
Current assignee: Allper AG
Priority date: 2005-10-12
Filing date: 2006-10-11
Publication date: 2010-01-06
Anticipated expiration: 2026-10-11
Also published as: DK1943038T3; ES2339054T3; HK1125892A1; WO2007042282A2; CA2625099C; KR101334382B1; PL1943038T3; WO2007042282A3; CN101287563A; CN101287563B; DE102005048717A1; ATE454233T1; JP2009511275A; JP5001284B2; US8136574B2; CA2625099A1; DE502006005883D1; US20090139683A1; KR20080059642A; EP1943038A2

Description

Die Erfindung betrifft einen mehrteiligen Kolben zur Befestigung am hochdruckseitigen Endbereich einer axial in einem Gießzylinder einer Kaltkammer-Gießmaschine verschiebbaren Kolbenstange.
Die üblicherweise gekühlten Kolben von Kaltkammer-Gießmaschinen unterliegen im Betrieb relativ hohem Verschleiß. Das Auswechseln der Kolben oder der Verschleißteile des Kolbens geht zu Lasten der Produktivität der Gießmaschine. Das Auswechseln verschlissener Kolben dauert vergleichsweise lang und vielfach sind Spezialwerkzeuge erforderlich, insbesondere da sich Komponenten des Kolbens und der Kolbenstange im Betrieb verklemmen oder verbacken und vielfach nur mit Gewalt gelöst werden können.
Um das Auswechseln der Kolben zu erleichtern, ist es aus US 5 233 912 A bekannt den generell kappenförmigen Kolben mittels einer spielbehafteten Bajonettverbindung an dem auch die Kühlflüssigkeit zur Kolbenkühlung zuführenden Kolbenträger axial zu fixieren. Die Bajonettverbindung erleichtert das Wechseln des Kolbens.
Aus WO 03/0 74 211 A und WO 2004/110 679 A ist es ferner bekannt, den Kolben mehrteilig aufzubauen. Hierzu ist ein hochdruckseitig eine Kolbenstirnwand bildender Kolbendeckel mit einem niederdruckseitig an den Kolbendeckel anschließenden Kolbenkörper in Form einer den Kolbenträger der Kolbenstange umschließenden Buchse zu verschrauben. Die Gestaltung erlaubt es den Kolbendeckel aus einem anderen Material als den Kolbenkörper herzustellen, um unterschiedliche Wärmeleitbedingungen an der Kolbenstirnwand einerseits und dem Kolbenkörper andererseits zu realisieren. Die Teilbarkeit des Kolbens erleichtert ferner das Wechseln von Verschleißringen des Kolbens, sofern diese axial mit der Teilungsebene des Kolbens überlappen. Es hat sich jedoch gezeigt, dass die Schraubverbindung zwischen dem Kolbendeckel und dem Kolbenkörper im Gießbetrieb zum Verschleißen neigt und Verklemmen und Festbacken nicht ausgeschlossen werden kann.
Es ist Aufgabe der Erfindung einen mehrteiligen Kolben für eine Kaltkammer-Gießmaschine zu schaffen, der im Verschleißfall als Ganzes oder zumindest in Teilen leicht ausgewechselt werden kann.
Die Erfindung geht aus von einem mehrteiligen Kolben zur Befestigung am hochdruckseitigen Endbereich einer axial in einen Gießzylinder einer Kaltkammer-Gießmaschine verschiebbaren Kolbenstange und umfasst:

einen hochdruckseitig eine Kolbenstirnwand bildenden Kolbendeckel,
einen niederdruckseitig an den Kolbendeckel anschließenden Kolbenkörper in Form einer den Endbereich der Kolbenstange umschließenden Buchse und
Befestigungsorgane für die lösbare axiale Fixierung des Kolbendeckels und des Kolbenkörpers relativ zur Kolbenstange.

Die vorangegangen erläuterte Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Befestigungsorgane den Kolbendeckel für sich an dem Endbereich der Kolbenstange axial fixierende Bajonettverriegelungsorgane umfassen.
Eine solche Bajonettverbindung überträgt auf den Kolbendeckel wirkende Zugkräfte beim Zurückziehen der Kolbenstange aus dem Gießzylinder unmittelbar auf den Endbereich der Kolbenstange. Dies mindert die Gefahr, dass es Probleme beim Austauschen von Verschleißteilen gibt. Darüber hinaus wird die Konstruktion und die Herstellung des Kolbens vereinfacht. Insbesondere kann die den Kolbenkörper bildende Buchse einfacher als bei herkömmlichen mehrteiligen Kolben hergestellt werden.
Ein wesentlicher Vorteil ergibt sich auch für Kolben mit großem Kolbendurchmesser. Da der Endbereich des Kolbenträgers üblicherweise aus einem zähen Material besteht, kann es zu Vibrationsproblemen beim Fräsen der kolbenstangenseitigen Bajonettverriegelungsorgane kommen, wenn diese, wie herkömmlich üblich, in vergleichsweise großem Abstand von dem Stirnende angeordnet sind. Herkömmliche Kolben mit großem Durchmesser mussten deshalb bezogen auf den Durchmesser axial vergleichsweise kurz bemessen werden, was zu Dichtungsproblemen und Kühlproblemen führen kann. Der erfindungsgemäße Kolben lässt sich auch für relativ große Kolbendurchmesser mit einem Verhältnis axialer Länge zu Kolbendurchmesser zwischen 0,8 und 1 herstellen, wie es sich für Kolben mit vergleichsweise kleinem Durchmesser als günstig herausgestellt hat.
