Die vorliegende Erfindung betrifft eine Gießkammer, insbesondere für das Druckgießen von Metallen, mit einem Außenmantel und einem in den Außenmantel eingesetzten und mit ihm insbesondere durch einen Schrumpfsitz verbundenen Innenzylinder, wobei an einem axialen Endbereich eine Gußmaterialeinfüllöffnung und am anderen formseitigen Endbereich eine Gußmaterialauslaßöffnung vorgesehen und zwischen Innenzylinder und Außenmantel ein Kühlmittelkanal ausgebildet ist.
Gießkammern der vorstehend genannten Art (DE 44 40 933 C1) werden in erster Linie in Druckgießmaschinen zum Druckgießen von Metallen wie beispielsweise Aluminium, Magnesium und Messing eingesetzt. Dabei werden hauptsächlich horizontale Gießkammern verwendet, die an ihrem einen, maschinenseitigen Ende obenseitig eine Gußmaterialeinfüllöffnung und an ihrem anderen, formseitigen Ende, eine Gußmaterialauslaßöffnung aufweisen.
Im Betrieb sind die Gießkammern zum Teil hohen Belastungen ausgesetzt, die in erster Linie auf die hohen Temperaturen des Gußmaterials zurückgehen. So herrschen in der Gießkammer zwischen der Maschinenseite, wo das heiße Gußmaterial in die Gießkammer eingefüllt wird, und der Formseite, an der das Gußmaterial die Gießkammer verläßt, Temperaturunterschiede von bis zu 300°C, die dazu führen können, daß sich die Gießkammer bananenförmig verzieht.
Ein weiteres Problem besteht darin, daß aufgrund der unterschiedlichen Füllhöhen des Gußmaterials die Gießkammer beim Druckgießen unterschiedlich heiß wird, mit der Folge, daß sie sich unrund verformt. Weiterhin werden beim Einfüllvorgang unterhalb der Einfüllöffnung Temperaturen von mehr als 600°C erzielt. Bei dieser Temperatur können Eisenatome aus der Oberfläche des Gießkammer-Stahlkörpers diffundieren, wodurch die Oberfläche spröde wird und abplatzt, so daß Auswaschungen entstehen.
Um dieser Problematik zu begegnen, wird in der Druckschrift Patent Abstracts of Japan, Vol. 10. Nr. 234 (M-507), 14.August 1986 vorgeschlagen, zwischen dem Innenzylinder und dem Außenmantel der Gießkammer einen Kühlmittelkanal anzuordnen, durch den ein Kühlmittel geleitet wird, um auf diese Weise die Wandungstemperatur im Mittelbereich der Gießkammer zu senken.
Des weiteren schlägt der Artikel "COOLED DIE CASTING SHOT SLEEVE" Research Disclosure, GB, Industrial Opportunities Ltd. Havant, Nr. 321, 1. Januar 1991, Seite 73 XP000164457 vor, in dem der Gußmaterialeinfüllöffnung gegenüberliegenden Bereich der Gußkammer einen Kühlmittelkanal vorzusehen, um im Einfüllöffnungsbereich Auswaschungen entgegenzuwirken.
Keine der bekannten Maßnahmen ist jedoch geeignet, die Gesamtproblematik, die mit den hohen Temperaturen und Temperaturunterschieden in Gießkammern verbunden ist, zu beheben.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Gießkammer der eingangs genannten Art so auszubilden, daß Verformungen aufgrund von Temperaturspannungen sowie Auswaschungen im Bereich der Einfüllöffnung weitgehend verhindert werden.
Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß sich der Kühlmittelkanal im wesentlichen über die gesamte axiale Länge der Gießkammer einschließlich des Bereichs der Gußmaterialeinfüllöfnung und des formseitigen Endbereichs erstreckt. Durch die erfindungsgemäß vorgesehenen Kühlmittelkanäle kann im Betrieb ein Kühlmittel wie beispielsweise Öl oder Wasser geführt werden, das die Gießkammer zumindest in den Bereichen, in denen besonders hohe Temperaturen auftreten, kühlt. Hierdurch läßt sich in optimaler Weise ein gleichmäßiges Temperaturprofil in der Gießkammer einstellen, so daß die Gefahr von Verspannungen bzw. Verformungen der gesamten Gießkammer aufgrund von zu hohen Temperaturunterschieden deutlich herabgesetzt wird. Im Bereich der Einfüllöffnung wird aufgrund der Kühlung das Auftreten von Auswaschungen außerdem verzögert.
