Druckgusskolben

Abstract

 Die Erfindung betrifft einen Kolbenkopf zur Befestigung auf einem Kolbenkopfträger im Bereich des Druckgusses. Um einen einfachen Abbau der Kolbenköpfe von den Trägern nach längerer Betriebszeit zu gewährleisten, schlägt die Erfindung vor, dass er ein koaxiales Befestigungsteil und eine Vorrichtung zur feinstufigen Veränderung einer gemeinsamen wirksamen axialen Länge von Kolbenkopf und koaxialem Befestigungsteil aufweist, wobei Kolbenkopf und Befestigungsteil mittels der Vorrichtung eine sie befestigende Klemmkraft in wenigstens einen Anschlag eines Kolbenkopfträgers einbringend sind.

Beschreibung

[0001] Die vorliegende Erfindung betrifft einen Kolbenkopf zur Befestigung auf einem Kolbenkopfträger im Bereich des Druckgusses.

[0002] Kolben für den Druckguss bestehen in der Regel aus einem Kolbenkopf und einem Kolbenkopfträger, wobei letzterer an einer bis zu 3 m langen angetriebenen Kolbenstange befestigt ist. Kolbenstange und Kolbenkopf gleiten wandungsgeführt in einer Füllkammer.

[0003] Die im Druckguss eingesetzten Kolben pressen die für jeden Schuss in die Füllkammer eintretende Menge an schmelzflüssigem Metall über das Anschnittsystem in die Kavität der Druckgußform, wo das Druckgußteil entsteht. Die Kolbenköpfe kommen dabei mit ihrer Stirnseite mit den schmelzflüssigen Metallen bzw. Legierungen in Kontakt. Da der Wärmehaushalt eines Kolbenkopfes relevant für die Gussqualität und damit die Wirtschaftlichkeit des Verfahrens ist, ist ein besonderer Augenmerk auf das Material des Kolbenkopfes und dessen Wärmeleitfähigkeit zu legen. Üblicherweise sind die inneren Oberflächen der Kolbenköpfe durch Kühlmittel gekühlt, welches in oder an dem Kolbenträger zum Kolbenkopf hin und von ihm weg geführt ist. Aufgrund des zeitweisen Kontaktes mit dem schmelzflüssigen Metall oder der schmelzflüssigen Legierung und den damit verbundenen Temperaturwechseln und Temperaturhöhen ist die Aufrechterhaltung der mechanischen Stabilität der Kolbenköpfe ebenfalls wesentlich.

[0004] Diese unterliegen darüber hinaus auch einem mechanischen Abrieb an der Wand der Füllkammer. Kolbenköpfe bestehen in der Regel aus Stahl oder aus Cu oder einer harten Cu-Legierung und sind dabei ein- oder mehrteilig ausgebildet, wobei die einzelnen Teile eines Kolbenkopfes aus unterschiedlichen Materialien gefertigt sein können. In vielen bekannten Ausführungen sind ein oder mehrere Verschleißringe am Kolbenkopf vorgesehen, die nach Verschleiß relativ einfach austauschbar sind, um eine teure vollständige Neubeschaffung des Kolbenkopfes zu verhindern. Aufgrund der mechanischen und thermischen Belastung der Kolbenköpfe und dem Erfordernis des (Teil-)Austausches ist deren Befestigung am Kolbenkopfträger von besonderer Bedeutung für die Handhabbarkeit des Druckgußkolbens im betrieblichen Alltag.

[0005] Aus der EP 0 423 413 A2 ist ein einteiliger Kolbenkopf bekannt, auf dessen stirnseitiger Mantelfläche ein Verschleißring sitzt und der mittels eines Innengewindes am stirnseitig entfernteren Bereich auf einen Kolbenträger mit Außengewinde thermisch aufgeschraubt bzw. aufgeschrumpft wird. Zusätzlich sind zwei Ringdichtungen vorgesehen, die den Gewindeabschnitt gegen das stirnseitig entfernte Ende des Kolbenkopfes dichten.

[0006] Eine weitere Gewindeverbindung eines Kolbenkopfes mit einem Kolbenträger ist aus der DE 20 2008 002 667 bekannt. Bei diesem ist das Innengewinde des Kopfes trapezförmig ausgebildet, der Kolbenkopf liegt axial an einer Anschlagschulter des Trägers an.

