[0001] Die Erfindung betrifft eine Füllkammer für eine Druckgießmaschine gemäß dem Oberbegriff
des Anspruchs 1.
[0002] Die Innenfläche der Füllkammer einer Druckgießmaschine ist im Bereich der Zuführöffnung
am meisten vom Verschleiß betroffen. Durch das maschinelle Einfüllen von heißem Gießmaterial
durch die Zuführöffnung trifft dieses stets an der gleichen Stelle unterhalb der Zuführöffnung
auf der Innenfläche der Füllkammer auf. Nach längerem Einsatz der Füllkammer können
sich dadurch Auswaschungen im Bereich unterhalb der Zuführöffnung ergeben, wodurch
die Gleitbewegung des Druckkolbens in der Kammer behindert werden kann und der Druckkolben
einem größeren Verschleiß ausgesetzt ist. So ist aus der Druckschrift
DE 42 29 338 C2 eine Füllkammer bekannt, die aus einem Mantelkörper mit einem demontierbaren zylindrischen
Einsatz besteht. Ein Einsatz, der sich nur über den Bereich der Zuführöffnung erstreckt
und der bei Verschleiß schnell gegen einen neuen ausgetauscht werden kann, bietet
eine rasche Abhilfe in den am häufigsten auftretenden Fällen eines Verschleißes der
Gleitfläche für den Druckkolben. Der Einsatz erstreckt sich dabei vom äußeren Ende
der Füllkammer bis axial innerhalb der Zuführöffnung und tritt an seinem inneren Ende
in einem schmalen Ringbereich mit seiner Umfangsfläche mit der Innenwandung der Füllkammer
in Berührung, während er an seinem äußeren Ende von einem zwischen seinem Außenumfang
und der Innenwandung der Füllkammer angreifenden Zentrierring koaxial zur Füllkammer
geführt ist. Hierdurch wird bereits eine Füllkammer für Druckgießmaschinen geschaffen,
deren Hauptverschleißzone direkt an der Druckgießmaschine auswechselbar ist. Allerdings
wären längere Standzeiten für derartige Einsätze wünschenswert.
[0003] Des Weiteren ist aus der Druckschrift
DE 102 05 246 B4 eine Füllkammer für eine Druckgießmaschine mit einer Zuführöffnung für flüssiges
Gießmaterial bekannt, bei der in der Füllkammerwand in dem der Zuführöffnung gegenüberliegenden
Bereich eine Kühleinrichtung vorgesehen ist. Die Kühleinrichtung ist aus einer von
außen in die Füllkammerwand einsetzbaren Scheibe gebildet, die mit mindestens einem
Führungskanal für ein Kühlmittel versehen ist. Diese Maßnahme soll unter anderem die
Standzeiten eines Füllkammereinsatzes verlängern.
[0004] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Füllkammer für eine Druckgießmaschine
für längere Standzeiten weiterzubilden.
[0005] Die Erfindung wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 wiedergegeben. Die weiteren
rückbezogenen Ansprüche betreffen vorteilhafte Aus- und Weiterbildungen der Erfindung.
[0006] Die Erfindung schließt eine Füllkammer für eine Druckgießmaschine ein, deren zylindrische
Innenfläche als Gleitfläche für einen Druckkolben dient und die eine Zuführöffnung
für flüssiges Gießmaterial sowie einen entnehmbaren zylindrischen Einsatz aufweist,
an dessen Innenfläche der Druckkolben entlang gleitet und der mit einer radialen,
mit der Zuführöffnung der Füllkammer in Verbindung stehenden Öffnung der Mantelfläche
versehen ist. Erfindungsgemäß besteht die Innenfläche des entnehmbaren Einsatzes zumindest
zum Teil aus einem Keramikmaterial. Mit der Zuführöffnung der Füllkammer und der damit
in Verbindung stehenden Öffnung der Mantelfläche ist eine Ausnehmung in der Füllkammer
gemeint, um Schmelze ins Innere einzufüllen.
