DANNENMANN, Helmar (Anemonenstraße 11, Schorndorf, 73614, DE)
KURZ, Jürgen (Schurwaldstraße 24, Plüderhausen, 73655, DE)
SYDLO, Andreas (Remsstraße 92, Schorndorf, 73614, DE)
GERNER, Daniel (Schettelbachstraße 40, Mögglingen, 73563, DE)
ERHARD, Norbert (Habichtweg 11, Lorch, 73547, DE)
DANNENMANN, Helmar (Anemonenstraße 11, Schorndorf, 73614, DE)
KURZ, Jürgen (Schurwaldstraße 24, Plüderhausen, 73655, DE)
SYDLO, Andreas (Remsstraße 92, Schorndorf, 73614, DE)
GERNER, Daniel (Schettelbachstraße 40, Mögglingen, 73563, DE)
| Patentansprüche 1. Gießeinheit für eine Druckgießmaschine, mit - einem Gießkammerkörper (1 ), der eine mit Gießmaterial be- füllbare Gießkammer (2) mit einem Gießmaterialeinlass (8) und einem Gießmaterialauslass (3) aufweist, und - einem Gießkolben (4), der in der Gießkammer in einer Gießkolbenlängsrichtung vorbewegbar ist, um Gießmaterial unter Druck über den Gießmaterialauslass aus der Gießkammer auszutragen, und zurückbewegbar ist, wodurch Gießmaterial über den Gießmaterialeinlass in die Gießkammer zuführbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass - sich der Gießkolben (4) durch eine Durchführungsöffnung (5) des Gießkammerkörpers (1 ) hindurch von außen in die Gießkammer (2) hinein erstreckt, wobei ein Freiraumbereich (6) der Gießkammer zwischen einer Außenmantelfläche (4b) des in die Gießkammer vorbewegten Gießkolbens und einer dieser quer zur Gießkolbenlängsrichtung gegenüberliegenden Innenwandfläche (1 c) des Gießkammerkörpers gebildet ist, indem ein Außenquerschnitt (d) des Gießkolbens entsprechend kleiner ist als ein Innenquerschnitt (D) des Gießkammerkörpers. 2. Gießeinheit nach Anspruch 1 , weiter dadurch gekennzeichnet, dass der Gießmaterialeinlass in den Freiraumbereich und/oder in den Gießmaterialauslass mündet. 3. Gießeinheit nach Anspruch 2, weiter dadurch gekennzeichnet, dass der Gießmaterialeinlass und/oder eine ihm zugeordnete Gießmate- rialzufuhrleitung (7) mit einem Absperrelement (9) versehen ist, das gegen ein Entweichen von Gießmaterial aus der Gießkammer über den Gießmaterialeinlass sichert. 4. Gießeinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 3, weiter dadurch gekennzeichnet, dass der Gießkammerkörper einen Hohlzylinder (1 a) aufweist und die Durchführungsöffnung an einem Stirnende des Hohlzylinders vorgesehen ist. 5. Gießeinheit nach Anspruch 4, weiter dadurch gekennzeichnet, dass der Gießmaterialauslass und/oder der Gießmaterialeinlass am der Durchführungsöffnung gegenüberliegenden Stirnende des Hohlzylinders oder an einer Zylindermantelfläche des Hohlzylinders vorgesehen ist. 6. Gießeinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 5, weiter dadurch gekennzeichnet, dass eine Führungshülse (1 1 ) für den Gießkolben vorgesehen ist, die sich von einer der Gießkammer abgewandten Außenseite der Durchführungsöffnung nach außen und/oder von einer die Gießkammer zugewandten Innenseite der Durchführungsöffnung in die Gießkammer hinein erstreckt. 7. Gießeinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 6, weiter dadurch gekennzeichnet, dass ein Dichtelement (10) zur Abdichtung der Gießkolbendurchführung vorgesehen ist. 8. Gießeinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 7, weiter dadurch gekennzeichnet, dass eine Gießkolben-Temperiereinrichtung (14) zur wenigstens bereichsweisen aktiven Temperierung des Gießkolbens und/oder eine Führungshülsen-Temperiereinrichtung (12) vorgesehen ist. 9. Gießeinheit nach Anspruch 8, weiter dadurch gekennzeichnet, dass die Temperiereinrichtung dafür ausgelegt ist, den Gießkolben gemäß eines vorgebbaren Temperaturprofils entlang wenigstens eines Teils seiner in die Gießkammer vorbewegbaren Länge aktiv zu temperieren. 10. Gießeinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 9, weiter dadurch gekennzeichnet, dass eine Gießkammer-Temperiereinrichtung (13) zur aktiven Temperierung der Gießkammer vorgesehen ist. 1 1. Gießeinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 10, weiter dadurch gekennzeichnet, dass eine Entlastungsringnut (17) an einer dem Gießkolben zugewandten Innenwandung der Durchführungsöffnung oder der Führungshülse und ein von der Entlastungsringnut zur Außenseite des Gießkammerkörpers führender Entlastungskanal (18) vorgesehen sind. |
Die Erfindung bezieht sich auf eine Gießeinheit zur Verwendung in einer Druckgießmaschine, wobei die Gießeinheit einen Gießkammerkörper und einen Gießkolben beinhaltet. Der Gießkammerkörper weist eine mit Gießmaterial befüllbare Gießkammer mit einem Gießmaterialeinlass und einem Gießmaterialauslass auf. Der Gießkolben ist in der Gießkammer in einer Gießkolbenlängsrichtung vorbewegbar, um Gießmaterial unter Druck über den Gießmaterialauslass aus der Gießkammer auszutragen, und zurückbewegbar, wodurch Gießmaterial über den Gießmaterialeinlass in die Gießkammer zuführbar ist.