In einer bevorzugten Ausgestaltung ist vorgesehen, dass die Bajonettverriegelungsorgane den Kolbendeckel mit axialem Spiel an dem Enbereich der Kolbenstange fixieren, derart, dass die Kolbenstirnwand in axialen Anlagekontakt zur axialen Stirnfläche des Endbereichs der Kolbenstange bringbar und von dieser axial abhebbar ist. Die Kolbenstirnwand kann sich damit im Betrieb am Endbereich der Kolbenstange flächig abstützen und die beim Gießen auftretenden Druckkräfte flächig in die Kolbenstange ableiten. Die Kolbenstirnwand kann deshalb vergleichsweise dünn bemessen werden, was die Kühlung des Kolbens erleichtert. Auf Grund des axialen Spiels kann der Kolben dennoch problemlos demontiert werden.
Die Bajonettverriegelungsorgane sind zweckmäßigerweise nahe der axialen Stirnfläche des Endbereichs der Kolbenstange angeordnet, beispielsweise derart, dass die Bajonettverriegelungsorgane mehrere Paare einander zugeordneter Verriegelungsvorsprünge an dem Kolbendeckel und dem Endbereich der Kolbenstange aufweisen, wobei zumindest die an dem Endbereich der Kolbenstange vorgesehenen Verriegelungsvorsprünge zur Hochdruckseite hin axial vor dem Kolbenkörper angeordnet sind. Die dem Kolbendeckel zugeordneten Verriegelungsvorsprünge können gegebenenfalls mit dem Kolbenkörper axial überlappen und zur radialen Zentrierung des Kolbenkörpers an dem Kolbendeckel ausgenutzt werden.
Der Kolben wird im Betrieb zweckmäßigerweise durch eine Kühlflüssigkeit gekühlt, die über Anschlusskanäle der Kolbenstange und ihres Endbereichs zu- und abgeführt wird. In einer bevorzugten Ausgestaltung sind zwischen der Kolbenstirnwand des Kolbendeckels und der Stirnfläche des Endbereichs der Kolbenstange sowie der inneren Umfangsfläche des Kolbenkörpers und der äußeren Umfangsfläche des Endbereichs der Kolbenstange Kühlmittelkanäle gebildet, die über in Umfangsrichtung zwischen Bajonettverriegelungsorganen gelegene Zwischenräume miteinander verbunden sind. Auf diese Weise können die im verriegelten Zustand der Bajonettverbindung ohnehin vorhandenen Durchlässe bzw. Zwischenräume für die Führung des Kühlmittels ausgenutzt werden. Die Anschlusskanäle münden zweckmäßigerweise im Zentrum der Stirnfläche des Endbereichs der Kolbenstange und im Bereich des niederdruckseitigen Endes des Kolbenkörpers. Auf diese Weise ist es möglich, anders als bei herkömmlichen Kolben im Wesentlichen den gesamten Kolben in Kontakt mit dem Kühlmittel zu bringen.
Eine weitere Verbesserung wird erreicht, wenn der Endbereich der Kolbenstange im Bereich der axialen Überdeckung durch den Kolbenkörper durch Stützstege voneinander getrennte Nutbereiche aufweist, die die Kühlmittelkanäle bilden. Der Kolbenkörper kann sich an den Stützstegen radial abstützen. Zweckmäßigerweise erstrecken sich die Nutbereiche im Wesentlichen in Umfangsrichtung des Endbereichs der Kolbenstange. Die Nutbereiche können in achsnormalen Ebenen verlaufen oder aber als eingängige oder mehrgängige, schraubenlinienförmige Nuten ausgebildet sein.
Die den Kolbenkörper bildende Buchse kann mit dem Kolbendeckel über Befestigungsorgane zu einer Baueinheit verbunden sein, aber auch lediglich zwischen Anschlagflächen für sich genommen axial fixiert sein. Unabhängig davon, ob der Kolbenkörper und der Kolbendeckel eine für sich handhabbare Baueinheit bilden, kann in dem Endbereich der Kolbenstange wenigstens ein Anschlagelement für die Fixierung des Kolbenkörpers in axialer Richtung oder/und in Umfangsrichtung vorgesehen sein das Anschlagelement ist bevorzugt abnehmbar an dem Endbereich der Kolbenstange befestigt, beispielsweise mittels einer radial zum Endbereich verlaufenden Schraube angeschraubt sein. Bevorzugt greift das Anschlagelement in eine in Umfangsrichtung beidseitig begrenzte Aussparung an dem niederdruckseitigen axialen Ende des Kolbenkörpers ein und sorgt so zugleich für eine Verdrehsicherung des Kolbenkörpers relativ zur Kolbenstange. Es versteht sich, dass aus Symmetriegründen bevorzugt mehrere solcher Anschlagelemente in Umfangsrichtung verteilt vorgesehen sind.
In einer bevorzugten Ausgeetaltung ist vorgesehen, dass das Anschlagelement eine nach radial außen schräg zur Kolbenstirnwand hin geneigte Anschlagfläche aufweist, die an einer gleichsinnig geneigten Gegenfläche des Kolbenkörpers anliegt. Das Schrägstellen der Anschlagflächen mindert die Gefahr des Festbackens und erleichtert die Demontage gebrauchter Kolben.