[0007] Ein mehrteiliger Kolbenkopf mit Verschleißring ist aus der DE 203 09 181 A1 bekannt. Bei diesem bekannten Kolbenkopf wird ein erstes, axial rückwärtigeres Kolbenteil mittels einer Bajonettverbindung am Träger befestigt, ein zweites, axial vorderes Kolbenteil mittels axialer Befestigungsschrauben am ersten Kolbenteil befestigt und ein Verschleißring im Bereich der Stoßfuge der beiden Teile vorgesehen. Ein solcher Bajonettverschluß ist auch aus der EP 0 525 229 A1 bekannt, wobei der bajonettartig aufgesteckte Kolbenkopf hier zusätzlich mittels einer Schraube gegen eine Radialbewegung gesichert wird.

[0008] Nachteilig an diesem Stand der Technik ist der teilweise schwierige Abbau der Kolbenköpfe von den Trägern nach längerer Betriebszeit und deren ungenügend starke Befestigung.

[0009] Um diese Aufgabe zu lösen schlägt die Erfindung vor, dass der Kolbenkopf ein koaxiales Befestigungsteil und eine Vorrichtung zur feinstufigen Veränderung einer gemeinsamen wirksamen axialen Länge L von Kolbenkopf und koaxialem Befestigungsteil aufweist, wobei Kolbenkopf und Befestigungsteil mittels der Vorrichtung eine sie befestigende Klemmkraft in wenigstens einen Anschlag eines Kolbenkopfträgers einbringend sind. Mit sehr großem Vorteil schlägt die Erfindung vor, den Kolbenkopf nicht unmittelbar am Kolbenkopfträger mittels einer, beiden Bauteilen zugeordneten, Verbindungsvorrichtung zu befestigen. Vielmehr erfolgt die Befestigung indirekt durch eine feinstufige Veränderung der gemeinsamen wirksamen Länge zweier Bauteile des Kolbenkopfes, die mehr oder weniger zwischen sich einen Abschnitt eines Kolbenkopfträgers klemmen. Dies hat den Vorteil, dass der Kolbenkopfträger konstruktiv einfachst ausgestaltet sein kann, er muss lediglich einen einfach zu realisierenden Anschlag zur Klemmkrafteinleitung und damit zur Klemmung des Kolbenkopfes aufweisen. Dieser Anschlag könnte beispielsweise ein radialer Vorsprung sein. Wie und wodurch die feinstufige Veränderung der gemeinsamen wirksamen Länge innerhalb des Kolbenkopfes erfolgt, ist der Erfindung zunächst nicht bedeutsam. Denkbar wären eine teleskopierbare Verbindung, eine Veränderung der wirksamen Länge mittels thermischer Ausdehnung eines Dehnkörpers oder einer anders erzeugten Volumenveränderung, beispielsweise einer Füllung/Entleerung, einer Druckbeaufschlagung oder dergleichen. Erfindungsgemäß wichtig ist nur, dass Kolbenkopf und Befestigungsteil zueinander ausreichend feinstufig und mit ausreichender Kraft und Selbsthemmung verändert werden können, sodass eine dauerhafte Klemmung am Kolbenkopfträger ermöglicht ist, die sich nicht unter den rauen Betriebsbedingungen löst.

[0010] In Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Vorrichtung zueinander komplementäre Gewinde an Kolbenkopf und Befestigungsteil aufweist. Ein Gewinde ist eine konstruktiv besonders einfache Lösung der erforderlichen feinstufigen Veränderbarkeit der beiden Kolbenkopfteile. Ein Gewinde kann mit Vorteil sowohl kraft- als auch formschlüssig arbeiten und durch Gestaltung seiner Geometrie auch besonders selbsthemmend sein, beispielsweise bevorzugt in Form eines metrischen Gewindes aber auch in Form eines Trapezgewindes.

