WO2003074214A1 - Dichtring und kolben für einen druckgiesszylinder - Google Patents

Dichtring und kolben für einen druckgiesszylinder Download PDF

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WO2003074214A1
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André Müller
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D17/00—Pressure die casting or injection die casting, i.e. casting in which the metal is forced into a mould under high pressure
    • B22D17/20—Accessories: Details
    • B22D17/2015—Means for forcing the molten metal into the die
    • B22D17/203—Injection pistons

Definitions

  • the invention relates to a sealing ring for a piston of a die casting cylinder, in particular a cold chamber die casting machine for molten metal, in particular aluminum melt.
  • the invention further relates to such a piston.
  • the piston of a cold chamber die casting machine and in particular the sealing ring of such a piston is exposed to high pressures at comparatively high temperatures of the metal melt, so that the metal melt is driven under and behind the sealing ring during the casting stroke of the piston.
  • the melt solidifies there due to the comparatively low temperature of the otherwise cooled piston.
  • the piston and in particular its sealing ring are therefore exposed to very high stresses during operation which shorten its service life, which has an adverse effect on the productivity of the casting machine.
  • a lubricant which liquefies at the temperature of the molten metal, but is viscous or solid at the temperature of the cooled piston, e.g. on a wax base or the like, at least in the printing phase.
  • the lubricant can be introduced into the die-casting cylinder before the metal melt is poured in, or, as explained in DE-AS 1 1 91 934, can be introduced into circumferential grooves of a plate seal made of the metal of the metal melt.
  • the plate seal is placed on the face of the piston before the molten metal is poured in and connects during the pressure stroke with the casting residue remaining in the die casting cylinder. In this way, the sealing washer is lubricated during the casting stroke, while the piston can be withdrawn without any problems due to its comparatively large play in the die-casting cylinder.
  • the invention is based on a sealing ring for a piston of a die-casting cylinder for molten metal, especially molten aluminum, of
  • Such a sealing ring has a radially elastic ring body, which is both axially and radially continuous slot, in particular has a stepped slot in the circumferential direction of the ring body.
  • the improvement according to the invention is characterized in that the outer casing of the ring body near its high-pressure axial end has a contact ring surface intended for contact with the inner surface of the die-casting cylinder, the axial length of which is smaller than the axial length of an axial contact with this outer contact ring surface overlapping inner ring surface to be exposed to the molten metal on the inner casing of the ring body, and that an annular surface section adjoins the outer contact ring surface at least over a portion of the remaining axial length of the outer casing of the ring body, the diameter of which is smaller than the diameter of the outer contact annular surface.
  • Such a sealing ring can bear radially resiliently against the inner jacket of the cylinder due to its slot due to inherent bias.
  • the contact surface is small in relation to the total axial length of the ring body.
  • the correspondingly large radial expansion force of the ring body ensures a high radial contact pressure on the contact ring surface, which improves the sealing effect.
  • Due to the high radial contact pressure the contact ring surface grinds in according to the cylinder shape, which in turn improves the sealing effect of the sealing ring.
  • the outside diameter of the sealing ring is larger than the inside diameter of the die-casting cylinder, so that the sealing ring sits in the cylinder under its own prestress.
  • At least the area of the inner jacket of the ring body located radially inside the contact ring area is exposed to the metal melt pressure and increased, since the area of this inner jacket area is larger than the outer contact ring area, the radial contact pressure, even if in the low-pressure-side areas between the sealing ring and the annular gap remaining in the piston solidifies due to the piston cooling. In the Areas of this annular gap on the high-pressure side remain the molten metal pressure effective.
  • the axially adjoining, axially reduced, outer circumferential surface of the ring body to the low-pressure side of the sealing ring creates an annular gap between itself and the cylinder, in which, during lubricated operation, the lubricant introduced into the casting chamber in front of the molten metal during the pressure advance of the piston on the outer contact ring surface can enter.
  • the gap formed between the annular body and the cylinder contains lubricant, which is spread by the radially elastic sealing ring on the inner jacket of the cylinder during the withdrawal movement and thus lubricates the withdrawal movement of the piston.
  • the lubricant contained in the annular gap is generally solidified due to the low temperature of the cooled piston.
  • the outer ring surface section of the ring body which has a reduced diameter, expediently extends to its low-pressure side axial end, and is therefore open to the low-pressure side of the piston.