Die Mehrteiligkeit des Kolbens erlaubt es den Kolbendeckel und den Kolbenkörper aus unterschiedlichen Materialien herzustellen, um so die einzelnen Komponenten des Kolbens ihrem jeweiligen Funktionszweck besser anpassen zu können. Darüber hinaus erlaubt die Mehrteiligkeit des Kolbens die Konstruktion leichter als bisher auswechselbarer Verschleißteile. So kann der Kolbendeckel auf seiner äußeren Umfangsfläche in einer zur Niederdruckseite hin offenen Ringaussparung einen geschlitzten, radial federnden Verschleißring tragen, der von einem auf seiner Niederdruckseite an dem Kolbendeckel axial fixierten Schnappring axial fixiert ist. Der Schnappring kann auch zur Fixierung eines den Kolbenkörper umschließenden Verschleißrings bzw. einer solchen Buchse ausgenutzt werden, selbst wenn beide Verschleißringe geschlitzt sind und radial federnd sich an den Gießzylinder anlegen.
Auf der äußeren Umfangsfläche des Kolbendeckels kann aber auch ein geschlossener Verschleißring im Pressitz aufgeschrumpft werden. Auch ein solcher Verschleißring kann gewechselt werden, indem er hierzu axial aufgeschnitten wird. Es versteht sich, dass auch mehrere Verschleißringe axial nebeneinander aufgeschrumpft werden können, so dass auch Verschleißringe aus unterschiedlichen Materialien eng nebeneinander eingesetzt werden können.
Es versteht sich, dass die äußere Umfangsfläche des Kolbendeckels oder/und des Kolbenkörpers als solche dem inneren Durchmesser des Gießzylinders angepasst sein können, so dass der Kolbendeckel bzw. der Kolbenkörper für sich genommen als Verschleißteile dienen.
Alternativ könnte der Kolbendeckel auf seiner äußeren Umfangsfläche in einer zur Hochdruckseite hin offenen Ringaussparung einen geschlitzten Verschleißring tragen, der im Bereich seines niederdruckseitigen axialen Endes einen nach radial innen abstehenden Ringvorsprung aufweist, welcher in eine Ringnut am Außenumfang des Kolbendeckels oder am Außenumfang eines den Kolbenkörper umschließenden Verschleißrings eingreift. Während die erste genannte Variante auch bei herkömmlichen Kolben, wie sie zum Beispiel aus WO 2004/110 679 A bekannt sind, einsetzbar ist, verbessert die zweite Variante die Abdichtung der Trennfuge zwischen dem Kolbendeckel und dem Kolbenkörper, insbesondere dann, wenn der den Kolbenkörper umschließende Verschleißring den Kolbendeckel axial teilweise überlappt.
In an sich bekannter Weise kann der Kolbendeckel auch auf seiner äußeren Umfangsfläche in einer durch radial abstehende Vorsprünge zur Hochdruckseite hin axial begrenzten Ringaussparung einen Verschleißring tragen, wobei der Kolbendeckel in Umfangsrichtung zwischen den Vorsprüngen in die Aussparung mündende Durchlässe aufweist. Beim Gießvorgang kann durch diese Durchlässe Schmelze in die Ringaussparung eintreten und die Dichtwirkung erhöhen.
Es versteht sich, dass der Endbereich der Kolbenstange in an sich bekannter Weise als abnehmbar an der Kolbenstange gehaltener Kolbenträger ausgebildet sein kann, um die Herstellung der Kolbenstange zu vereinfachen und das Anbringen unterschiedlicher Kolben zu erlauben.
Im Folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung an Hand einer Zeichnung näher erläutert. Hierbei zeigt:

Fig. 1: eine Explosionsdarstellung eines mehrteiligen Kolbens gemäß der Erfindung mit zugehörigem, den Endbereich der Kolbenstange bildenden Kolbenträger;
Fig. 2: einen Axiallängsschnitt durch den Kolben;
Fig. 3: eine Radialansicht einer Verschleißbuchse des-Kolbens;
Fig. 4: eine Radialansicht eines Anschlagelements des Kolbenträgers;
Fig 5: einen halben Axiallängsschnitt durch eine erste Variante des Kolbens;
Fig 6: eine Stirnansicht des Kolbens, gesehen in Richtung eines Pfeils VI in Fig. 5;
Fig. 7 bis 10: halbe Axiallängsschnitte durch 2. - 5. Varianten des Kolbens;
Fig. 11: eine 6. Variante des Kolbens teilweise im Axiallängsschnitt.

Die Figuren 1 und 2 zeigen einen in nachfolgend noch näher erläuterter Weise gekühlten, kappenförmigen Kolben 1 einer Kaltkammer-Gießmaschine für Metalle, beispielsweise Aluminiumlegierungen. Der Kolben 1 umschließt einen Kolbenträger 3, der seinerseits den Endbereich einer bei 5 angedeuteten Kolbenstange bildet und auf diese beispielsweise aufgeschraubt ist. Mittels eines Antriebs der Kolbenstange 5 wird der Kolben 1 in einem bei 7 angedeuteten Gießzylinder der Kaltkammer-Gießmaschine in an sich bekannter Weise verschoben.