[0011] Ist das Befestigungsteil ein schwimmend auf einem Kolbenkopfträger gelagerter Gewindering mit Außengewinde und weist der Kolbenkopf ein korrespondierendes Innengewinde auf, wobei beide insbesondere als metrisches Gewinde ausgebildet sind, ist die Konstruktion nochmals vereinfacht. Die Gewinde beider Bauteile greifen ineinander und ziehen den Gewindering bei Betätigung feinstufig an den Kolbenkopf heran, so dass sich die Gesamtlänge verkürzt. Es ist dabei vorteilhaft, wenn der Kolbenkopf auf einer stirnseitigen Andruckfläche des Kolbenkopfträgers aufliegt, bevor der Gewindering in seine Klemmposition bewegt ist. Der Gewindering wird erfindungsgemäß einfach über einen Kolbenkopfträger geschoben, wobei sein Verstellweg in axial rückwärtiger Richtung beliebig groß gewählt sein kann. Der Gewindering gleitet auf dem Trägerkörper schwimmend und axial vorwärts maximal bis zu einem Anschlag. Hierbei können die Toleranzen von Gewindering und Kolbenkopfträger zueinander auch so gering gewählt werden, dass eine axiale Verschiebbarkeit entlang der Längsachse des Kolbenkopfträgers von Hand eher ausgeschlossen ist. Mit großem Vorteil führt diese Ausgestaltung auch dazu, dass ein vom Bediener nicht vollständig angezogenes Gewinde trotz fehlender Klemmung nicht zu einer Loslösung des Kolbenkopfes vom Träger führt. Ein solch axial beweglicher, loser Kolbenkopf liegt bei der Druckbewegung an der stirnseitigen Andruckfläche des Kolbenkopfträgers auf, die Anpress- und Haltedrücke werden ohne Spiel erbracht. Die Rückwärtsbewegung des Druckgußkolbens kann zwar zu einer axialen Entfernung von stirnseitiger Andruckfläche des Kolbenkopfträgers und der inneren Stirnseite des Kolbenkopfes führen, diese axiale Bewegung ist jedoch durch den Anschlag am Kolbenkopfträger begrenzt, an dem der Gewindering zu liegen kommt. So ist auf einfache Weise sichergestellt, dass selbst eine Fehlmontage stets eine sichere Arbeitsposition des Druckgußkolbens ermöglicht und sich der erfindungsgemäße Druckgußkolbenkopf nicht vom Kolbenkopfträger lösen kann.

[0012] Die Verstellbarkeit wird erfindungsgemäß besonders vereinfacht, wenn das Befestigungsteil auf seiner radial äußeren Oberfläche polygonal ausgebildet ist. Hierdurch können beispielsweise Ring- oder Maulschlüssel am Gewindering angreifen und diesen mit definiertem Drehmoment anziehen oder lösen.

[0013] In Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Befestigungsteil vergütet, insbesondere auf seiner dem Anschlag zugewandten Seite vergütet ausgebildet ist. Das vorzugsweise aus Stahl oder einer Cu-Legierung bestehende Befestigungsteil ist dann besonders dauerhaft verwendbar. Die erforderliche Klemmkraft führt bei einer vergüteten Oberfläche nicht dazu, dass das Material des Befestigungsteils bei mehrmaliger Klemmung irreversibel gestaucht oder abgeschert wird.

[0014] Ist der Kolbenkopf mehrteilig ausgebildet, kann er mit besonderem Vorteil auf die jeweils relevanten herrschenden Umgebungsbedingungen angepasst werden, beispielsweise indem unterschiedliche Bauteile aus unterschiedlichen Materialien bestehen.

[0015] In Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Kolbenkopf aus einer Cu-Legierung besteht. Derartige Cu-Legierungen sind hochwärmeleitfähig und können verschleißresistent gebildet sein. Diesbezüglich wird auf die Cu-Legierungen der Anmelderin verwiesen.

[0016] Vorteilhaft ist auch die Weiterbildung der Erfindung, wonach der Kolbenkopf einen oder mehrere auch lösbar an ihm befestigte Verschleiβringe aufweist, insbesondere auch durch Laserauftragsschweißen stoffschlüssig mit dem Kolbenkopfkörper verbundene Verschleißringe aufweist. Hierdurch ist der erfindungsgemäße Druckgusskolben besonders haltbar und gleichzeitig mit hoher Wärmeleitfähigkeit ausgestattet. Hierzu gehört auch die Maßnahme, wonach die äußere Mantelfläche des Kolbenkopfes durch galvanischen Materialauftrag verschleißresistent ausgestaltet wird. Zusätzliche Verschleißringe können dann mit Vorteil entfallen, sie können jedoch auch vorhanden sein, eventuell materialsparend geringer dimensioniert.