  • the piston which generally also forms an annular gap between itself and the cylinder, on the low-pressure side of the sealing ring can be used for receiving a lubricant supply lubricating the sealing ring.
  • the reduced-diameter ring surface section of the ring body has at least approximately the shape of a truncated cone and tapers towards the axial end of the annular space on the low-pressure side.
  • This design has the advantage that, when the sealing ring is new, the outer contact ring surface can be kept very narrow in the axial direction, so that the sealing ring initially grinds in according to the shape of the die-casting cylinder after just a few casting cycles. Due to the truncated cone shape, however, the outer contact ring surface with increasing wear, which reduces the wear rate.
  • the piston is expediently designed such that it supports the advantages of the sealing ring explained above. Therefore, the inner ring surface of the inner shell of the ring body to be exposed to the molten metal, together with the outer shell of the piston, forms an annular gap open on the high-pressure side of the ring body to the pressure chamber of the die-casting cylinder.
  • the piston preferably has a radially projecting ring projection which, for axially fixing the ring body to the piston, into a groove arranged on the low-pressure side of the ring gap in the inner jacket of the ring body intervenes.
  • the fixing members are thus arranged on the low-pressure side of the annular gap provided for the radial increase in sealing force and sealing. It goes without saying that the groove can alternatively also be provided on the piston and the ring projection on the ring body.
  • the piston can also have an annular saving on its outer jacket, in which the annular body engages in particular with its entire axial length in order to fix it axially and form the annular gap.
  • the piston preferably has a plurality of recesses distributed in the circumferential direction, starting from the high-pressure side end of the piston and opening into the annular gap.
  • a circumferential melt distributor groove is expediently provided in one of the two lateral surfaces forming the annular gap, in particular in the outer jacket of the ring recess of the piston, which distributes the metal melt entering via the axial recesses evenly in the circumferential direction before the melt solidifies as a result of the piston cooling.
  • the slotted sealing ring can optionally be lifted into the ring recess of the piston assigned to it via the high-pressure side of the piston.
  • this type of installation can mean that the diameter of the forehead on the high-pressure side is comparatively small, around the sealing ring without permanent. Being able to lift deformation over the forehead. This can have an adverse effect on the life of the sealing ring, since the inner diameter of the radially elastic sealing ring increases when worn and it can slip over the face of the piston.
  • the high-pressure end of the piston is designed as a removable, in particular unscrewable, cover, the separating surface of which ends in the ring recess holding the ring body.
  • the diameter of the cover delimiting the ring recess can be dimensioned comparatively large.
  • the lid is preferably made of a poorly, or at least poorly, heat-conducting material, such as Steel, as the adjoining area of the piston, or it is coated with ceramic material.
  • a poorly, or at least poorly, heat-conducting material such as Steel
  • the adjoining area of the piston or it is coated with ceramic material.
  • the outer diameter of the piston on the low-pressure side of the sealing ring generally forms an annular gap suitable for receiving lubricant towards the cylinder, it is preferred that, directly after the low-pressure end of the ring body of the sealing ring in the outer jacket of the piston, there is one to the inner cylinder jacket and the annular body open ring recess provided to form a lubricant space in order to be able to store a larger amount of lubricant for the return stroke of the piston.
  • Figure 1 is a schematic axial longitudinal section through the die casting cylinder of a cold chamber die casting machine with a piston and a sealing ring arranged to the high pressure side end of the piston according to the invention.
  • Figure 2 is a detailed view of the sealing ring, seen in the direction of an arrow II.
  • FIG. 3 shows an enlarged detailed view of the piston area of the die casting machine from FIG. 1;
  • Fig. 5 is an end view of the piston, seen in the direction of an arrow V in Fig. 4 and
  • FIG. 6 shows a further variant of the piston from FIG. 4.
  • Fig. 1 schematically shows a cold chamber die casting machine, in the circular cylindrical casting cylinder 1 of which a piston 3 can be displaced between an advanced position shown in full lines in FIG. 1 and a retracted position shown at 3 'in dash-dot lines.
  • molten metal e.g. Aluminum melt
  • the metal melt is pressed at high pressure via a sprue 9 into the injection mold (not shown).