Der Kolben 1 ist mehrteilig ausgebildet und umfasst einen Kolbendeckel 9, der auf der Hochdruckseite des Kolbens 1 eine flächig an einer achsnormalen Stirnfläche 11 des Kolbenträgers 3 anliegende Kolbenstirnwand 13 bildet. Zur Niederdruckseite hin schließt sich an den die Stirnfläche 11 übergreifenden Kolbendeckel 9 ein als Buchse ausgebildeter Kolbenkörper 15 an, der hochdruckseitig an einer Ringschulter 17 des Kolbendeckels 9 und niederdruckseitig an einer Ringschulter 19 des Kolbenträgers 3 radial zentriert und flüssigkeitsdicht abgedichtet ist. Den Kolbenkörper 15 durchdringen in axialen Bohrungen 21 mehrere gegeneinander winkelversetzte Schrauben 23, die von der Niederdruckseite her in den Kolbendeckel 9 geschraubt sind und den Kolbenkörper 15 zu einer Baueinheit mit dem Kolbendeckel 9 vereinigen.
Die aus dem Kolbendeckel 9 und dem Kolbenkörper 15 bestehende Baueinheit des Kolbens 1 wird durch einander zugeordnete Paare von Bajonettverriegelungsorganen 25, 27, die in Umfangsrichtung jeweils versetzt an dem Kolbenträger 3 bzw. dem Kolbendeckel 9 angeformt sind, axial aneinander befestigt. Die Bajonettverriegelungsorgane 25, 27 lassen zwischen sich Durchlässe 29 bzw. 31 frei, durch die die Bajonettverriegelungsorgane 25, 27 aneinander axial vorbeigesteckt werden können, bevor sie durch Verdrehen des Kolbendeckels 9 relativ zum Kolbenträger 3 miteinander axial verriegelt werden. Wie am besten Figur 2 zeigt, verbleibt zwischen den Bajonettverriegelungsorganen 25, 27 im verriegelten Zustand ein axiales Spiel 33, das es einerseits ermöglicht, dass die Kolbenstirnwand 13 sich an der Stirnfläche 11 abstützt und zum anderen ein Verbacken verhindert. Da der Kolbendeckel 9 unmittelbar an dem Kolbenträger 3 abgestützt ist, werden die beim Zurückziehen der Kolbenstange 5 in Richtung der Niederdruckseite auf den Kolbendeckel 9 wirkenden Kräfte unmittelbar in den Kolbenträger 3 eingeleitet. Desgleichen stützt sich auch der Kolbenkörper 15 bei der Rückzugbewegung unmittelbar an dem Kolbendeckel 9 ab, ohne dass Kräfte über die Befestigungsschrauben 23 geleitet werden müssen. Bei der Bewegung der Kolbenstange 5 zur Hochdruckseite hin werden die auf die Kolbenstirnwand 13 wirkenden Kräfte wiederum unmittelbar von der Stirnfläche 11 des Kolbenträgers 3 aufgenommen.
Auf der Niederdruckseite des Kolbenkörpers 15 sitzen in jeweils zugeordneten Einsenkungen 35 des Kolbensträgers 3 in Umfangsrichtung verteilt mehrere Anschlagelemente 37, die mit radial lösbaren Schrauben 39 an dem Kolbenträger 3 gehalten sind. Jedes der Anschlagelemente 37 greift hierbei in eine Aussparung 41 an der niederdruckseitigen Stirnseite 43 des Kolbenkörpers 15 und fixiert formschlüssig den Kolbenkörper 15 und damit auch den Kolbendeckel 9 drehfest an dem Kolbenträger 3.
Um zu verhindern, dass die Anschlagelemente 37 im Gießbetrieb an dem Kolbenkörper 15 festbacken und nur schwer gelöst werden können, verläuft die dem Kolbenkörper 15 axial zugewandte Anschlagfläche 45 jedes Anschlagelements nach radial außen schräg zur Hochdruckseite hin geneigt. Die schräge Anschlagfläche 45 liegt an einer gleichsinnig verlaufenden, durch den Boden der Aussparung 41 gebildeten Gegenanschlagfläche 47 an. Das Anschlagelement 37 hat damit die Form eines nach radial innen sich verjüngenden Keils, der sich für das Lösen des Kolbens 1 von dem Kolbenträger 3 problemlos aus den Aussparungen 35, 41 herausziehen lässt.
Der Kolben 1 trägt an seinem Außenumfang geschlitzte, radial federnd sich aufspreitzende Verschleißringe 49, 51. Der hochdruckseitige Verschleißring 49 sitzt in einer zur Hochdruckseite hin offenen, ringförmigen Aussparung 53 am Außenumfang des Kolbendeckels 9 und hat eine innere Umfangsnut 55 in die ein nach radial außen abstehender Ringbund 57 des Kolbendeckels 9 eingreift. Die Umfangsnut 55 hintergreift den Ringbund 57 mit einem radial nach innen ragenden Ringvorsprung 59. Der niederdruckseitige Verschleißring 51 hat die Form einer Buchse und wird von einer zur Hochdruckseite hin offenen Aussparung 61 des Kolbenkörpers 15 aufgenommen. Zur axialen Fixierung stützt sich der Verschleißring 51 zur Hochdruckseite hin an dem Kolbendeckel 9 ab.
Die Verschleißringe 49, 51 sind geschlitzt, wobei ihre Schlitzränder 63, wie Figur 3 zeigt, mehrere Stufen mit in Umfangsrichtung verlaufenden, aneinander anliegenden Stufenflächen 65 bilden. Der hochdruckseitige Verschleißring 49 hat gleichfalls eine in Figur 1 erkennbare Stufe 65' der erläuterten Art.