[0017] Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachstehend anhand der einzigen Figur der Zeichnung näher erläutert. Hierbei zeigt:

Fig. 1:

einen skizzenhaften Querschnitt durch eine erfindungsgemäße Ausführungsform

Figur 1 zeigt einen Teilbereich eines Druckgußkolbens, nämlich einen um 120° gewinkelten Längsschnitt durch einen Kolbenkopf 1 und einen Kolbenkopfträger 3. Letzterer ist auf einer nicht dargestellten Kolbenstange befestigt, die in die koaxiale Öffnung des Kolbenkopfträgers 3 eingreift. Der Kolbenkopfträger 3 weist in seinem Inneren einen koaxialen Kanal 11 zur Führung eines Kühlmediums auf. Dieses tritt im Bereich der Stirnfläche 12 des Kolbenkopfträgers 3 aus und beaufschlagt die innere Stirnfläche 13 des Kolbenkopfes 1. Von dort strömt es radial in vier Kanälen der Stirnseite des Kolbenkopfträgers 3 auswärts und anschließend entlang der inneren Mantelfläche des Kolbenkopfes 1 axial rückwärts, bis es wiederum in den Kolbenkopfträger 3 eintritt und dort abgeführt wird. Dies erfolgt über axial/radial geneigte Durchgangsbohrungen von der Kolbenträgeraussen- in dessen Innenseite. In der Schnittebene sind auch zwei radiale Führungsringe 14 für einen zwischen diesen geführten O-Ring 2. Ein Anschlag 6 ist am Kolbenkopfträger 3 als radial umlaufender Steg mit einer Anschlagschulter 15 ausgebildet.

[0018] Der einteilige Kolbenkopf 1 aus einer Cu-Legierung weist in seinem axial vorderen Bereich eine Stirnfläche auf, die radial eingezogen ist. Im Übergangsbereich von Stirn- zu Mantelfläche kann ein Verschleißring vorgesehen sein, beispielsweise stoffschlüssig aufgetragen mittels Laserauftragsschweißens oder formschlüssig in eine Ringnut eingepaßt oder thermisch aufgeschrumpft oder anderweitig befestigt. Im seinem axial rückwärtigen Bereich weißt der Kolbenkopf 1 ein Innengewinde 9 auf. Dieses übergreift ein komplementäres Außengewinde 8 des koaxialen Befestigungsteils 4, wobei beide Gewinde als metrische Gewinde ausgebildet sind. Erfindungsgemäß denkbar ist auch eine Ausgestaltung der Gewinde als radial und axial unterbrochene Gewinde, auch Trapezgewinde, so daß der Gewindering 4 zunächst bis fast an den Anschlag 6 heranschiebbar ist, wobei sich die Gewindeabschnitte durchsetzen. Erst zur Klemmung mittels einer radialen Schraubbewegung greifen die Gewindegänge ineinander und ermöglichen so die Aufbringung einer Klemmkraft. Der Gewindering 4 ist schwimmend auf der Außenfläche des Kolbenträgers 3 gelagert. Sein axialer Weg ist nach vorne durch den Anschlag 6 begrenzt, nach hinten durch die äußere Form des nicht dargestellten Kolbenträgers. Der Gewindering 4 wird vor der Montage des erfindungsgemäßen Kolbenkopfes 1 einfach von hinten auf den Kolbenträger 3 aufgeschoben. Er weist auf seiner radial äußeren Oberfläche 10 eine Polygonstruktur auf, die durch einen Maulschlüssel greifbar ist und über die die Kraft zur festen Verschraubung mit dem Kolbenkopf 1 eingeleitet wird.