  • the piston 3 carries a sealing ring 11 fixed in both directions of movement, which seals the casting chamber 7 Seals filling opening 5 out.
  • the sealing ring 11, as shown in FIG. 2, has a stepped slot 13 which is both axially and radially continuous and which allows the sealing ring 11 to expand radially on account of its own elasticity, so that the sealing ring 11 with an outer contact ring surface 15 on the inner jacket 1 7 of the casting cylinder 1 is biased due to its own radial elasticity, as best shown in FIG. 3.
  • the steps 19 running in the circumferential direction in axially normal planes at the ends of the annular body 21 of the sealing ring 11 forming the step slot 13 lie against one another and axially seal the step slot 13.
  • the piston 3 contains at 22 indicated cooling channels connected to a cooling system, not shown, via which the piston 3 is cooled to a temperature, for example 40 ° -60 ° C., which is low in relation to the temperature of the molten metal. Details of the construction of a cooled piston suitable within the scope of the invention are also described in EP 0 423 41 3 A2 as well as in EP 0 525 229 A1.
  • the annular body 21 On the side of the annular groove 23 axially towards the high-pressure side of the piston 3, the annular body 21 is dimensioned such that its inner casing 27, together with the outer casing of the piston 3, delimits an annular gap 29 which is open to the high-pressure side of the casting chamber.
  • the contact ring surface 15 intended for contact with the inner jacket 17 of the casting cylinder 1 is smaller in the axial direction than the inner jacket surface 27 exposed to the melt pressure in the annular gap 29, so that there is an increase in the radial compressive force acting on the contact ring surface 15 ,
  • the outer jacket region 31 of the ring body 21, which adjoins the low-pressure side tapers in the shape of a truncated cone, so that the wedge-ring-shaped annular gap 32 formed in this way opens in an annular recess which is open both to the inner jacket 17 and to the ring body 21 33 of the piston 3 opens.
  • This design of the sealing ring 1 1 and the piston 3 also allows lubrication of the piston when retracting into its position 3 '. It is known to fill not only the molten metal through the filling opening 5 of the casting cylinder 1 (FIG.
  • the small axial height of the contact ring surface 1 5 compared to the total axial length of the ring body 21 facilitates the initial grinding in and adaptation of the sealing ring 1 1 to the cylinder surface 17.
  • the truncated cone-shaped outer surface 31 expediently extends close to the high-pressure end of the ring body 21 , so that the grinding and fitting phase of the sealing ring 1 1 after just a few Casting cycles is complete.
  • the contact ring surface 15 widens due to wear.
  • the outer casing of the ring body 21 on the low-pressure side of the contact ring surface 15 can also have a different contour, for example a step-like cylinder contour with a reduced diameter, as indicated by dashed lines at 35 in FIG. 3.
  • the contour 35 extends in the example shown to the low-pressure end of the ring body 21, but can also end in the ring body before this end and form a lubricant storage groove on the outer casing of the ring body 21.
  • the ring recess 33 can be omitted here, as in the variants explained above.
  • FIGS. 1 to 3 Variants of the cold chamber injection molding machine explained with reference to FIGS. 1 to 3 are described below. Components having the same effect are designated by the reference numerals of FIGS. 1 to 3 and provided with a letter to distinguish them. To explain the structure, the mode of operation and any variants, reference is made to the description of FIGS. 1 to 3.
  • FIGS. 4 and 5 show a variant of a piston 3a which is displaceable in a casting cylinder 1a and which carries a sealing ring 11a in the region of its high-pressure end.
  • the sealing ring 1 1 a is provided with a step slot in accordance with the sealing ring explained above and has an outer jacket contour with a comparatively short bearing ring surface 15 a in the axial direction and a truncated cone-shaped outer jacket area 31 a adjoining on the low-pressure side and tapering toward the low-pressure side, as previously done was explained.
  • an annular recess 33a which is open to the annular body 21a and to the inner jacket 17a adjoins the annular body 21a of the sealing ring 11a.
  • the sealing behavior, the grinding behavior and that Lubrication behavior when the piston 3a is withdrawn thus corresponds to the exemplary embodiment in FIGS. 1 to 3.
  • the piston 3a carries near its high-pressure end on its outer circumference an annular groove 37, in which the annular body 21a engages over its entire axial length and in which it is axially fixed with a certain amount of play in both directions of piston movement.