Die Kühlflüssigkeit für die Kühlung des Kolbens 1 wird über die Kolbenstange 5 und einen zentralen Kanal 67 des Kolbenträgers 3 bis an die Stirnfläche 11 herangeführt. In der Stirnfläche 11 sind radiale Kanäle 69 eingearbeitet, in welchen die Kühlflüssigkeit in Kontakt mit der Kolbenstirnwand 13 steht. Über die im Betrieb miteinander fluchtenden Durchlässe 29, 31 der Bajonettverbindung strömt die Kühlflüssigkeit am Außenumfang des Kolbenträgers 3 bis in den Bereich des niederdruckseitigen Endes des Kolbenkörpers 15, wo radiale Kanäle 71 des Kolbenträgers 3 die Kühlflüssigkeit einem zentralen Ringkanal 73 des Kolbenträgers 3 bzw. der Kolbenstange 5 zuführen. Zwischen den Durchlässen 29, 31 und den Kanälen 71 ist der Kolbenträger 3 an seinem Außenumfang mit einer ein- oder mehrgängigen schraubenlinienförmigen Nut 75 versehen, deren Windungen durch Stützstege 77 voneinander getrennt sind. Der Kolbenkörper 15 stützt sich an den Stützstegen 77 radial ab. Die Nuten 75 bilden Kühlmittelkanäle, über die die Kühlflüssigkeit in Wärmetauschkontakt mit dem Kolbenkörper 15 treten kann. An Stelle der schraubenförmigen Nut 75 können auch eine Vielzahl zueinander paralleler Umfangsnuten vorgesehen sein, soweit diese durch axiale Kanäle untereinander verbunden sind. Es versteht sich, dass statt der im Wesentlichen in Umfangsrichtung verlaufenden Nuten 75 auch nur axial verlaufende Nuten vorgesehen sein können.
Im Folgenden werden Varianten der an Hand der Figuren 1 bis 4 erläuterten Kolbenkonstruktion beschrieben. Gleich wirkende Komponenten sind mit den Bezugszahlen der Figuren 1 bis 4 bezeichnet und zur Unterscheidung mit einem Buchstaben versehen. Zur Erläuterung des Aufbaus und der Wirkungsweise wie auch zur Erläuterung eventueller Varianten wird jeweils auf die gesamte vorangegangene Beschreibung Bezug genommen.
Die Figuren 5 und 6 zeigen eine erste Variante eines Kolbens 1a an dem die Komponenten und Merkmale 3 bis 51 und 61 bis 77 des Kolbens 1 der Figuren 1 bis 4 gleichfalls verwirklicht sind. Im Unterschied zum Kolben 1 sitzt der hochdruckseitige, wiederum geschlitzte Verschleißring 49a in einer zur Niederdruckseite hin offenen Aussparung 79 am Umfang des Kolbendeckels 9a und ist zur Hochdruckseite hin durch radiale Vorsprünge 81 axial fixiert. Zur Niederdruckseite hin sorgt ein in eine Ringaussparung des Kolbendeckels 9a eingeschnappter Federring 83 für die axiale Fixierung. Der Federring 83 übernimmt auch die axiale Fixierung des in der Aussparung 61a am Außenumfang des Kolbenkörpers 15a sitzenden, als geschlitzte Buchse ausgebildeten Verschleißrings 51a.
In Umfangsrichtung zwischen den radialen Vorsprüngen 81 sind Durchlässe 85 vorgesehen, durch die im Betrieb Schmelze bis in die Aussparung 79 eintreten kann, wo sie die federnde Aufspreizung des Verschleißrings 49a unterstützt. Es wird insoweit auch auf WO 2004/110 679 A1 Bezug genommen.
Der Kolben 1a der Figuren 5 und 6 umfasst, selbst wenn dies im Einzelnen nicht erläutert sein sollte, die Komponenten 3 bis 51 und 61 bis 77 des Kolbens 1 der Figuren 1 bis 4.
Figur 7 zeigt einen Kolben 1b, der sich von dem Kolben 1a der Figuren 5 und 6 dadurch unterscheidet, dass der hochdruckseitige Verschleißring 49b als geschlossener Ring ausgebildet ist und im Presssitz auf die zur Niederdruckseite hin offene Aussparung am Außenumfang des Kolbendeckels 9b aufgeschrumpft ist. Der niederdruckseitige Verschleißring 51 b ist axial zwischen dem hochdruckseitigen Verschleißring 49b und einer niederdruckseitigen Schulter der Aussparung 61 b des Kolbenkörpers 15b axial fixiert. Der Verschleißring 51 b ist als geschlitzte Buchse ähnlich dem Verschleißring der Figur 3 ausgebildet. Anders als bei dem Kolben 1a der Figuren 5 und 6 ist der an der Kolbenstirn vorgesehene radiale Vorsprung 81b in Umfangsrichtung geschlossen. Sein Außendurchmesser ist jedoch kleiner als der Außendurchmesser des Verschleißrings 49b. Über die erläuterten Komponenten hinaus umfasst der Kolben 1 b die Komponenten 3 bis 51 und 61 bis 77 des Kolbens 1 der Figuren 1 bis 4.