Derartige Gießeinheiten dienen typischerweise dazu, in den entsprechenden Druckgießmaschinen, z.B. vom Warmkammer- oder Kaltkammertyp, eine Metallschmelze durch die Wirkung des Gießkolbens aus der Gießkammer mit hoher Geschwindigkeit und hohem Druck in eine Formkavität zu fördern. In der Formkavität bildet sich dann durch Erstarren der Metallschmelze das gewünschte metallische Gussteil. Je nach Gießmaterial, z.B. Legierungen aus Zink, AI oder Magnesium, und her- - - zustellendem Gussteil hat die Gießeinheit relativ hohe Temperaturen und Drücke der Metallschmelze von z.B. über 600°C und 1000 bar auszuhalten, was bekanntermaßen besondere konstruktive Maßnahmen erfordert.
Bei herkömmlichen Gießeinheiten ist der Gießkolben typischerweise als Schieberkolben ausgebildet, der in einem hohlzylindrischen Gießkammerkörper axial vor- und zurückbewegbar ist, wobei sein Außenquerschnitt dem Innenquerschnitt des Gießkammerkörpers entspricht. Mit anderen Worten bildet dieser Schieberkolben eine das Gießkammervolumen variabel begrenzende, axial bewegliche Stirnwand der Gießkammer, wobei dieser herkömmliche Gießkolbentyp durch seinen dem Innenquerschnitt des Gießkammerkörpers entsprechenden Außenquerschnitt das Gießkammervolumen zu dieser Stirnseite hin abdichtet, gegebenenfalls unterstützt durch zugeordnete Dichtungsmittel, die z.B. am Kolbenaußenumfang angeordnet sind. Die Kraftübertragung auf den Gießkolben erfolgt über einen am gießkammerabgewandten Stirnende des Gießkolbens vorgesehenen Kolbenschaft mit gegenüber dem Gießkolben geringerem Querschnitt. Der Gießkolbenschaft kann z.B. durch eine zugehörige Durchführungsöffnung im Gießkammerkörper aus letzterem herausgeführt sein, wobei dann diese Durchführungsöffnung einen demjenigen des Kolbenschaftes entsprechenden Querschnitt aufweist, der geringer als der Gießkolbenaußenquerschnitt und der Innenquerschnitt des zylindrischen Gießkammerkörpers ist.
Verschiedene herkömmliche Gießeinheiten sind z.B. in den Offenlegungsschriften DE 10 2005 009 669 A1 , DE 195 44 716 A1 und DE 43 16 927 A1 sowie in der Patentschrift EP 1 483 074 B1 offenbart.
Gießeinheiten mit dem besagten Schieberkolbentyp stellen einige spezifische technologische Herausforderungen. Ein Problempunkt ist der Effekt der sogenannten Randschalenerstarrung. Durch die vergleichswei- - - se kühlere Zylinderwand des Gießkammerkörpers kann Schmelzematerial an dessen Innenwand erstarren und die Bewegung des sich entlang dieser mit zweidimensionalem Flächenkontakt abdichtend bewegenden Gießkolbens stören bzw. erschweren. Zudem befindet sich bei zurückbewegtem Gießkolben außer Gießmaterial meist auch Luft in der Gießkammer, die beim Formfüllvorgang, d.h. beim Vorbewegen des Gießkolbens, wieder ausgetrieben werden muss bzw. zu Schmelzeoxidations- problemen führen kann.
Der Erfindung liegt als technisches Problem die Bereitstellung einer Gießeinheit für eine Druckgießmaschine zugrunde, mit der sich die oben erwähnten Schwierigkeiten herkömmlicher Gießeinheiten vom Schieberkolbentyp beseitigen oder jedenfalls verringern lassen.
Die Erfindung löst dieses Problem durch die Bereitstellung einer Gießeinheit mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Bei dieser Gießeinheit erstreckt sich der Gießkolben durch eine Durchführungsöffnung des Gießkammerkörper hindurch von außen in die Gießkammer hinein, wobei ein Freiraumbereich der Gießkammer zwischen einer Außenmantelfläche des in die Gießkammer vorbewegten Gießkolbens und einer dieser quer zur Gießkolbenlängsrichtung gegenüberliegenden Innenwandfläche des Gießkammerkörpers gebildet ist, indem ein Außenquerschnitt des Gießkolbens entsprechend kleiner ist als ein Innenquerschnitt des Gießkammerkörpers.
Mit anderen Worten ist der Gießkolben bei der erfindungsgemäßen Gießeinheit von einem Verdrängertyp, der durch Vorwärtsbewegen in die Gießkammer das Gießkammervolumen entsprechend verringert, ohne dass er sich mit seinem Außenquerschnitt nach Art eines herkömmlichen Schieberkolbens ganzflächig abdichtend gegen den Innenquerschnitt des Gießkammerkörpers anlegt. Durch die Belassung des Freiraumbereichs entfallen jegliche Reibungsprobleme zwischen dem Au- - - ßenquerschnitt des Gießkolbens und dem quer zur Gießkolbenlängsrichtung gegenüberliegenden Innenquerschnitt des Gießkammerkörpers z.B. aufgrund des erwähnten Randschalenerstarrungseffekts. Eine Reibungsproblematik durch zweidimensionalen, flächigen Reibkontakt kann so lokal auf den Bereich der Durchführungsöffnung begrenzt werden. Diese ist viel einfacher beherrschbar als die herkömmliche Reibungsproblematik zwischen Gießkolbenaußenquerschnittsfläche und Innen- querschnittsfläche des Gießkammerkörpers entlang der gesamten Verschiebungslänge beim herkömmlichen Schieberkolbentyp. Bei Bedarf kann ein lediglich eindimensionaler, linienförmiger oder nulldimensiona- ler, punktförmiger Führungskontakt zwischen Gießkolben und Gieß- kammerbegrenzungswand beibehalten werden. Außerdem bietet diese erfindungsgemäße Gestaltung der Gießeinheit vergleichsweise einfach die Möglichkeit, die Gießkammer stets vollständig mit Gießmaterial befüllt zu halten, ohne dass zwangsläufig Umgebungsluft in die Gießkammer gelangt.