  • the end of the piston 3a on the high-pressure side has several, here four, in the circumferential direction on its outer circumference
  • Distributed, channel-shaped recesses 39 are provided, which extend axially to below the inner circumferential surface 27a and end in the bottom 41 of the annular recess 37 receiving the annular body 21a.
  • Metal melt flows through the recesses 39 into an annular gap 29a formed between the bottom 41 of the annular recess 37 and the inner jacket 27a of the annular body 21a and increases the radial sealing pressure of the sealing ring 11a.
  • the annular gap 29a Since the annular gap 29a is only connected to the casting chamber via the recesses 39 which are limited in the circumferential direction, the annular gap 29a contains a melt distribution channel formed by an annular recess 43 of the piston 3a. It goes without saying that the cutouts 39 can also be provided entirely or additionally in the sealing ring 11a.
  • FIG. 6 shows a variant of the piston of FIGS. 4 and 5, in which the high-pressure end of the piston 3b is designed as a removable cover 47, which is detachably attached to the piston 3b here by means of a threaded attachment 45.
  • the separating surface 49 of the cover cuts the annular recess 37b of the piston 3b receiving the annular body 21b of the sealing ring 11b and forms the high-pressure side limiting shoulder 51 of this annular recess 37b.
  • the radial height of the limiting shoulder 51 can now be chosen freely, since after removing the cover 47 the sealing ring 11b can be pulled off axially.
  • the design of the sealing ring 11b corresponds to the variant explained with reference to FIGS. 4 and 5, the recesses 39b being provided in the cover 47 here, but also extending here under the ring body 21b.
  • the piston 3b can be made of a good heat-conducting material, for example a copper alloy, for better cooling
  • the cover 47 is made of a poorly heat-conducting material, for example steel or is thermally insulated by a ceramic coating in order to cool the metal melt during the casting process, in particular into the Retarding the holding pressure phase in which cavities of the melt are to be closed.

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Abstract

Für den Kolben (3) einer Druckgiessmaschine wird ein Dichtring (11) vorgeschlagen, der einen sowohl axis als auch radial durchgehenden Stufenschlitz aufweist. Der Aussenmantel des Ringkörpers (21) des Dichtrings hat nahe seines hochdruckseitigen axialen Endes eine zur Anlage an den Innenmantel (17) des Druckgiesszylinders (1) bestimmte Anlage-Ringfläche (15), deren axiale Länge kleiner ist als die axiale Länge einer mit dieser äusseren Anlage-Ringfläche (15) axial überlappenden, der Metallschmelze ausgesetzten Ringfläche (27) am Innenmantel des Ringkörpers (21). An die äussere Anlage-Ringfläche (15) schliesst sich zumindest über einen Teilbereich der verbleibenden axialen Länge des Aussenmantels des Ringkörpers (21) ein Ringflächenabschnitt (31; 35) an, dessen Durchmesser kleiner ist als der Durchmesser der äusseren Anlage-Ringfläche (15). Der vorzugsweise kegelstumpfförmige Ringflächenabschnitt (31) bildet zusammen mit einer Umfangsaussparung (33) des Kolbens (3) einen Vorratsraum für Schmiermittel, welches den Kolben (3), den Dichtring (11) sowie den Druckgiezylinder (1) beim Zurückziehen schmiert. Die geringe Auflagefläche der Anlage-Ringfläche (15) erhöht die Dichtkräfte des radial elastischen Dichtrings (11) und der in einen Ringspalt (29) zwischen dem Innenmantel (27) und dem Kolben (3) während der Druckphase eindringenden Metallschmelze.

Description

Dichtring und Kolben für einen Druckgießzylinder
Beschreibung
Die Erfindung betrifft einen Dichtring für einen Kolben eines Druckgießzylinders, insbesondere einer Kaltkammer-Druckgießmaschine für Metallschmelze, insbesondere Aluminiumschmelze. Die Erfindung betrifft ferner einen solchen Kolben.