[0007] Die Erfindung geht dabei von der Überlegung aus, dass der größte Verschleiß in einer
Füllkammer im Einfüllbereich vorkommt. Der Grund für den Verschleiß sind, beispielsweise
beim Aluminium-Druckguss, eisenarme Aluminiumlegierungen, die den Stahl der Füllkammer
bzw. der Wechselbuchse angreifen und Auswaschungen bilden können. Um diesen Effekt
zu umgehen wird der üblicherweise verwendete Stahl im Einfüllbereich der Füllkammer
durch Keramik ausgetauscht, so dass die heiße Schmelze zunächst nur auf eine Keramikoberfläche
auftrifft. Derartige Oberflächen sind einerseits thermisch belastbar und gegenüber
Korrosionseinflüssen resistent.
[0008] In bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung kann der entnehmbare Einsatz aus einer
metallischen Ummantelung und einer innenliegenden Keramikbuchse aufgebaut sein. Die
Keramikbuchse und die Schutzvorrichtung sind als ein zusammengehöriges Teil zu betrachten,
welches als Einsatz in eine Füllkammer montiert und auch wieder ausgetauscht werden
kann.
[0009] Da die mechanischen Eigenschaften der Keramikbuchse bezüglich einer mechanischen
Krafteinwirkung beim Ein- und Ausbau kritisch betrachtet werden müssen, wird durch
die Ummantelung eine hülsenartige Schutzvorrichtung für die Keramikbuchse angeordnet.
Keramiken als vergleichsweise spröde Materialien sind damit am Außenumfang vom mechanisch
widerstandsfähigeren Metall umgeben. Diese Schutzvorrichtung erlaubt eine zerstörungsfreie
Montage und Demontage der Keramikbuchse. Die metallische Ummantelung des Einsatzes
kann bevorzugt aus einem Stahl bestehen, welcher in der Praxis nur geringfügigen oder
gar keinen Verschleiß aufweist und so für mehrere Keramikbuchsen verwendet werden
kann. Die bevorzugte Geometrie der Ummantelung entspricht einem Hohlzylinder, in dessen
innere Mantelfläche die Keramikbuchse eingebracht ist. Bevorzugt wird die äußere Mantelfläche
der Keramikbuchse vollständig von der Ummantelung umschlossen und hierdurch gestützt.
Die äußere Mantelfläche der Ummantelung selbst tritt mit der Innenoberfläche der Füllkammer
in Kontakt. Die Einfüllöffnung ist für die Schmelze sowohl bei der Ummantelung als
auch bei der Keramik entsprechend ausgespart, so dass über die Füllkammeröffnung Schmelze
beim Betreiben der Anlage ins Innere der Füllkammer eingebracht werden kann.
[0010] Bevorzugt sind die zylinderartige Ummantelung und die Keramikbuchse passgenau ausgeführt,
d.h. dass die metallische Ummantelung des Einsatzes in axialer Richtung die gleiche
Länge wie die Keramikbuchse aufweist. Mit anderen Worten: Beide Buchsen gleichen zwei
passgenau ineinander geschobenen Hülsen, die in axialer Richtung jeweils stirnseitig
bündig miteinander abschließen und beide eine Ausnehmung zum Einfüllen der Schmelze
aufweisen. Es kann allerdings auch die metallische Ummantelung axial etwas länger
und zumindest einseitig mit Flanschflächen ausgeführt sein, mit denen eine Stirnfläche
der innenliegenden Keramikbuchse kontaktiert.
[0011] Die Keramikbuchse kann dabei einstückig oder mehrstückig gefertigt sein. Mit mehrstückig
gefertigten Keramikbuchsen kann im Betrieb auftretenden thermisch bedingten Spannungen
im Material begegnet werden. So können Buchsen auch beispielsweise aus zwei Halbschalen
oder auch aus mehreren Segmenten zusammengesetzt sein. Hierbei ist es wichtig, dass
die metallische Ummantelung eine stützende Wirkung übernimmt, welche die Einzelteile
der Keramikbuchse zusammenhält.