In einer Weiterbildung der Erfindung mündet der Gießmaterialeinlass in den Freiraumbereich und/oder in den Gießmaterialauslass der Gießkammer. Dies hat vorteilhaft zur Folge, dass der Gießkammereinlass auch bei maximal vorbewegtem Gießkolben von letzterem nicht blockiert wird. So kann Gießmaterial schon zu Beginn der Rückbewegung des Gießkolbens aus seiner maximal vorbewegten Position über den Gieß- einlass in die Gießkammer zugeführt werden. Im Gegensatz dazu ist bei herkömmlichen Gießeinheiten vom Schieberkolbentyp der Gießeinlass meist durch den vorbewegten Gießkolben blockiert und wird von diesem erst freigegeben, wenn sich der Gießkolben um einen gewisse Weglänge aus seiner maximal vorbewegten Stellung heraus zurückbewegt hat. Die vorliegende Gießeinheit ermöglicht folglich ein vergleichsweise gleichmäßiges, homogenes Zuführen von Gießmaterial in die Gießkammer und damit auch die Vermeidung unerwünschter Turbulenzen und eines unerwünschten Ansaugens von Umgebungsluft über den - -
Gießmaterialauslass beim Zurückbewegen des Gießkolbens. Die Gießkammer kann damit ohne weiteres stets vollständig mit Gießmaterial befüllt gehalten werden.
In weiterer Ausgestaltung ist der Gießmaterialeinlass und/oder eine ihm zugeordnete Gießmaterialzufuhrleitung mit einem Absperrelement versehen, das verhindert, dass Gießmaterial über den Gießmaterialeinlass aus der Gießkammer austritt. Je nach Bedarf und Anwendungsfall kann es sich um ein aktiv oder passiv wirkendes Absperrelement von an sich herkömmlichem Typ handeln, z.B. um ein entsprechendes Rückschlagventil.
In Weiterbildung der Erfindung weist der Gießkammerkörper einen Hohlzylinder auf, und die Durchführungsöffnung ist an einem Stirnende desselben vorgesehen. Der Gießkolben kann sich dann beispielsweise mit zur Hohlzylinderlängsachse paralleler Kolbenlängsachse axial über die Durchführungsöffnung in die Gießkammer erstrecken. In weiterer Ausgestaltung ist der Gießmaterialauslass und/oder der Gießmaterialeinlass an dem der Durchführungsöffnung gegenüberliegenden Stirnende des Hohlzylinders oder an einer Zylindermantelfläche des Hohlzylinders vorgesehen. Diese Positionierungsmaßnahmen können zu einer günstigen Strömungscharakteristik für das in die Gießkammer einzuleitende und aus dieser unter Druck in eine Formkavität austragbare Gießmaterial beitragen.
In Weiterbildung der Erfindung ist eine Führungshülse für den Gießkolben vorgesehen, die sich von einer der Gießkammer abgewandten Außenseite der Durchführungsöffnung nach außen und/oder von einer der Gießkammer zugewandten Innenseite der Durchführungsöffnung in die Gießkammer hinein erstreckt. Mit dieser Führungshülse kann der Gießkolben während seiner Vor- und Rückbewegung zusätzlich gestützt und geführt werden. - -
In Weiterbildung der Erfindung ist ein Dichtelement zur Abdichtung der Gießkolbendurchführung vorgesehen. In einer möglichen Realisierung ist das Dichtelement an einer gießkammerzugewandten Innenseite der Durchführungsöffnung bzw. der Führungshülse angeordnet. Das Anordnen an der Innenseite hat den Vorteil, dass erstarrtes Schmelzematerial, wenn es in diesem Bereich zu einem Erstarrungseffekt kommen sollte, beim Vorbewegen des Gießkolbens problemlos wieder in die Gießkammer gedrückt werden kann, ohne dass dies störende Reibungserscheinungen zwischen Gießkolben und Innenwand des Gießkammerkörpers zur Folge hat. Auch beim Zurückbewegen des Gießkolbens macht Schmelzematerial, das eventuell im Bereich des Dichtelementes an der Innenseite der Durchführungsöffnung bzw. der Führungshülse erstarrt, keine Probleme, schon weil diese Rückbewegung im Gegensatz zur Vorbewegung des Gießkolbens quasi drucklos stattfinden kann. Denn das Gießmaterial in der Gießkammer steht bei der Rückbewegung des Gießkolbens nicht unter dem hohen Druck, wie er während der Formfüllphase beim Vorbewegen des Gießkolbens herrscht, sondern ist drucklos oder steht allenfalls unter einem wesentlich geringeren Zufuhrdruck, der optional zum Nachspeisen von Gießmaterial in die Gießkammer verwendet werden kann.