Der Verschleißring 49b kann, wie dies bei 49b' und 49b" angedeutet ist auch aus mehreren axial direkt nebeneinander angeordneten, in der Aussparung 79b auf den Kolbendeckel 9b aufgeschrumpften Verschleißringelementen zusammengesetzt sein. Die Mehrteiligkeit des Verschleißrings erleichtert das Aufsetzen und Abnehmen. Darüber hinaus können die Ringelemente 49b' und 49b" aus unterschiedlichen Materialien bestehen. Zum Beispiel kann das hochdruckseitige Ringelement 49b' aus einem verschleißfesteren Material als das Ringelement 49b" hergestellt sein und/oder das Ringelement 49b" kann gleitgünstigere Eigenschaften haben als das Ringelement 49b'.
Der in Figur 8 dargestellte Kolben 1c ist eine Variante des Kolbens 1 der Figuren 1 bis 4 und unterscheidet sich von diesem Kolben im Wesentlichen nur dadurch, dass der hochdruckseitige Verschleißring 49c den niederdruckseitigen Verschleißring 51c axial überlappt, wobei in die innere Ringnut 55c des Verschleißrings 49c nicht nur der Ringvorsprung 57c des Kolbendeckels 9c eingreift, sondern auch ein am hochdruckseitigen Ende des Verschleißrings 51c vorgesehener Ringvorsprung 87. Beide Verschleißringe 49c und 51c sind wiederum als geschlitzte Ringe ausgebildet, wobei der buchsenförmige Verschleißring 51 c axial mit dem Kolbendeckel 9c überlappt und von dem Vorsprung 57c axial fixiert wird. Die Überlappung der Verschleißringe 49c, 51c erhöht die Dichtwirkung des Kolbens 1 c. Über die vorstehend erläuterten Komponenten des Kolbens 1 c hinaus, sind auch die Komponenten 3 bis 77 des Kolbens 1 der Figuren 1 bis 4 vorhanden.
Der in Figur 9 dargestellte Kolben 1d ist eine weitere Variante des Kolbens 1 der Figuren 1 bis 4 und unterscheidet sich von diesem Kolben im Wesentlichen nur dadurch, dass der Kolbenkörper 15d keinen zusätzlichen Verschleißring trägt, sondern selbst als Verschleißteil ausgebildet ist. Der Außendurchmesser des Kolbenkörpers 15d ist dem inneren Durchmesser des Gießzylinders eng angepasst. Soweit nicht extra erläutert, sind die Komponenten 3 bis 49 und 76 bis 77 des Kolbens 1 der Figuren 1 bis 4 vorhanden. Der Kolbendeckel 9d erstreckt sich zur Niederdruckseite hin über den Verschleißring 49d axial hinaus und ist auf der Niederdruckseite -des Verschleißrings 49d mit einer unmittelbar an diesen anschließenden Ringaussparung 89 versehen, in der am Verschleißring 49d zur Niederdruckseite hin vorbeigetretene Metallschmelze sammeln und erstarren kann. Die Metallreste können auf diese Weise aus dem Gießzylinder entfernt werden, wenn sich der Kolben 1d in seiner hinteren Endstellung und damit im Wesentlichen außerhalb des Gießzylinders befindet.
Figur 10 zeigt eine weitere Variante des Kolbens 1 der Figuren 1 bis 4. Der in Figur 10 gezeigte Kolben 1e unterscheidet sich von dem Kolben 1 im Wesentlichen nur dadurch, dass der Kolbendeckel 9e unter Verzicht auf einen an seinem Umfang gehaltenen hochdruckseitigen Verschleißring selbst als Verschleißteil ausgebildet ist. Der Außendurchmesser des Kolbendeckels 9e ist dem inneren Durchmesser des Gießzylinders eng angepasst. Die Komponenten 3 bis 47, 51 und 61 bis 77 des Kolbens 1 sind auch an dem Kolben 1e verwirklicht. Es versteht sich, dass der als Verschleißteil ausgebildete Kolbendeckel auch bei dem Kolben 1d der Figur 9 eingesetzt werden kann. Des Weiteren kann der als Verschleißteil ausgebildete Kolbenkörper 15d des Kolbens 1d aus Figur 9 auch bei den Varianten der Figuren 5 bis 8 vorgesehen sein, wobei bei dem Kolben 1 c der Figur 8 in diesem Fall der hochdruckseitige Verschleißring 49c mit dem Kolbenkörper axial überlappt.
Figur 11 zeigt eine weitere Variante eines Kolbens 1f, der sich von dem Kolben 1d der Figur 9 im Wesentlichen nur dadurch unterscheidet, dass auch am niederdruckseitigen Ende des Kolbenkörpers 15f ein geschlitzter Verschleißring 91 angeordnet ist. Der Verschleißring 91 ist im dargestellten Ausführungsbeispiel identisch zum hochdruckseitigen Verschleißring 49f, jedoch axial entgegengesetzt eingebaut. Sein Stufenschlitz ist bei 93 erkennbar. Der niederdruckseitige Verschleißring 91 ist radial federnd und damit aufweitbar in einer zur Niederdruckseite des Kolbens und damit zur Kolbenstange 5f hin offenen Aussparung 95 angeordnet und hat im Abstand zu seiner damit im Wesentlichen über die gesamte Höhe freiliegenden, axialen Stirnfläche 97 eine Ringnut 99, in die ein vom Kolbenkörper 15f radial abstehender Ringvorsprung 101 eingreift. Der Ringvorsprung 101 fixiert den Verschleißring 91 radial beweglich an dem Kolbenkörper 15f. Figur 11 zeigt den Kolben. 1f in seiner im Wesentlichen aus dem Gießzylinder 7f herausgezogenen, hinteren Endstellung, in der der hochdruckseitige Verschleißring 49f jedoch noch im kreiszylindrischen Wandbereich des Gießzylinders 7f komprimiert gehalten wird. Der Verschleißring 49f überlappt hierbei im Übrigen mit einem Einführkonus 103 am Ende des Gießzylinders 7f, der das Einführen des außerhalb des Gießzylinders 7f sich aufspreizenden Verschleißrings 49f erleichtert.