[0012] Vorteilhafterweise kann die innenliegende Keramikbuchse aus mehreren Segmenten aufgebaut
sein. Hierdurch werden im spröden Material Spannungen abgebaut. Um Kantenausbrüche
zu vermeiden, können die Seiten der Segmente gegebenenfalls auch angefast sein. Auch
bei angefasten Kanten verbleibt die Keramikoberfläche weitgehend als Gleitfläche für
den Druckkolben erhalten. In die Aussparungen oder Hohlräume, welche durch eine Fase
oder einen Spalt entstehen, kann auch etwas Schmelze eindringen. Die Menge ist jedoch
so geringfügig, dass keine schädlichen Auswirkungen auf das umgebende Metall zu befürchten
sind. Ganz im Gegenteil, ein mit Druckgießmaterial ausgefüllter Spalt kann die Segmente
auch weiter stabilisieren und auch zu einem Spannungsabbau beitragen.
[0013] Demgegenüber ist es auch möglich, dass die metallische Ummantelung des Einsatzes
eine Druckspannung auf die Keramikbuchse ausübt. Mit Hilfe dieser radialen Vorspannung
lässt sich eine Zugspannung als unerwünschter Spannungszustand im Material sowohl
bei einstückigen Keramikbuchsen wie auch bei aus mehreren Segmenten aufgebauten Keramikbuchsen
kompensieren. Beim Betrieb sollte der Spannungszustand im Material zumindest unter
den für die jeweilige Keramik noch akzeptablen Kennwerten für die Zugspannung liegen.
[0014] Bei einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung kann die metallische Ummantelung
des Einsatzes auch bei Betriebstemperatur eine Druckspannung auf die Keramikbuchse
ausüben. Hierdurch können auch bei erhöhter Temperatur und infolge der Druckstöße
beim Druckgießvorgang ausreichende Vorkehrungen getroffen werden, dass das Keramikmaterial
eine möglichst lange Standzeit aufweist, ohne Schaden zu nehmen.
[0015] In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung kann die metallische Ummantelung des
Einsatzes einen axialen Schlitz aufweisen. Indem der Innendurchmesser der Ummantelung
etwas kleiner als der Außendurchmesser der Buchse gewählt wird, kann die Ummantelung
durch den axialen Schlitz etwas aufgeweitet und über die Keramikbuchse geschoben werden.
Durch das Aufweiten entsteht wiederum eine radial nach innen gerichtete Vorspannung
durch die elastischen Eigenschaften des verwendeten Metalls. Der axialen Schlitz kann
auch für eine Verdrehsicherung des gesamten Einsatzes genutzt werden, indem zumindest
ein Teil der sich durch den Schlitz ergebenden Öffnung mit einem auf der Füllkammerwand
vorhandenen Führungsnippel oder einer sonstigen Ausbuchtung zusammenwirkt.
[0016] Vorteilhafterweise kann die metallische Ummantelung des Einsatzes an der Keramikbuchse
stirnseitig übergreifen und mit der Innenfläche der Keramikbuchse eine einheitliche
zylindrische Fläche bilden. Durch dieses Übergreifen bildet sich für den Druckkolben
eine einheitliche ebene Gleitfläche aus und die Buchse wird in axialer Richtung sicher
fixiert.
[0017] In bevorzugter Ausführungsform der Erfindung kann am inneren Ende des Einsatzes die
metallische Ummantelung stirnseitig einen Haltering aufweisen, der die Keramikbuchse
fixiert. Der Haltering wird beispielsweise mit der übrigen Ummantelung fest verschraubt.
Mittels dieser wieder lösbaren Verbindung kann im Bedarfsfall eine Keramikbuchse leicht
ausgewechselt werden.