Der Kolben einer Kaltkammer-Druckgießmaschine und insbesondere der Dichtring eines solchen Kolbens ist einerseits hohen Drücken bei vergleichsweise hohen Temperaturen der Metallschmelze ausgesetzt, so dass die Metallschmelze während des Gießhubs des Kolbens unter und hinter den Dichtring getrieben wird. Andererseits erstarrt die Schmelze dort aufgrund der vergleichsweise niedrigen Temperatur des ansonsten gekühlten Kolbens. Der Kolben und insbesondere sein Dichtring sind deshalb im Betrieb sehr hohen Beanspruchungen ausgesetzt die seine Lebensdauer verkürzen, was sich nachteilig auf die Produktivität der Gießmaschine auswirkt.
Aus EP 0 423 41 3 A2 ist es bekannt, den Dichtring des Gießkolbens axial und radial durchgehend zu schlitzen und zwar mit einem in Umfangsrich- tung des Ringkörpers des Dichtrings gestuften Schlitz, so dass sich der Dichtring in dem Druckgießzylinder aufgrund seiner Eigenelastizität radial aufweiten und besser abdichtend am Innenmantel des Zylinders anliegen kann. Der Stufenschlitz sorgt für eine axiale Abdichtung der Unterbrechung des Dichtrings.
Aus EP 0 525 229 A1 ist es ferner bekannt, zwischen dem Innenmantel des Dichtrings und dem Außenmantel des Kolbens einen Ringspalt zu belassen, der sich während des Druckhubs mit Metallschmelze füllt. Auf- grund der vergleichsweise niedrigen Temperatur des. gekühlten Kolbens erstarrt die Schmelze in dem Ringspalt und sorgt für eine Abdichtung des Dichtrings zum Kolben hin.
Schließlich ist es bekannt, den Kolben in dem Druckgießzylinder mit einem bei der Temperatur der Metallschmelze sich verflüssigenden, bei der Temperatur des gekühlten Kolbens jedoch viskosen oder festen Schmiermittel, z.B. auf einer Wachsbasis oder dergleichen, zumindest in der Druckphase zu schmieren. Das Schmiermittel kann vor dem Einfüllen der Metall- schmelze in den Druckgießzylinder eingebracht werden oder aber, wie dies in DE-AS 1 1 91 934 erläutert ist, in Umfangsnuten einer aus dem Metall der Metallschmelze bestehenden Tellerdichtung eingebracht werden. Die Tellerdichtung wird vor dem Einfüllen der Metallschmelze an die Stirn des Kolbens angelegt und verbindet sich während des Druckhubs mit dem in dem Druckgießzylinder verbleibenden Gussrest. Auf diese Weise wird die Dichtscheibe beim Gießhub geschmiert, während der Kolben aufgrund seines vergleichsweise großen Spiels in dem Druckgießzylinder problemlos zurückgezogen werden kann.
Es ist Aufgabe der Erfindung, einen Dichtring für den Kolben einer Druckgießmaschine, insbesondere einer Kaltkammer-Druckgießmaschine zu schaffen, der eine hohe Lebensdauer bei guter Abdichtwirkung hat. Soweit der Dichtring bei einer geschmierten Betriebsweise genutzt wird, soll er die Schmierwirkung unterstützen. Es ist ferner Aufgabe der Erfindung, einen für die Abdichtung mittels des vorstehend erläuterten Dichtrings geeigneten Kolben anzugeben, der die Dichtwirkung des Dichtrings zusätzlich unterstützt.
Die Erfindung geht von einem Dichtring für einen Kolben eines Druckgieß- Zylinders für Metallschmelze, insbesondere Aluminiumschmelze, des aus
EP 0 423 41 3 A2 bekannten Typs aus. Ein solcher Dichtring hat einen radial elastischen Ringkörper, welcher einen sowohl axial als auch radial durchgehenden Schlitz, insbesondere einen in Umfangsrichtung des Ringkörpers gestuften Schlitz aufweist. Die erfindungsgemäße Verbesserung ist dadurch gekennzeichnet, dass der Außenmantel des Ringkörpers nahe seines hochdruckseitigen axialen Endes eine zur Anlage an der Innenman- telfläche des Druckgießzylinders bestimmte Anlage-Ringfläche hat, deren axiale Länge kleiner ist als die axiale Länge einer mit dieser äußeren Anlage-Ringfläche axial überlappenden, der Metallschmelze auszusetzenden inneren Ringfläche am Innenmantel des Ringkörpers, und dass sich an die äußere Anlage-Ringfläche zumindest über einen Teilbereich der verbleiben- den axialen Länge des Außenmantels des Ringkörpers ein Ringflächenabschnitt anschließt, dessen Durchmesser kleiner ist als der Durchmesser der äußeren Anlage-Ringfläche.