In Weiterbildung der Erfindung ist eine Gießkolben-Temperiereinrichtung zur wenigstens bereichsweise aktiven Temperierung des Gießkolbens vorgesehen. Dadurch kann je nach Bedarf und Anwendungsfall aktiv auf die Temperatur des Gießkolbens Einfluss genommen werden, dessen jeweils in der Gießkammer befindlicher Teil der Temperatureinwirkung durch das dortige heiße Gießmaterial unterliegt. In Ausgestaltung dieser Maßnahme ist die Gießkolben-Temperiereinrichtung dafür ausgelegt, den Gießkolben gemäß eines vorgebbaren Temperaturprofils entlang wenigstens eines Teils seiner Länge aktiv temperieren zu können. Beispielsweise kann damit ein zu einem Temperaturgradienten entlang des - -
Gießkolbens führender Temperatureinfluss des heißen Gießmaterials in der Gießkammer auf den Gießkolben geeignet teilkompensiert oder vollständig kompensiert werden.
In Weiterbildung der Erfindung ist eine Gießkammer-Temperiereinrichtung zur aktiven Temperierung der Gießkammer vorgesehen. Dies kann beispielsweise dazu genutzt werden, Schmelzeerstarrungseffekten in der Gießkammer vorzubeugen bzw. eine relativ homogene Temperaturverteilung des Gießmaterials in der Gießkammer zu erzielen.
In Weiterbildung der Erfindung weist die Gießeinheit eine Entlastungsringnut und einen Entlastungskanal auf, wobei sich die Entlastungsringnut an einer dem Gießkolben zugewandten Innenwandung der Durchführungsöffnung oder der Führungshülse befindet und der Entlastungskanal von der Entlastungsringnut aus zur Außenseite des Gießkammerkörpers führt. Wenn z.B. wegen Verschleiß etwas Schmelzematerial oder ein anderes Fluid zwischen Gießkolben und Durchführungsöffnung bzw. Führungshülse gelangt, kann dieses über die Entlastungsringnut und den Entlastungskanal kontrolliert nach außen abgeführt werden.
Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden nachfolgend beschrieben. Hierbei zeigen:
Fig. 1 in einer schematischen Seitenansicht eine Gießeinheit für eine
Druckgießmaschine,
Fig. 2 eine Ansicht entsprechend Fig. 1 für eine Variante der Gießeinheit mit Entlastungsringnnut und Entlastungskanal, - -
Fig. 3 eine Ansicht entsprechend Fig. 2 für eine Variante der Gießeinheit, bei welcher ein Gießmaterialeinlass in einen Gießmaterial- auslassbereich statt einen Freiraumbereich der Gießkammer mündet,
Fig. 4 eine Ansicht entsprechend Fig. 2 für eine Variante der Gießeinheit mit einer sich primär in die Gießkammer hinein statt von der Gießkammer nach außen erstreckenden Gießkolben- Führungshülse und
Fig. 5 eine Ansicht entsprechend Fig. 4 für eine Variante der Gießeinheit ohne aktive Gießkammertemperierung.
Die in Fig. 1 schematisch dargestellte Gießeinheit eignet sich insbesondere zum Verarbeiten von flüssigen und teilflüssigen Metallschmelzen, wie Legierungen aus Zinn, Zink, Blei, Aluminium, Magnesium, Titan, Stahl oder Kupfer bzw. mehreren dieser Metalle, Mischungen mehrerer Metalle sowie optional derartige Materialien mit Beimischungen von Partikeln, in einer zugehörigen Druckgießmaschine. Die Gießeinheit kann je nach Bedarf und insbesondere je nach Druckgießmaschinentyp z.B. als sogenannte vertikale oder horizontale Gießeinheit in die betreffende Gießmaschine eingebaut werden. Die Gießeinheit weist einen Gießkammerkörper 1 auf, der im gezeigten Beispiel einen Hohlzylinder 1 a umfasst, welcher mit seinem Inneren eine Gießkammer 2 bildet. An einer in Fig. 1 rechten Stirnseite ist ein Gießmaterialauslass 3 vorgesehen, über den Gießmaterial aus der Gießkammer 2 in herkömmlicher, hier nicht weiter gezeigter Weise in eine Formkavität gefördert werden kann, die in üblicher Weise von einer festen und einer beweglichen Formhälfte der Druckgießmaschine gebildet wird und die Kontur eines herzustellenden Gussteils definiert. - -
Des weiteren beinhaltet die Gießeinheit einen Gießkolben 4, der als länglicher Verdrängerkolben realisiert ist und sich durch eine Durchführungsöffnung 5 des Gießkammerkörpers 1 hindurch von außen in die Gießkammer 2 hinein erstreckt. Im gezeigten Beispiel ist die Durchführungsöffnung 5 an der dem Gießmaterialauslass 3 gegenüberliegenden Stirnseite des hohlzylindrischen Gießkammerkörpers 1 vorgesehen, und zwar ebenso wie der Gießmaterialauslass 3 mittig zu einer Längsachse 1 b des Gießkammer-Hohlzylinders 1 . Der Gießkolben 4 ist mit zur Hohlzylinder-Längsachse 1 b fluchtender Längsachse 4a axial hin und her bewegbar gehalten, wie mit einem Bewegungsdoppelpfeil B symbolisiert, wobei er in Fig. 1 in einer rückwärtigen Endstellung gezeigt ist.