[0018] In besonders bevorzugter Ausführungsform kann der entnehmbare Einsatz mit seiner
Innenfläche nur einen Teil der Gleitfläche für den Druckkolben im Bereich der Zuführöffnung
der Füllkammer bilden. Meist ist es nur nötig, in der Einfüllzone einen Keramikschutz
einzurichten, da dort die heiße Metallschmelze zuerst auf die Füllkammerinnenwand
trifft.
[0019] In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung kann sich der entnehmbare Einsatz
vom äußeren Ende der Füllkammer bis axial innerhalb der Zuführöffnung erstrecken.
In diesem Anlagenteil ist das Material besonderen thermischen und korrosiven Belastungen
ausgesetzt.
[0020] Vorteilhafterweise kann der entnehmbare Einsatz vollständig aus Keramik bestehen.
Es gibt bereits Füllkammern mit Wechselbuchsen aus Stahl, wodurch dann ein Vollkeramikeinsatz
die gleiche Geometrie wie eine vorhandene Wechselbuchse haben kann. Dadurch ist es
bei vorsichtigem Umgang mit dem Keramikmaterial dennoch von Vorteil, eine Stahlbuchse
einfach durch eine entsprechende Keramikbuchse zu tauschen. Hierbei müssen üblicherweise
keine weiteren Anpassungen in der geometrischen Auslegung durchgeführt werden.
[0021] In einer weiteren vorteilhafter Ausgestaltung kann der entnehmbare Einsatz aus einer
metallischen Ummantelung und einer innenliegenden dünnen Keramikschicht aufgebaut
sein. Hierbei kann eine geeignete dünne Keramikschicht auf die Innenseite der Ummantelung
aufgebracht sein, welche ursprünglich einen etwas größeren Innendurchmesser als die
übrige Füllkammer aufweist. Insgesamt ist dann der Innendurchmesser der Keramikoberfläche
mit Schicht wiederum an den Innendurchmesser der übrigen Füllkammer angeglichen. Derartige
Schichten können mittels Plasmaspritzen oder anderen geeigneten Verfahren zur Herstellung
dünner Schichten aufgebracht sein.
[0022] Vorteilhafterweise kann das Keramikmaterial aus Siliciumcarbid, Siliziumnitrid, Aluminiumoxid,
Zirkonoxid, Bornitrid oder Borcarbid bestehen. Je nach Temperatur und den korrosiven
Eigenschaften der Metallschmelze kommen unterschiedliche Materialien in Betracht.
Siliciumcarbid und dicht gesinteres Siliziumnitrid sind besonders bevorzugte Werkstoffe,
die sowohl gegenüber hohen Temperaturen wie auch gegenüber den mechanischen Belastungen
im Betrieb einer Druckgießanlage standhalten.
[0023] Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand der schematischen Zeichnungen näher
erläutert.
[0024] Darin zeigen:
Fig. 1 schematisch einen Längsschnitt durch eine Füllkammer mit Einsatz,
Fig. 2 schematisch eine Ansicht der einer Gießform abgewandten Stirnseite einer Füllkammer,
Fig. 3 schematisch eine Seitenansicht eines Einsatzes,
Fig. 4 schematisch einen Längsschnitt durch einen Einsatz, und
Fig. 5 schematisch eine Schrägansicht eines Einsatzes.
[0025] Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit denselben Bezugszeichen versehen.
[0026] Fig. 1 zeigt schematisch einen Längsschnitt durch eine Füllkammer 1 mit Einsatz 10
und der Zuführöffnung 3 als Einfüllbereich für Gießmaterial. Der Einsatz 10 hat eine
zylindrische Form und erstreckt sich vom äußeren rechten Ende der Füllkammer 1 bis
innerhalb einer Zuführöffnung 3 in der Füllkammer 1 in koaxialer Richtung. Die Füllkammer
1 ist ein hohlzylindrischer Körper mit einem vorderen Bereich 5, dessen Innendurchmesser
dem Durchmesser des Druckkolbens entspricht, wobei die zylindrische Innenfläche 2
als Gleitfläche für den in Fig. 1 nicht weiter dargestellten Druckkolben dient. An
diesen vorderen Bereich 5 schließt sich ein hinterer Bereich 6 an, in dem die Zuführöffnung
3 für das Gießmaterial angeordnet ist und der der Aufnahme des Einsatzes 10 dient.