Ein solcher Dichtring kann wegen seines Schlitzes aufgrund inhärenter eigener Vorspannung radial federnd am Innenmantel des Zylinders anliegen. Die Anlagefläche ist, bezogen auf die axiale Gesamtlänge des Ringkörpers, klein. Die dementsprechend große radiale Spreizkraft des Ringkörpers sorgt für einen hohen radialen Anpressdruck an der Anlage-Ringfläche, was die Dichtwirkung verbessert. Aufgrund des hohen radialen Anpressdrucks schleift sich die Anlage-Ringfläche entsprechend der Zylinderform ein, was wiederum die Dichtwirkung des Dichtrings verbessert.
Im nicht eingebauten Zustand ist der Außendurchmesser des Dichtrings größer als der Innendurchmesser des Druckgießzylinders, so dass der Dichtring unter Eigenvorspannung in dem Zylinder sitzt. Zumindest der radial innerhalb der Anlage-Ringfläche gelegene Bereich des Innenmantels des Ringkörpers ist dem Metallschmelzedruck ausgesetzt und erhöht, da die Fläche dieses Innenmantelbereichs größer ist als die äußere Anlage- Ringfläche, die radiale Anpresskraft, selbst wenn in den niederdruckseitigen Bereichen des zwischen dem Dichtring und dem Kolben verbleibenden Ringspalts die Metallschmelze aufgrund der Kolbenkühlung erstarrt. In den hochdruckseitigen Bereichen dieses Ringspalts bleibt der Metallschmelzedruck wirksam.
Die zur Niederdruckseite des Dichtrings an die äußere Anlage-Ringfläche axial anschließende, im Durchmesser verkleinerte Außenmantelfläche des Ringkörpers schafft zwischen sich und dem Zylinder einen Ringspalt, in welchen bei geschmiertem Betrieb das in die Gießkammer vor der Metallschmelze eingeführte Schmiermittel während des Druckvorschubs des Kolbens an der äußeren Anlage-Ringfläche vorbei eintreten kann. Beim Zurückziehen des Kolbens enthält dieser zwischen Ringkörper und Zylinder gebildete Spalt Schmiermittel, welches bei der Rückzugsbewegung von dem radial elastischen Dichtring am Innenmantel des Zylinders verstrichen wird und so die Rückzugsbewegung des Kolbens schmiert. In dieser Phase des Betriebs ist das in dem Ringspalt enthaltene Schmiermittel aufgrund der niedrigen Temperatur des gekühlten Kolbens in aller Regel verfestigt.
Zweckmäßigerweise erstreckt sich der im Durchmesser verkleinerte äußere Ringflächenabschnitt des Ringkörpers bis an dessen niederdruckseitiges axiales Ende, ist also zur Niederdruckseite des Kolbens hin offen. Auf diese Weise kann der auf der Niederdruckseite des Dichtrings in aller Regel gleichfalls einen Ringspalt zwischen sich und dem Zylinder bildende Kolben zur Aufnahme eines den Dichtring schmierenden Schmiermittelvorrats ausgenutzt werden.
In einer bevorzugten Ausgestaltung hat der im Durchmesser verkleinerte Ringflächenabschnitt des Ringkörpers zumindest angenähert Kegelstumpfform und verjüngt sich zum niederdruckseitigen axialen Ende des Ringraums hin. Diese Gestaltung hat den Vorteil, dass die äußere Anlage- Ringfläche im Neuzustand des Dichtrings in axialer Richtung sehr schmal gehalten werden kann, so dass sich der Dichtring anfänglich bereits nach einigen wenigen Gießzyklen der Form des Druckgießzylinders entsprechend einschleift. Aufgrund der Kegelstumpfform vergrößert sich jedoch die äußere Anlage-Ringfläche mit zunehmendem Verschleiß, was die Verschleißgeschwindigkeit mindert.