Der Gießkolben 4 weist einen Außendurchmesser d auf, der wenigstens über einen in die Gießkammer 2 hinein bzw. durch die Durchführungsöffnung 5 hindurch bewegbaren Teil des Gießkolbens 4 konstant ist und dem Durchmesser der Durchführungsöffnung 5 im Wesentlichen entspricht. Optional kann dieser Teil des Gießkolbens 4 auch eine leicht konische Form aufweisen, wobei in diesem Fall für eine angepasste Abdichtung zu sorgen ist. Demgegenüber weist der Gießkammer- Hohlzylinder 1 a einen größeren Innendurchmesser D auf, d.h. D>d, so dass zwischen dem in die Gießkammer vorbewegten Gießkolbenabschnitt und der radial gegenüberliegenden Gießkammerwand ein Ringspalt 6 als ein Freiraumbereich der Gießkammer verbleibt, der bleibend zum Gießkammervolumen gehört, da er nicht vom Gießkolben abgesperrt wird. Mit anderen Worten liegen sich in einer in der Fig. 1 gestrichelt angedeuteten, vorgeschobenen Gießkolbenstellung 4' eine Außenmantelfläche 4b des Gießkolbens 4 und eine Innenwandfläche 1 c des hohlzylindrischen Gießkammerkörpers 1 mit einem radialen Freiraumabstand D-d gegenüber, wobei der so gebildete Freiraum-Ringspalt 6 im Betrieb bleibend mit dem in der Gießkammer 2 befindlichen Gießmaterial gefüllt ist. Es versteht sich, dass der Gießkolben 4 in seinem nicht in die Gießkammer 2 hinein bewegbaren, hinteren Abschnitt eine - - beliebige Querschnittsgestaltung aufweisen kann, z.B. eine gestufte oder konische Form.
In der gezeigten hinteren Kolbenendstellung befindet sich ein gießkam- merseitiges Stirnende 4c des Gießkolbens 4 mit geringem Abstand zur Durchführungsöffnung 5 in der Gießkammer 2. Aus dieser hinteren Endstellung kann der Gießkolben 4 jeweils so weit vorbewegt werden, dass die gewünschte Menge an flüssigem oder teilflüssigem Gießmaterial im zugehörigen Formfüllvorgang aus der Gießkammer 2 in die Formkavitat ausgetragen wird, d.h. das Volumen an auszutragendem Gießmaterial ist gleich dem Volumen des in die Gießkammer 2 hinein bewegten Teils des Gießkolbens 4. Maximal kann der Gießkolben 4 bis zu einer Position vorbewegt werden, in welcher sein vorderes Stirnende 4c die Innenwand des Gießkammerkörpers 1 an der Stirnseite erreicht, an welcher sich der Gießmaterialauslass 3 befindet, wobei der Kolbendurchmesser d in diesem Beispiel größer ist als ein Durchmesser a des Gießmaterialauslasses 3. Alternativ kann vorgesehen sein, den Durchmesser a des Gießmaterialauslasses 3 größer als den Kolbendurchmesser d zu wählen. In diesem Fall kann sich der Gießkolben 4 mit seinem vorderen Stirnende 4c in den Gießmaterialauslass 3 hinein vorbewegen, wenn dies für den betreffenden Anwendungsfall zweckmäßig ist. Die vordere Endstellung des Gießkolbens 4 kann hierbei durch den Hub eines herkömmlichen, nicht gezeigten Antriebs für den Gießkolben 4 oder durch einen entsprechenden Begrenzungsanschlag definiert sein.
Gießmaterial kann der Gießkammer 2 über eine Gießmaterialzufuhrlei- tung 7 und einen zugehörigen Gießmaterialeinlass 8 zugeführt werden, der in eine Zylindermantelfläche des Hohlzylinders 1 a eingebracht ist. Dies hat zur Folge, dass der Gießmaterialeinlass 8 in den ringspaltför- migen Freiraumbereich 6 der Gießkammer 2 einmündet und dadurch nicht von dem vorbewegten Gießkolben 4 abgesperrt wird. Der Gießmaterialeinlass 8 und/oder die Gießmaterialzufuhrleitung 7 sind mit einem - - aktiv oder passiv wirkenden Absperrelement 9 versehen, mit dem verhindert wird, dass in der Gießkammer befindliches Gießmaterial beim Vorbewegen des Gießkolbens 4 in die Gießkammer 2 über den Gießma- terialeinlass 8 entweichen kann. Beispielsweise kann das Absperrelement 9 wie schematisch gezeigt als Rückschlagventil realisiert sein.
Zur Abdichtung der Durchführung des Gießkolbens 4 durch die Durchführungsöffnung 5 hindurch ist ein Dichtelement 10, z.B. ein abdichtender Gummi- oder Metallring, an einer gießkammerseitigen Innenseite der Durchführungsöffnung 5 vorgesehen. Das Dichtelement 10 ist vorzugsweise so gestaltet, z.B. als entsprechend geformtes Dichtlippenelement, dass es unter dem Druck des Gießmaterials in der Gießkammer 2 abdichtend gegen den durchgeführten Gießkolben 4 andrückt und/oder in die Durchführungsöffnung 5 eingelassen bzw. eingefügt ist. Für das Dichtelement 10 ist je nach Bedarf eine elastische oder nicht elastische Bauform mit geeigneter Geometrie verwendbar.