Die Kühlmittelkanäle können praktisch beliebig in dem Ringspalt zwischen Außenmantel und Innenzylinder ausgebildet sein. Beispielsweise können sie sich wendelförmig um die Längsachse der Gießkammer erstrecken, wobei dann die Kühlleistung in einfacher Weise über die Steigung und damit den Abstand der Wendel voneinander festgelegt werden kann. Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist dabei vorgesehen, daß die Steigung der Wendel konstant bleibt. Genauso ist es aber möglich, die Steigung und/oder den Abstand der Wendel zu variieren, um auf diese weise in bestimmten Bereichen eine höhere und in anderen Bereichen eine niedrigere Kühlleistung zu erzielen. Beispielsweise kann es zweckmäßig sein, daß die Wendel am maschinenseitigen Ende der Gießkammer, wo auch die Einfüllöffnung liegt und dementsprechend die Gießkammer besonders stark erwärmt wird, eng zusammenliegen bzw. eine geringe Steigung aufweisen, um auf diese Weise eine hohe Kühlleistung zu erzielen, während am formseitigen Ende der Gießkammer eine solch hohe Kühlung nicht erforderlich ist, so daß dort die Steigung der Wendel entsprechend größer sein kann.
Der Kühlmittelkanal kann sich auch zumindest in einen axialen Teilabschnitt der Gießkammer mäanderförmig mit in Richtung der Formseite und wieder zurück verlaufenden Abschnitten um den Umfang der Gießkammer erstrecken. Genauso können auch wendelförmige Abschnitte mit mäanderförmigen Abschnitten im Wechsel kombiniert werden.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, daß der Einlaß des Kühlmittelkanals auf der Maschinenseite und der Auslaß auf der Formseite der Gießkammer liegt, wobei dann der wenigstens eine Kühlmittelkanal so ausgebildet sein kann, daß das Kühlfluid den Kühlmittelkanal in einer Richtung von der Maschinenseite zur Formseite hin durchströmt. Alternativ können der Einlaß und der Auslaß des Kühlmittelkanals auch beide auf der Maschinenseite der Gießkammer liegen, wobei dann der Kühlmittelkanal gemäß einer bevorzugten Ausführungsform einen vom Einlaß in Richtung des formseitigen Endes der Gießkammer verlaufenden ersten wendelförmigen Abschnitt und einen daran anschließenden und sich zurück zum Auslaß erstrekkenden zweiten wendelförmigen Abschnitt aufweist, so daß der Kühlmittelkanal nach Art eines zweigängigen Gewindes ausgebildet ist. Wesentlich ist, daß der Einlaß auf der heißen Maschinenseite liegt, damit hier das noch kalte Kühlmittel die größte Kühlwirkung erzielen kann.
In an sich bekannter Weise kann die Gießkammer axial in einen Grundkörper und eine die Einfüllöffnung für das Gußmaterial aufweisende Wechselbuchse unterteilt sein. In diesem Fall sollte im Grundkörper ein Kühlmittelkanal ausgebildet sein, wobei in der Wechselbuchse ebenfalls ein Kühlmittelkanal ausgebildet ist. Der Kühlmittelkanal in der Wechselbuchse kann entweder unabhängig von dem Kühlmittelkanal im Grundkörper mit Kühlmittel versorgt werden, oder sein Auslaß kann mit dem Einlaß des Kühlmittelkanals im Grundkörper verbunden sein, so daß das Kühlmittel zunächst durch die Wechselbuchse und anschließend durch den Grundkörper geführt wird.
Hinsichtlich weiterer vorteilhafter Ausgestaltungen der Erfindung wird auf die Unteransprüche sowie die nachfolgende Beschreibung eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung verwiesen. In der Zeichnung zeigt:
In den Figuren 1 bis 6 sind verschiedene Ausführungsformen einer horizontalen Gießkammer 1 gemäß der vorliegenden Erfindung dargestellt, wie sie in Druckgießmaschinen für das Druckgießen von Metallen wie beispielsweise Aluminium, Magnesium oder Messing verwendet wird. Die Gießkammern 1 sind einteilig ausgeführt, d. h. in ihrer Axialrichtung nicht unterteilt, und umfassen einen Außenmantel 2 und einen in den Außenmantel 2 eingeschrumpften Innenzylinder 3. An dem maschinenseitigen Ende der Gießkammer 1 ist eine Einfüllöffnung 4 vorgesehen, durch welche in den Innenraum des Gießzylinders 1 flüssiges oder verfestigtes Metall eingefüllt bzw. eingelegt werden kann, und an dem anderen, formseitigen Ende der Gießkammer 1 ist eine nicht dargestellte Auslaßöffnung vorgesehen.