Aus diesem Grund weist der hintere Bereich 6 einen größeren Innendurchmesser als der
vordere Bereich 5 auf. Dabei ist der Innendurchmesser des hinteren Bereiches 6 so
konzipiert, dass der Einsatz 10 sicher gehalten ist und dennoch mit einfachen Mitteln
herausgenommen werden kann.
[0027] An der Stirnseite der Füllkammer 1 ist ein Spannring 4 lösbar befestigt, welcher
gegen den Einsatz 10 gepresst wird, um dessen Lage im Inneren der Füllkammer 1 zu
fixieren. Dabei kann der Spannring 4 zweckmäßigerweise mittels eines Schnellverschlusses
an der Füllkammer 1 befestigbar sein. Dadurch ist ein schnelles Entnehmen und Austauschen
des Einsatzes 10 der Füllkammer 1 sichergestellt. Der Spannring 4 weist eine zentrale
Ausnehmung auf, durch die der Druckkolben in die Füllkammer 1 geführt werden kann.
[0028] In Fig. 1 ist der entnehmbare Einsatz 10 aus einer metallischen Ummantelung 20 und
einer innenliegenden Keramikbuchse 30 aufgebaut. Hierbei greift die metallische Ummantelung
20 des Einsatzes 10 an der Keramikbuchse 30 stirnseitig über und bildet mit der Innenfläche
31 der Keramikbuchse 30 eine einheitliche zylindrische Fläche. Auf diese Weise wird
die Haltekraft für die Fixierung des Einsatzes 10 stirnseitig vom Spannring 4 auf
die metallische Ummantelung 20 ausgeübt. Die spröde Keramik erfährt hier keine unerwünschten
Haltekräfte.
[0029] Am inneren Ende des Einsatzes ist die metallische Ummantelung stirnseitig durch einen
Haltering 25 abgeschlossen, der die Keramikbuchse fixiert. Mittels dieser wieder lösbaren
Verbindung kann im Bedarfsfall eine Keramikbuchse mit geringem Aufwand ausgewechselt
werden.
[0030] Fig. 2 zeigt schematisch eine Ansicht der einer Gießform abgewandten Stirnseite einer
Füllkammer 1. Der Spannring 4 ist an der zentralen Ausnehmung angefast, um eine schiefe
Führungsebene für den Druckkolben zu bilden.
[0031] Fig. 3 zeigt schematisch eine Seitenansicht eines Einsatzes 10. Der Einsatz 10 weist
benachbart zur Zuführöffnung 3 aus Fig. 1 für die Metallschmelze der Füllkammer 1
eine Öffnung 11 der Mantelfläche auf, die einen etwas größeren Durchmesser hat als
die konisch zulaufende Zuführöffnung 3.
[0032] Fig. 4 zeigt schematisch einen Längsschnitt durch einen Einsatz 10 von unten betrachtet,
in dem die Öffnung 11 als rechteckiger Ausschnitt zu sehen ist. Der Einsatz 10 weist
insgesamt einen gleichmäßigen Innendurchmesser auf, wobei die Innenfläche 31 der Keramikbuchse
und die Innenfläche des übergreifenden Anteils der Ummantelung mit der zylindrischen
Innenfläche 2 der Füllkammer 1 aus Fig. 1 genau fluchtet und gemeinsam mit dieser
die Gleitfläche für einen Druckkolben bildet.
[0033] Der Außendurchmesser des Einsatzes 10 ist über weite Bereiche ebenfalls konstant.