Zur Führung des axial beweglichen Gießkolbens 4 ist eine Führungshülse 1 1 mit dem Kolbendurchmesser d entsprechendem Hülseninnendurchmesser vorgesehen, die im gezeigten Beispiel als axialer Fortsatz bzw. Flansch des Gießkammerkörpers 1 realisiert ist. Gleichzeitig dient die Führungshülse 1 1 im gezeigten Ausführungsbeispiel zur Aufnahme einer Führungshülsen-Temperiereinrichtung 12, die zur aktiven Führungshülsentemperierung dient und sich wie gezeigt axial auch in den Bereich der Durchführungsöffnung 5 erstrecken kann. Die Temperiereinrichtung 12 kann auch zur Temperierung des in der Führungshülse 1 1 geführten Gießkolbens 4 beitragen. Sie kann z.B. von einem Typ mit einem flüssigen oder gasförmigen Temperiermedium sein, das durch Temperierkanäle geleitet wird, die den Gießkolben 4 im entsprechenden Abschnitt der Führungshülse 1 1 bzw. der Durchführungsöffnung 5 koaxial umgeben. - -
Zur aktiven Gießkolbentemperierung kann, wie im gezeigten Ausführungsbeispiel realisiert, eine entsprechende Gießkolben-Temperiereinrichtung 14 vorgesehen sein, die wiederum beispielsweise von einem Typ mit einem flüssigen oder gasförmigen Temperiermedium ist, das durch einen oder mehrere Temperierkanäle 14a geleitet wird, welche sich im Gießkolben 4 selbst erstrecken. Im gezeigten Ausführungsbeispiel ist dies dadurch realisiert, dass ein Temperierrohr 15 längsmittig in einen Innenraum 16 des zu diesem Zweck als Hohlzylinder realisierten Gießkolbens 4 unter Belassung eines Ringspalts zwischen dem Temperierrohr 15 und der Gießkolben-Innenwandung eingefügt ist. Der Ringspalt stellt einen ersten Temperierkanal dar, während das Temperierrohr 15 einen zweiten Temperierkanal darstellt, wobei das Temperiermedium über einen der beiden Temperierkanäle bis in den vorderen Gießkolbenbereich geführt und über den anderen Temperierkanal wieder nach hinten abgeführt werden kann.
Die erwähnten Temperiereinrichtungen 12, 14 können dazu verwendet werden, den Gießkolben 4 bzw. die Führungshülse 1 1 im betreffenden Abschnitt aktiv zu temperieren, z.B. gemäß eines vorgebbaren Temperaturprofils entlang wenigstens eines Teils seiner in die Gießkammer vorbewegbaren Länge. Insbesondere kann dadurch je nach Bedarf und Anwendungsfall dem Temperatureinfluss der heißen Gießschmelze in der Gießkammer 2 auf den in die Gießkammer hinein bewegbaren Teil des Gießkolbens 4 entgegengewirkt werden, beispielsweise zu dem Zweck, keine zu hohen axialen Temperaturgradienten im Gießkolben 4 entstehen zu lassen, die aufgrund lokal unterschiedlicher Kolbenmaterialausdehnung die Abdichtung des Gießkolbens 4 an der Durchführungsöffnung 5 erschweren könnten. Die beiden Temperiereinrichtungen 12, 14 können für diesen Zweck einer gewünschten Temperierung des Gießkolbens 4 und zweckmäßigerweise auch der Führungshülse 1 1 geeignet aufeinander abgestimmt werden, wobei in alternativen Ausfüh- - - rungsformen auch nur eine der beiden Temperiereinrichtungen 12, 14 vorgesehen sein kann.
Des weiteren ist eine Gießkammer-Temperiereinrichtung 13 vorgesehen, mit der die Gießkammer 2 samt Gießmaterialeinlass 8 nebst angrenzender Gießmaterialzufuhrleitung 7 und Gießmaterialauslass 3 nebst angrenzender Gießmaterialauslassleitung in einer gewünschten Weise steuerbar aktiv temperiert werden kann. Dazu kann auch diese Temperiereinrichtung 13 z.B. von einem Typ mit einem flüssigen oder gasförmigem Temperiermedium sein, das durch Temperierkanäle geleitet wird, welche den Hohlzylinder 1 a bzw. die Gießmaterialzufuhrleitung 7 und/oder die Gießmaterialauslassleitung koaxial umgeben. Mit dieser Temperiereinrichtung 13 ist es folglich möglich, das Gießmaterial ohne starke Temperaturgradienten auf einem vergleichsweise konstanten Temperaturniveau zu halten, wenn es für den jeweils nächsten Gießvorgang über die Zufuhrleitung 7 in die Gießkammer 2 geleitet, dort bevorratet und dann im Formfüllvorgang über den Gießmaterialauslass 3 ausgetragen wird. Bei Bedarf kann die Temperiereinrichtung 13 in mehrere getrennt steuerbare Temperierzonen bzw. Temperiereinheiten aufgeteilt sein.
Wie aus der obigen Beschreibung der konstruktiven Gegebenheiten bereits ersichtlich, wirkt bei der gezeigten Gießeinheit der Gießkolben 4 als reiner Verdrängerkolben, dessen Vorschub in die Gießkammer 2 die wie üblich unter hoher Geschwindigkeit und hohem Druck in eine Formkavi- tät aus der Gießkammer 2 auszutragende Schmelzemenge bestimmt, wobei sich der Gießkolben 4 frei in die Gießkammer 2 hinein bewegt, ohne mit seiner Mantelfläche an einer Zylinderinnenwand des Gießkammerkörpers 1 flächig entlang zu leiten. Störende Reibungseffekte an einer entsprechenden Gleitfläche zwischen Gießkolben und Gießkammerwand, wie sie den herkömmlichen Gießeinheiten vom Schieberkol- - - bentyp inhärent sind, entfallen bei dieser Gießeinheit vom Verdränger- kolbentyp prinzipbedingt.