Im Bereich des Einführkonus 103 enden ein oder mehrere Zuführkanäle 105, über die der Verschleißring 49f mit einer geringen Menge Schmiermittel benetzt werden kann. Das Schmiermittel verringert die Reibung des Kolbens an der Zylinderwand während des Arbeitshubs. Es versteht sich, dass das Schmiermittel auch anderweitig dem mit dem Einführkonus 103 überlappenden Verschleißring 49f zugeführt werden kann. Bei dem Schmiermittel kann es sich um trockenes aber auch um flüssiges Schmiermittel handeln.
Wird der Kolben 1f während des Arbeitshubs in den Gießzylinder 7f eingeschoben, so bleibt ein Teil des Schmiermittels an dem Einführkonus 103 hängen und wird nachfolgend von dem niederdruckseitigen Verschleißring 91 in den Gießzylinder 7f hinein mitgenommen, nachdem der Verschleißring 91 bei seinem Eintritt in den Gießzylinder 7f mittels des Einführkonus 103 komprimiert wurde. Um dies zu erleichtern, hat der Verschleißring 91 an seiner radial äußeren, hochdruckseitigen Ringkante eine konusförmige Fase 107.
Beim Rückwärtshub zurück in die in Figur 11 dargestellte Endstellung streift der Verschleißring 91 an der Innenwand des Gießzylinders 7f eventuell verbliebene Schmelzereste ab und reinigt so mit jedem Hub den Gießzylinder 7f. Da die Stirnwand 97 des Verschleißrings 91 frei liegt und nicht durch Flächen für die axiale Fixierung des Verschleißrings- 91 überlappt wird, ist die Klemmneigung des Verschleißrings 91 gering.
Es versteht sich, dass der Verschleißring 91 auch bei den vorangegangen erläuterten Varianten des mehrteiligen Kolbens vorgesehen sein kann und zwar auch dann, wenn der Kolbendeckel einteilig mit dem Kolbenkörper verbunden ist und/oder der Kolben keinen hochdruckseitigen Verschleißring hat.
Es versteht sich ferner, dass die an Hand der Figuren 1 bis 8 und 10 erläuterten Verschleißbuchsen 51, 51a - 51 c und 51e gegebenenfalls auch durch zwei oder mehr axial nebeneinander angeordnete, jedoch voneinander getrennte Verschleißringe gebildet sein können. Diese Verschleißringe können ihrerseits geschlitzt, insbesondere gestuft geschlitzt sein oder aber ringförmig geschlossen sein. Soweit die Verschleißringe geschlitzt sind, kann deren radiale Anpresskraft mittels radialer in Sacklöchern des Kolbenkörpers sitzenden Federn, wie z. B. Schraubendruckfedern, erhöht werden.

Claims

Mehrteiliger Kolben zur Befestigung am hochdruckseitigen Endbereich (3) einer axial in einem Gießzylinder (7) einer Kaltkammer-Gießmaschine verschiebbaren Kolbenstange (5), umfassend
- einen hochdruckseitig eine Kolbenstirnwand (13) bildenden Kolbendeckel (9),

- einen niederdruckseitig an den Kolbendeckel (9) anschließenden Kolbenkörper (15) in Form einer den Endbereich (3) der Kolbenstange (5) umschließenden Buchse,

- Befestigungsorgane für die lösbare axiale Fixierung des Kolbendeckels (9) und des Kolbenkörpers (15) relativ zur Kolbenstange (5), dadurch gekennzeichnet, dass
die Befestigungsorgane Bajonettverriegelungsorgane (25, 27) umfassen, die den Kolbendeckel (9) für sich an dem Endbereich (3) der Kolbenstange (5) axial fixieren.
Kolben nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass
die Bajonettverriegelungsorgane (25, 27) den Kolbendeckel (9) mit axialen Spiel an dem Endbereich (3) der Kolbenstange (5) fixieren, derart, dass die Kolbenstirnwand (13) in axialen Anlagekontakt zur axialen Stirnfläche (11) des Endbereichs (3) der Kolbenstange (5) bringbar und von dieser axial abhebbar ist.
Kolben nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass
die Bajonettverriegelungsorgane mehrere Paare einander zugeordneter Verriegelungsvorsprünge (25, 27) an dem Kolbendeckel (9) und dem Endbereich (3) der Kolbenstange (5) aufweisen , wobei zumindest die an dem Endbereich (3) der Kolbenstange (5) vorgesehenen Verriegelungsvorsprünge (25) zur Hochdruckseite hin axial vor dem Kolbenkörper (15) angeordnet sind.