Lediglich am vorderen Ende ist der Übergang von der Stirnfläche zum Außenmantel des
Einsatzes 10 abgeschrägt, um das Einführen des Einsatzes 10 in die Füllkammer 1 zu
erleichtern. Außerdem ist der Außendurchmesser des Einsatzes 10 am äußeren Ende verringert,
um Platz zu schaffen für die Anordnung des Spannringes 4, wie in Fig. 1 gezeigt ist.
[0034] Fig. 5 zeigt schematisch eine Schrägansicht eines Einsatzes 10 geeignet zur Montage
in die Füllkammer 1.
Bezugszeichenliste
[0035]
- 1
- Füllkammer
- 2
- zylindrische Innenfläche
- 3
- Zuführöffnung
- 4
- Spannring
- 5
- vorderer Bereich
- 6
- hinterer Bereich
- 10
- Einsatz
- 11
- Öffnung der Mantelfläche
- 20
- metallische Ummantelung
- 25
- Haltering
- 30
- Keramikbuchse
- 31
- Innenfläche der Keramikbuchse
1. Füllkammer (1) für eine Druckgießmaschine, deren zylindrische Innenfläche (2) als
Gleitfläche für einen Druckkolben dient und die eine Zuführöffnung (3) für flüssiges
Gießmaterial sowie einen entnehmbaren zylindrischen Einsatz (10) aufweist, an dessen
Innenfläche der Druckkolben entlang gleitet und der mit einer radialen, mit der Zuführöffnung
(3) der Füllkammer (1) in Verbindung stehenden Öffnung (11) der Mantelfläche versehen
ist,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Innenfläche des entnehmbaren Einsatzes (10) zumindest zum Teil aus einem Keramikmaterial
besteht.
2. Füllkammer (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der entnehmbare Einsatz (10) aus einer metallischen Ummantelung (20) und einer innenliegenden
Keramikbuchse (30) aufgebaut ist.
3. Füllkammer (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die innenliegende Keramikbuchse (30) aus mehreren Segmenten aufgebaut ist.
4. Füllkammer (1) nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die metallische Ummantelung (20) des Einsatzes (10) eine Druckspannung auf die Keramikbuchse
(30) ausübt.
5. Füllkammer (1) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die metallische Ummantelung (20) des Einsatzes (10) auch bei Betriebstemperatur eine
Druckspannung auf die Keramikbuchse (30) ausübt.
6. Füllkammer (1) nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die metallische Ummantelung (20) des Einsatzes (10) einen axialen Schlitz (21) aufweist.
7. Füllkammer (1) nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die metallische Ummantelung (20) des Einsatzes (10) an der Keramikbuchse (30) stirnseitig
übergreift und mit der Innenfläche (31) der Keramikbuchse (30) eine einheitliche zylindrische
Fläche bildet.
8. Füllkammer (1) nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass am inneren Ende des Einsatzes (10) die metallische Ummantelung (20) stirnseitig einen
Haltering (25) aufweist, der die Keramikbuchse (30) fixiert.
9. Füllkammer (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der entnehmbare Einsatz (10) mit seiner Innenfläche nur einen Teil der Gleitfläche
für den Druckkolben im Bereich der Zuführöffnung (3) der Füllkammer (1) bildet.
10. Füllkammer (1) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass sich der entnehmbare Einsatz (10) vom äußeren Ende der Füllkammer (1) bis axial innerhalb
der Zuführöffnung (3) erstreckt.
11. Füllkammer (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der entnehmbare Einsatz (10) vollständig aus Keramik besteht.
12. Füllkammer (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der entnehmbare Einsatz (10) aus einer metallischen Ummantelung (20) und einer innenliegenden
dünnen Keramikschicht aufgebaut ist.
13. Füllkammer (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Keramikmaterial aus Siliciumcarbid, Siliziumnitrid, Aluminiumoxid, Zirkonoxid,
Bornitrid oder Borcarbid besteht.