In dem Ringspalt zwischen Außenmantel 2 und Innenzylinder 3 ist bei allen Ausführungsformen ein Kühlmittelkanal 5 ausgebildet, durch den im Betrieb ein Kühlmittel wie Öl, Wasser oder dergleichen geführt werden kann, um die Gießkammer 1 zu kühlen und auf diese Weise Verformungen der Gießkammer 1, die sonst aufgrund von Temperaturunterschieden auftreten, zu verhindern bzw. diesen zumindest entgegenzuwirken. Der Kühlmittelkanal 5, der in der Innenwandung des Außenmantels 2 und/oder in der Außenwandung des Innenzylinders 3 ausgebildet sein kann, ist bei den verschiedenen in den Figuren 1 bis 6 dargestellten Ausführungsformen unterschiedlich ausgebildet:
Bei der in Fig. 1 dargestellten ersten Ausführungsform liegt der Einlaß 6 des Kühlmittelkanals 5 am maschinenseitigen Ende und der Aüslaß 7 am gegenüberliegenden, formseitigen Ende der Gießkammer 1 und erstreckt sich der Kühlmittelkanal 5 wendelförmig vom Einlaß 6 zum Auslaß 7. Die Steigung der Wendel des Kühlmittelkanals 5 ist dabei über die gesamte Länge der horizontalen Kühlkammer 1 konstant. Alternativ kann die Steigung aber auch über die axiale Länge der Kühlkammer 5 variieren. Beispielsweise kann vorgesehen sein, daß im Bereich der Einfüllöffnung 4, wo die Temperatur der Gießkammer 1 im Betrieb am höchsten ist, die Steigung der Wendel geringer ist, so daß die Wendel näher zusammenliegen und damit eine stärkere Kühlung erfolgt.
Bei der in Fig. 2 dargestellten Ausführungsform liegen der Einlaß 6 und der Auslaß 7 des Kühlmittelkanals 5 ebenfalls an den gegenüberliegenden Enden der Gießkammer 1. Der Kühlmittelkanal 5 erstreckt sich jedoch hier mäanderförmig mit von der Maschinenseite zu der Formseite und wieder zurück verlaufenden Abschnitten A, B um die Gießkammer 1 herum, so daß das Kühlmittel zwischen den axialen Endbereichen der Gießkammer 9 hin und her strömt.
Die in Fig. 3 dargestellte dritte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Gießkammer 1 stellt eine Kombination der zuvor beschriebenen Ausführungsformen dar, bei der der Kühlmittelkanal 5 einen ersten Abschnitt 5a im Bereich der Einlaßeinfüllöffnung 4 aufweist, der mäanderförmig mit von der Maschinenseite zur Formseite und wieder zurück verlaufenden Abschnitten A, B ausgebildet ist. An den mäanderförmigen ersten Kanalabschnitt 5a schließt sich ein zweiter Kanalabschnitt 5b an, in dem der Kühlmittelkanal 5 wendelförmig ausgebildet ist. Diese Ausführungsform hat den Vorteil, daß im Bereich der Einfüllöffnung 4 aufgrund der mäanderartigen Ausbildung und eng beieinanderliegenden Abschnitte A, B eine hohe Kühlleistung erzielbar ist.
Bei der in Fig. 4 dargestellten Gießkammer 1 liegen der Einlaß 6 und der Auslaß 7 des Kühlmittelkanals 5 beide am maschinenseitigen Ende der Gießkammer 1. Der Kühlmittelkanal 5 ist dabei nach Art eines zweigängigen Gewindes ausgebildet und besitzt einen ersten Abschnitt 5a, der sich vom Einlaß zum formseitigen Ende der Gießkammer 1 erstreckt, und einen zweiten Abschnitt 5b, der sich an den ersten Abschnitt 5a anschließt und zum maschinenseitigen Ende zurückläuft. Diese Ausführungsform, bei der Einlaß 6 und Auslaß 7 des Kühlmittelkanals 5 beide am maschinenseitigen Ende der Gießkammer 1 liegen, hat den Vorteil, daß die Druckgießmaschine, für welche die Gießkammer 1 bestimmt ist, am formseitigen Ende nicht speziell für das Abführen des Kühlmittels ausgebildet zu sein braucht.
Die in Fig. 5 dargestellte Ausführungsform entspricht im wesentlichen der in Fig. 2 dargestellten Ausführungsform, da der Kühlmittelkanal 5 auch hier mäanderförmig mit von der Maschinenseite zu der Formseite und wieder zurück verlaufenden Abschnitten A, B ausgebildet ist. Im Unterschied zu der in Fig. 2 dargestellten Ausführungsform liegen aber Einlaß 6 und Auslaß 7 des Kühlmittelkanals 5 wie bei der in Fig. 4 dargestellten Gießkammer 1 beide am maschinenseitigen Ende.