Kolben nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass
zwischen der Kolbenstirnwand (13) des Kolbendeckels (9) und der Stirnfläche (11) des Endbereichs (3) der Kolbenstange (5) sowie der inneren Umfangsfläche des Kolbenkörpers (15) und der äußeren Umfangsfläche des Endbereichs (3) Kühlmittelkanäle (69, 75) gebildet sind, die über in Umfangsrichtung zwischen Bajonettverriegelungsorganen (25, 27) gelegene Zwischenräume (29, 31) miteinander verbunden sind, und dass die Kühlmittelkanäle (69, 75) im Bereich des Zentrums der Stirnfläche (11) des Endbereichs (3) und im Bereich des niederdruckseitigen Endes des Kolbenkörpers (15) mit Anschlusskanälen (67, 71) verbunden sind.
Kolben nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass
der Endbereich (3) der Kolbenstange (5) im Bereich der axialen Überdeckung durch den Kolbenkörper (15) im Wesentlichen in Umfangsrichtung verlaufende durch Stützstege (77) voneinander getrennte Nutbereiche (75), insbesondere im Wesentlichen in Umfangsrichtung des Endbereichs (3) der Kolbenstange (5) verlaufende Nutbereiche aufweist, die die Kühlmittelkanäle bilden.
Kolben nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass
der Endbereich (3) der Kolbenstange (5) wenigstens eine den Endbereich (3) umschließende schraubenförmige Nut (75) aufweist.
Kaltkammer-Gießmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass
der Kolbenkörper (15) mittels einer Ringschulter (17) an dem Kolbendeckel (9) radial zentriert ist.
Kolben nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass
der Kolbenkörper (15) mittels Befestigungsorganen (23) an dem Kolbendeckel (9) befestigt, insbesondere drehfest befestigt, ist und mit diesem eine Baueinheit bildet.
Kolben nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass
an dem Endbereich (3) der Kolbenstange (5) wenigstens ein Anschlagelement (37) für die Fixierung des Kolbenkörpers (15) in axialer Richtung oder/und in Umfangsrichtung vorgesehen ist.
Kolben nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass
das Anschlagelement (37) abnehmbar an dem Endbereich (3) der Kolbenstange (5) befestigt ist.
Kolben nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass
das Anschlagelement (37) eine nach radial außen schräg zur Kolbenstirnwand (13) hin geneigte Anschlagfläche (45) aufweist, die an einer gleichsinnig geneigten Gegenfläche (47) des Kolbenkörpers (1) anliegt.
Kolben nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass
das Anschlagelement (37) in eine in Umfangsrichtung beidseitig begrenzte Aussparung (41) an dem niederdruckseitigen axialen Ende des Kolbenkörpers (15) eingreift.
Kolben nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass
mehrere in Umfangsrichtung verteilte Anschlagelemente (37) mit radial zum Endbereich (3) der Kolbenstange (5) verlaufenden Schrauben (39) jeweils für sich an dem Endbereich (3) angeschraubt sind.
Kolben nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass
der Kolbendeckel (9a) auf seiner äußeren Umfangsfläche in einer zur Niederdruckseite hin offenen Ringaussparung (79) einen geschlitzten, radial federnden Verschleißring (49a) trägt, der von einem auf seiner Niederdruckseite an dem Kolbendeckel (9a) axial fixierten Schnappring (83) axial fixiert ist.
Kolben nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass
auf der äußeren Umfangsfläche des Kolbendeckels (9b) wenigstens ein geschlossener Verschleißring (49b) im Presssitz aufgeschrumpft ist, insbesondere mehrere geschlossene Verschleißringe axial eng nebeneinander im Presssitz aufgeschrumpft sind.
Kolben nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass
die äußere Umfangsfläche des Kolbendeckels (9e) oder/und des Kolbenkörpers (15d) als solche dem Innendurchmesser des Gießzylinders angepasst ist.
Kolben nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass
der Kolbendeckel (9; 9c) auf seiner äußeren Umfangsfläche in einer zur Hochdruckseite hin offenen Ringaussparung (53; 53c) einen geschlitzten Verschleißring (49; 49c) trägt, der im Bereich seines niederdruckseitigen axialen Endes einen nach radial innen abstehenden Ringvorsprung (59; 59c) aufweist, welcher in eine Ringnut am Außenumfang des Kolbendeckels (9) oder am Außenumfang eines den Kolbenkörper (15c) umschließenden Verschleißrings (51c) eingreift.
Kolben nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass
der dem Kolbenkörper (15c) umschließende Verschleißring (51c) den Kolbendeckel (9c) axial teilweise überlappt.
Kolben nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass
der Kolbendeckel (9) oder/und der Kolbenkörper (15) am Außenumfang einen geschlitzten Verschleißring (49, 51) tragen, dessen Schlitzränder (63) wenigstens eine Stufe mit in Umfangsrichtung verlaufenden, aneinander anliegenden Stufenflächen (65) bilden.
Kolben nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass
der Kolbendeckel (9a) auf seiner äußeren Umfangsfläche in einer durch radial abstehende Vorsprünge (81) zur Hochdruckseite hin axial begrenzten Ringaussparung (79) einen Verschleißring (49a) trägt, wobei der Kolbendeckel (9a) in Umfangsrichtung zwischen den Vorsprüngen (81) in der Aussparung (79) mündende Durchlässe (85) aufweist.
Kolben nach einem der Ansprüche 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass
der Endbereich der Kolbenstange (5) als abnehmbar an der Kolbenstange (5) gehaltener Kolbenträger (3) ausgebildet ist.