Der Kolben ist zweckmäßigerweise so ausgestaltet, dass er die vorstehend erläuterten Vorteile des Dichtrings unterstützt. Bevorzugt bildet deshalb die der Metallschmelze auszusetzende innere Ringfläche des Innenmantels des Ringkörpers zusammen mit dem Außenmantel des Kolbens einen auf der Hochdruckseite des Ringkörpers zur Druckkammer des Druckgießzylinders offenen Ringspalt. Um den hochdruckseitigen Zutritt für Metallschmelze zu dem Ringspalt zwischen Dichtring und Kolben möglichst groß halten zu können, hat der Kolben bevorzugt einen radial abstehenden Ringvorsprung, der zur axialen Fixierung des Ringkörpers an dem Kolben in eine auf der Niederdruckseite des Ringspalts im Innenmantel des Ringkörpers angeordnete Nut eingreift. Die Fixierungsorgane sind damit auf der Niederdruck- seite des für die radiale Dichtkrafterhöhung und Abdichtung vorgesehenen Ringspalts angeordnet. Es versteht sich, dass alternativ die Nut auch am Kolben und der Ringvorsprung am Ringkörper vorgesehen sein kann.
Alternativ kann der Kolben an seinem Außenmantel aber auch eine Ring- sparung aufweisen, in die der Ringkörper zu seiner axialen Fixierung und Bildung des Ringspalts insbesondere mit seiner gesamten axialen Länge eingreift. Für den hochdruckseitigen Zutritt der Metallschmelze zu diesem Ringspalt weist der Kolben bevorzugt mehrere in Umfangsrichtung verteilt angeordnete, vom hochdruckseitigen Stirnende des Kolbens ausgehende und in den Ringspalt mündende Aussparungen auf. Zweckmäßigerweise ist bei dieser Ausgestaltung in einer der beiden den Ringspalt bildenden Mantelflächen, insbesondere im Außenmantel der Ringaussparung des Kolbens, eine umlaufende Schmelzeverteilernut vorgesehen, die die über die axialen Aussparungen eintretende Metallschmelze in Umfangsrichtung gleichmäßig verteilt, bevor die Schmelze infolge der Kolbenkühlung erstarrt. Der geschlitzte Dichtring kann ggf. über die hochdruckseitige Stirn des Kolbens in die ihm zugeordnete Ringaussparung des Kolbens hineingehoben werden. Diese Montageart kann im Einzelfall aber bedingen, dass der Durchmesser der hochdruckseitigen Stirn vergleichsweise klein ist, um den Dichtring ohne bleibende. Deformation über die Stirn hinwegheben zu können. Dies kann sich nachteilig auf die Lebensdauer des Dichtrings auswirken, da sich der Innendurchmesser des radial elastischen Dichtrings bei Abnutzung vergrößert und er über die Stirn des Kolbens rutschen kann. Dieser Nachteil wird vermieden, wenn die hochdruckseitige Stirn des Kol- bens als abnehmbarer, insbesondere abschraubbarer Deckel ausgebildet ist, dessen Trennfläche in der den Ringkörper haltenden Ringaussparung endet. Bei einer solchen Ausgestaltung kann der Durchmesser des die Ringaussparung begrenzenden Deckels vergleichsweise groß bemessen sein.
Bevorzugt besteht der Deckel aus einem schlecht, zumindest aber schlechter wärmeleitenden Material, wie z.B. Stahl, als der anschließende Bereich des Kolbens, oder er ist mit Keramikmaterial beschichtet. Selbst wenn der restliche Kolben zur Optimierung seiner Kühlung aus besser wärmeleitendem Material besteht wird auf diese Weise verhindert, dass die in der Gießkammer befindliche Metallschmelze vor Abschluss der Druckphase, insbesondere auch vor Abschluss der Nachdruckphase, erstarrt.