Zudem kann relativ einfach vermieden werden, dass beim Zurückbewegen des Gießkolbens 4 nach beendetem Formfüllvorgang Luft in die Gießkammer 2 gelangt. Denn der vorbewegte Gießkolben 4 sperrt den Gießmaterialeinlass 8 nicht ab, so dass beim Zurückbewegen des Gießkolbens 4 sofort Gießmaterial über die Zufuhrleitung 7 und das dann öffnende Absperrelement 9 in die Gießkammer 2 nachgespeist werden kann. Dieses Einleiten von Gießmaterial erfolgt z.B. im Wesentlichen drucklos oder mit geringem Überdruck, und in jedem Fall kann das Einsaugen von Luft z.B. über den Gießmaterialeinlass 3 vermieden werden, wenn gewünscht. Das Nachspeisen kann zudem dadurch verbessert werden, dass sich am Gießmaterialauslass durch Gießmaterialerstarrung gegen Ende des jeweiligen Gießzyklus ein verschließender Pfropf bildet, der das Einsaugen von Luft verhindert.
Das vorliegend realisierte Verdrängerkolbenprinzip erleichtert den Aufbau eines hohen Drucks und die Bewegung des Gießkolbens 4 mit hoher Geschwindigkeit zur Bewirkung der Formfüllung, wobei das dann geschlossene Absperrelement 9 den Gießmaterialeinlass 8 geschlossen hält, so dass das vom Gießkolben 4 verdrängte Gießmaterial allein über den Gießmaterialauslass 3 aus der Gießkammer 2 hinausgelangt, um die Formkavität zu füllen. Weiter hat die erfindungsgemäße Gießkolbenkonfiguration den Vorteil, dass kein Kolbenschmiermittel benötigt wird und folglich keine entsprechenden Rückstände im hergestellten Gussteil auftreten können.
Die Fig. 2 bis 5 veranschaulichen verschiedene vorteilhafte Varianten der Gießeinheit von Fig. 1 , wobei zum leichteren Verständnis für identische oder funktionell äquivalente Elemente gleiche Bezugszeichen ver- - - wendet sind und insoweit auf die obigen Ausführungen zur Gießeinheit von Fig. 1 verwiesen werden kann.
Die in Fig. 2 gezeigte Gießeinheit weist zusätzlich zu derjenigen von Fig. 1 eine Entlastungsringnut 17 und einen zugeordneten Entlastungskanal 18 auf. Die Entlastungsringnut 17 ist in diesem Beispiel kreisringförmig in die Innenwand der Führungshülse 1 1 eingebracht, und zwar auf einer axialen Höhe zwischen der Durchführungsöffnung 5 des Gießkammerkörpers 1 und dem axial äußeren Stirnende der Führungshülse 1 1. Der Entlastungskanal 18 führt von der Entlastungsringnut 17 nach außen, d.h. in den Außenraum außerhalb der Gießkammer 1 , wozu der Entlastungskanal 18 beispielsweise als radiale Bohrung durch die Wandung der Führungshülse 1 1 hindurch eingebracht ist.
Die Entlastungsringnut 17 bildet zusammen mit dem Entlastungskanal 18 ein leckageabführendes Mittel, um irgendwelches Material, wie Schmelzematerial, kontrolliert abführen zu können, das eventuell in unerwünschter Weise in den Zwischenraum zwischen Gießkolben 4 und Durchgangsöffnung 5 bzw. Führungshülse 1 1 eindringt, z.B. aufgrund von Verschleißerscheinungen an der Außenseite des Gießkolbens 4, am Dichtelement 10 und/oder an der Innenseite der Durchführungsöffnung 5 bzw. der Führungshülse 1 1.
Die in Fig. 3 gezeigte Gießeinheit unterscheidet sich von denjenigen der Fig. 1 und 2 darin, dass der Gießmaterialeinlass 8 nicht in den Freiraumbereich 6, sondern in den Bereich des Gießmaterialauslasses 3 der Gießkammer 2 einmündet. Auch diese Platzierung des Gießmaterialeinlasses 8 gewährleistet, dass er nicht vom vorbewegten Gießkolben 4 abgesperrt wird. Auch ansonsten gelten die oben zu den Ausführungsbeispielen der Fig. 1 und 2 erläuterten Eigenschaften und Vorteile in gleicher Weise für die Gießeinheit von Fig. 3. - -
Die in Fig. 4 gezeigte Gießeinheit unterscheidet sich von denjenigen der Fig. 1 und 2 darin, dass zur gestützten Führung des Gießkolbens 4 eine Führungshülse 1 1 ' ausgebildet ist, die sich in diesem Fall primär in die Gießkammer 2 hinein erstreckt, d.h. mit einer vorgebbaren axialen Führungshülsenlänge in den zwischen Gießkolben 4 und Gießkammerinnenwand 1 c verbleibenden Freiraumbereich 6 hinein. Das Dichtelement 10 ist in diesem Beispiel im Bereich des inneren Stirnendes dieser Führungshülse 1 1 ' angeordnet bzw. darin eingelassen. Die Entlastungsringnut 17 und der Entlastungskanal 18, die auch bei dieser Variante der Gießeinheit optional vorgesehen sein können, befinden sich im Bereich eines relativ kurzen axialen, vom eigentlichen Gießkammer-Hohlzylinder 1 a nach außen weisenden Teil der Führungshülsenabstützung des Gießkolbens 4.
Da sich bei dieser Au sführungs Variante der überwiegende Teil der Führungshülse 1 1 ' in der Gießkammer 2 befindet und daher im Betrieb vom dort vorliegenden Schmelzematerial erwärmt werden kann, kann die Führungshülsen-Temperiereinrichtung 12, wie sie in den Fig. 1 bis 3 gezeigt ist, optional entfallen.