[0019] Zur klemmenden Befestigung des erfindungsgemäßen Kolbenkopfes 1 wird letzterer von vorne auf den Kolbenkopfträger 3 geschoben und axial rückwärtig mit dem Gewindering 4 in Eingriff gebracht. Mittels eines Maulschlüssels wird dann der Gewindering 4 in das Innengewinde 9 geschraubt, so daß sich die wirksame Gesamtlänge L des Kolbenkopfes verringert, die demnach aus der additiven wirksamen Gesamtlänge von Kolbenkopf 1 und Gewindering 4 gebildet ist. Durch die feinstufige Schraubbewegung wird die vergütete Seite 16 des Gewinderings 4 gegen die Anschlagschulter 15 des Anschlags 6 klemmend gezogen. Die Anschlagschulter 15 kann dabei auch anders als rechtwinklig zur Mantelfläche des Kolbenträgers 3 gewinkelt ausgebildet sein, sie könnte ebenfalls in einer anderen Querschnittsform als der eines Steges ausgebildet sein. Hier wären auch schwalbenschwanzartige Formen denkbar. Konstruktiv besonders einfach ist die Ausbildung als im Querschnitt rechteckiger Steg. Der Gewindering 4 ist dabei in seiner Dicke bei diesem Ausführungsbeispiel so gewählt, daß diese mit der durch die Führungsringhöhe definierten Mantelebene des Kolbenkopfträgers 3 fluchtet. Erfindungsgemäß kann dessen Dicke auch etwas geringer sein, so daß ein radial einwärts gerichteter Zug auf den Kolbenkopf 1 ausgeübt wird, der diesen noch stärker am Kolbenkopfträger 3 befestigt.

BEZUGSZEICHENLISTE

[0020] 

1.

Kolbenkopf

2.

O-Ring

3.

Kolbenkopfträger

4.

Befestigungsteil

5.

Vorrichtung

6.

Anschlag

7.

Gewindering

8.

Außengewinde

9.

Innengewinde

10.

radial äußere Oberfläche

11.

koaxialer Kanal

12.

Stirnfläche

13.

innere Stirnfläche

14.

radialer Führungsring

15.

Anschlagschulter

16.

Gehärtete Seite

Ansprüche

1. Kolbenkopf (1) zur Befestigung auf einem Kolbenkopfträger (3) im Bereich des Druckgusses, dadurch gekennzeichnet, dass er ein koaxiales Befestigungsteil (4) und eine Vorrichtung (5) zur feinstufigen Veränderung einer gemeinsamen wirksamen axialen Länge (L) von Kolbenkopf (1) und koaxialem Befestigungsteil (4) aufweist, wobei Kolbenkopf (1) und Befestigungsteil (4) mittels der Vorrichtung (5) eine sie befestigende Klemmkraft in wenigstens einen Anschlag (6) eines Kolbenkopfträgers (3) einbringend sind.

2. Druckguβkolbenkopf (1) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (5) zueinander komplementäre Gewinde an Kolbenkopf (1) und Befestigungsteil (4) aufweist.

3. Druckgußkolbenkopf (1) gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Befestigungsteil (4) ein schwimmend auf einem Kolbenkopfträger (3) gelagerter Gewindering (7) mit Außengewinde (8) ist und der Kolbenkopf (1) ein korrespondierendes Innengewinde (9) aufweist, beide insbesondere als metrisches Gewinde.

4. Druckgußkolbenkopf (1) gemäß Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Befestigungsteil (4) auf seiner radial äußeren Oberfläche (10) polygonal ausgebildet ist.

5. Druckgußkolbenkopf (1) gemäß einem der vorherigen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass das Befestigungsteil (4) vergütet ist, insbesondere auf seiner einem Anschlag (6) zugewandten Seite vergütet ausgebildet ist.

6. Druckgußkolbenkopf (1) gemäß einem der vorherigen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass der Kolbenkopf (1) mehrteilig ausgebildet ist.

7. Druckgußkolbenkopf (1) gemäß einem der vorherigen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass der Kolbenkopf (1) aus einer Cu-Legierung besteht.

8. Druckgußkolbenkopf (1) gemäß einem der vorherigen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass er einen oder mehrere auch lösbar an ihm befestigte Verschleißringe aufweist, insbesondere auch durch Laserauftragsschweißen stoffschlüssig mit dem Kolbenkopfkörper verbundene Verschleißringe aufweist und/oder dass seine äußere Mantelfläche mittels galvanischem Materialauftrag verschleißfest ausgestaltet ist.

Zeichnung