Die in Fig. 6 dargestellte Ausführungsform stellt eine Kombination der beiden Ausführungsformen aus den Figuren 4 und 5 dar. Der Kühlmittelkanal 5 besitzt hier in einem ersten Abschnitt 5a, der im wesentlichen im Bereich der Einfüllöffnung 4 gelegen ist, eine Mäanderform mit von der Maschinenseite zu der Formseite und wieder zurück verlaufenden Abschnitten A, B, und ist in einem daran anschließenden zweiten Kanalabschnitt 5b nach Art eines zweigängigen Gewindes ausgebildet, wobei sich der Kühlmittelkanal 5 vom ersten Kanalabschnitt 5a zunächst bis zum formseitigen Ende und dann wieder zurückerstreckt. Das Auslaßende des zweiten Kanalabschnitts 5b ist dann mit dem Auslaß 7 verbunden, wobei der Verbindungsabschnitt ebenfalls mäanderartig ausgebildet sein kann.
In an sich bekannter Weise kann die Gießkammer 1 auch axial unterteilt ausgebildet sein, wobei sie dann einen Grundkörper 8 und eine daran maschinenseitig anschließbare Wechselbuchse 10 mit der Einfüllöffnung 4 aufweist.
In diesem Fall ist in dem Grundkörper 8 ein Kühlmittelkanal 5 vorgesehen, wobei in der Wechselbuchse 10 ebenfalls ein Kühlmittelkanal ausgebildet ist. In den Figuren 7 bis 10 sind jeweils Grundkörper 8 mit verschieden ausgebildeten Kühlmittelkanälen 9 dargestellt, wobei jeweils vorgesehen ist, daß dieser Kühlmittelkanal 9 separat von einem in der Wechselbuchse 10 vorgesehenen Kühlmittelkanal mit einem Kühlmittel versorgt wird.
Bei der in Fig. 7 dargestellten Ausführungsform erstreckt sich der Kühlmittelkanal 9 ähnlich wie bei der in Fig. 1 dargestellten Gießkammer 1 zwischen einem am maschinenseitigen Ende vorgesehenen Einlaß 12 und einem am formseitigen Ende vorgesehenen Auslaß 13 wendelförmig, so daß ein Kühlmittel den Grundkörper 8 in einer Richtung durchströmt.
Bei der in Fig. 8 dargestellten Ausführungsform liegen Einlaß 12 und Auslaß 13 des Kühlmittelkanals 9 beide am maschinenseitigen Ende des Grundkörpers 8 und ist der Kühlmittelkanal 9 nach Art eines zweigängigen Gewindes mit einem ersten Abschnitt 9a, der sich von dem Einlaß 12 zum formseitigen Ende des Grundkörpers 8 erstreckt, und einem daran anschließenden zweiten Abschnitt 9b, der sich zurück zum Auslaß 13 erstreckt, ausgebildet.
Bei den in den Figuren 9 und 10 dargestellten Ausführungsformen erstreckt sich der Kühlmittelkanal 9 jeweils mäanderförmig zwischen den beiden axialen Enden des Grundkörpers 8 entlang des Umfangs der Gießkammer 1, wobei der Einlaß 12 und der Auslaß 13 bei der in Fig. 10 dargestellten Ausführungsform beide am maschinenseitigen Ende des Grundkörpers 8 liegen, während bei der in Fig. 8 dargestellten Ausführungsform der Einlaß 12 am maschinenseitigen Ende und der Auslaß 13 am formseitigen Ende des Grundkörpers 8 vorgesehen sind.
In den Figuren 11 bis 13 und 14 bis 16 sind zwei Ausführungsformen von Wechselbuchsen 10 dargestellt, die an die Grundkörper 8 der Figuren 7 bis 10 angeschlossen werden können. Die beiden Wechselbuchsen 10 sind mit einem sich zwischen Außenmantel 2 und Innenzylinder 3 erstreckenden Kühlmittelkanal 11 versehen, der sich mäanderförmig zwischen den axialen Enden entlang des Umfangs der Wechselbuchse 10 erstreckt. Die beiden Wechselbuchsen 10 unterscheiden sich nur insofern, als bei der in den Figuren 14 bis 16 dargestellten Ausführungsform Einlaß 14 und Auslaß 15 des Kühlmittelkanals 11 beide am maschinenseitigen Ende der Wechselbuchse 10 liegen, während in den Figuren 11 bis 13 dargestellten Ausführungsform der Einlaß 14 und der Auslaß 15 des Kühlmittelkanals 11 an den sich gegenüberliegenden axialen Enden der Wechselbuchse 10 vorgesehen sind.