Die in Fig. 5 gezeigte Gießeinheit entspricht derjenigen von Fig. 4 mit der Ausnahme, dass in diesem Fall die Temperiereinrichtung 13 zur aktiven Gießkolbentemperierung nicht vorgesehen ist. Diese Gießeinheit eignet sich beispielsweise für Anwendungsfälle, die keine aktive Beheizung der Gießkammer 2 erfordern. Diese Variante ist z.B. für Einsatzfälle verwendbar, bei denen die komplette Gießeinheit in ein Schmelzebad eintaucht, so dass die Gießeinheit passiv über das heiße Schmelzematerial erwärmt wird, d.h. das heiße, flüssige Schmelzematerial umgibt die Gießkammer 2 bzw. den Gießkammerkörper 1 und hält diese bzw. diesen auch von außen warm. Zusätzlich kann das über den Gießmaterial- einlass 8 aus dem Schmelzebad in die Gießkammer 2 eingeleitete - -
Schmelzematerial die Gießkammer 2 von innen warm halten, wie dies auch bei den anderen gezeigten Ausführungsbeispielen der Fall ist.
Es versteht sich, dass weitere Varianten der erfindungsgemäßen Gießeinheit möglich sind, bei denen die zu den Varianten der Fig. 2 bis 5 erwähnten unterschiedlichen Modifikationen in anderer Weise kombiniert sind. So ist z.B. in allen Fällen die Entlastungsringnut 17 mit dem Entlastungskanal 18 optional vorhanden oder nicht. Dabei kann die Entlastungsringnut 17 alternativ zur erwähnten kreisförmigen Gestaltung z.B. auch einen schraubenförmig gewendelten Verlauf haben. Die Einmündung des Gießmaterialeinlasses 8 in einen Bereich des Gießmaterialauslasses 3, wie sie zu Fig. 3 gezeigt ist, kann auch bei den Varianten der Fig. 4 und 5 vorgesehen sein. Zudem kann bei der Variante mit nicht aktiv beheizter Gießkammer 2 gemäß Fig. 5 anstelle der gezeigten, primär in die Gießkammer 2 hinein weisenden Führungshülse 1 1 ' eine primär nach außen weisende Führungshülse vorgesehen sein, wie die Führungshülse 1 1 bei den Varianten der Fig. 1 bis 3.
Es versteht sich zudem, dass die Erfindung nicht auf die in den Figuren gezeigten bzw. oben erwähnten Ausführungsbeispiele beschränkt ist. So können in anderen Ausführungsbeispielen der Erfindung weitere Modifikationen hiervon vorgesehen sein, beispielsweise kann ein Gießkolben mit nicht kreisförmigem Querschnitt und einer korrespondierend gestalteten Durchführungsöffnung verwendet werden, und/oder die Führungshülse kann als Bauteil separat vom Gießkammerkörper realisiert sein, eventuell als ein an diesem montiertes Bauteil. In weiteren Ausführungsformen der Erfindung können der Gießmaterialeinlass und der Gießma- terialauslass gegenüber ihren Positionen im gezeigten Ausführungsbeispiel vertauscht sein oder an beliebigen anderen Positionen in die Gießkammer münden. Der Gießkolben kann sich in entsprechenden Ausführungsformen auch quer zur Längsrichtung des Gießmaterialauslasses - - und/oder des Gießmaterialeinlasses in die Gießkammer hinein erstrecken. Für jede der erwähnten Temperiereinrichtungen 12, 13, 14 ist außer den genannten auch jeder andere dem Fachmann für diese Anwendung geläufige Bautyp verwendbar, im Fall einer Heizeinrichtung z.B. auch eine elektrische Heizeinrichtung mit elektrischen Heizelementen.
In den gezeigten Beispielen ist der Freiraumbereich als in Umfangsrich- tung durchgängiger Ringspalt gebildet, d.h. der Gießkolben bewegt sich in der Gießkammer 2 frei ohne Abstützung. In alternativen Ausführungsformen kann eine Punkt- oder Linienführung des Gießkolbens innerhalb der Gießkammer vorgesehen sein, d.h. in derartigen Ausführungsbeispielen legt sich der Gießkolben mit einer Außenmantelfläche längs eines oder mehrerer Linienkontakte und/oder längs eines oder mehrerer Punktkontakte gegen eine quer zur Gießkolbenbewegungsrichtung gegenüberliegende Begrenzungswandung der Gießkammer an. In diesen Fällen bleibt zwar eine gewisse Reibung zwischen Gießkolben und einer Gießkammerbegrenzungswand bestehen, sie ist jedoch dadurch, dass nur ein eindimensionaler Linienkontakt oder ein nulldimensionaler Punktkontakt vorliegt, geringer als im herkömmlichen Fall des Schieberkolbentyps, bei dem die Außenmantelfläche des Gießkolbens mit einer zweidimensionalen Reibungskontaktfläche ganzflächig an der gegenüberliegenden Gießkammerwandung anliegt. So könnte das gezeigte Ausführungsbeispiel im Sinn eines Linienkontaktes z.B. dahingehend modifiziert sein, dass die Hohlzylinderinnenwand 1 c oder die Gießkolben-Außenmantelfläche 4b mit am Umfang verteilt angeordneten, mit axialer Richtungskomponente verlaufenden Führungsstegen versehen ist, die den Gießkolben 4 innerhalb der Gießkammer 2 in seiner Axialbewegung geführt halten. Diese Führungsstege unterteilen dann den Ringspalt-Freiraum 6 in mehrere entsprechende Segmente.