Wenngleich der Außendurchmesser des Kolbens auf der Niederdruckseite des Dichtrings in aller Regel zum Zylinder hin bereits einen zur Aufnahme von Schmiermittel geeigneten Ringspalt bildet, so ist doch bevorzugt direkt anschließend an das niederdruckseitige Ende des Ringkörpers des Dichtrings im Außenmantel des Kolbens eine zum Zylinderinnenmantel und zum Ringkörper hin offene Ringaussparung zur Bildung eines Schmiermittelraums vorgesehen, um eine größere Menge Schmiermittel für den Rück- zughub des Kolbens speichern zu können. Im Folgenden wird die Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Hierbei zeigt:
Fig. 1 einen schematischen Axiallängsschnitt durch den Druckgießzylinder einer Kaltkammer-Druckgießmaschine mit einem Kolben und einem zum hochdruckseitigen Ende des Kolbens angeordneten Dichtring gemäß der Erfindung;
Fig. 2 eine Detailansicht des Dichtrings, gesehen in Richtung eines Pfeils II;
Fig. 3 eine vergrößerte Detailansicht des Kolbenbereichs der Druckgießmaschine aus Fig. 1 ;
Fig. 4 eine Detailansicht einer Variante von Kolben und Dichtring;
Fig. 5 eine Stirnansicht des Kolbens, gesehen in Richtung eines Pfeils V in Fig. 4 und
Fig. 6 eine weitere Variante des Kolbens aus Fig. 4.
Fig . 1 zeigt schematisch eine Kaltkammer-Druckgießmaschine, in deren kreiszylindrischem Gießzylinder 1 ein Kolben 3 zwischen einer in Fig. 1 mit vollen Linien dargestellten vorgeschobenen Position und einer bei 3' strichpunktiert dargestellten zurückgezogenen Position verschiebbar ist. In der zurückgezogenen Position wird über eine Einfüllöffnung 5 Metallschmelze, z.B. Aluminiumschmelze, in die durch den Kolben 3 und den Gießzylinder 1 begrenzte Gießkammer 7 eingefüllt und beim Vorschieben des Kolbens 3 wird die Metallschmelze mit hohem Druck über einen Angusskanal 9 in die nicht näher dargestellte Spritzgussform gedrückt.
Der Kolben 3 trägt an seinem hochdruckseitigen Ende einen in beiden Bewegungsrichtungen fixierten Dichtring 1 1 , der die Gießkammer 7 zur Einfüllöffnung 5 hin abdichtet. Der Dichtring 1 1 hat, wie Fig. 2 zeigt, einen sowohl axial als auch radial durchgehenden Stufenschiitz 13, der radiales Aufweiten des Dichtrings 1 1 aufgrund von Eigenelastizität erlaubt, so dass der Dichtring 1 1 mit einer äußeren Anlage-Ringfläche 1 5 am Innenmantel 1 7 des Gießzylinders 1 aufgrund seiner eigenen radialen Elastizität vorgespannt anliegt, wie dies am besten Fig. 3 zeigt. Die in Umfangsrichtung in achsnormalen Ebenen verlaufenden Stufen 1 9 an den den Stufenschlitz 1 3 bildenden Enden des Ringkörpers 21 des Dichtrings 1 1 liegen aneinander an und dichten den Stufenschlitz 1 3 axial ab. Einzelheiten eines derartigen Stufenschlitzes sind in EP 0 423 41 3 A2 erläutert. Der Kolben 3 enthält bei 22 angedeutete, an ein nicht näher dargestelltes Kühlsystem angeschlossene Kühlkanäle, über die der Kolben 3 auf einer bezogen auf die Temperatur der Metallschmelze niedrige Temperatur von z.B. 40° - 60°C gekühlt wird. Einzelheiten der Konstruktion eines im Rahmen der Erfindung geeigneten, gekühlten Kolbens sind gleichfalls in EP 0 423 41 3 A2 wie auch in EP 0 525 229 A1 beschrieben.
Der am Innenmantel 17 des Gießzylinders 1 radial elastisch anliegende Ringkörper 21 des Dichtrings 1 1 enthält nahe seines niederdruckseitigen axialen Endes eine Umfangsnut 23, in die ein vom Außenumfang des Kolbens 3 radial abstehender, umlaufender Vorsprung 25 eingreift und den Dichtring 1 1 in beiden Verschieberichtungen des Kolbens 3 an diesem fixiert. Auf der axial zur Hochdruckseite des Kolbens 3 hin gelegenen Seite der Ringnut 23 ist der Ringkörper 21 so bemessen, dass sein Innenmantel 27 zusammen mit dem Außenmantel des Kolbens 3 einen Ringspalt 29 begrenzt, der zur Hochdruckseite der Gießkammer hin offen ist. Beim Vorschieben des Kolbens 3 während der Druckphase des Gießvorgangs wird Metallschmelze in den Ringspalt 29 hineingedrückt, wo sie die auf die Anlage-Ringfläche 1 5 wirkende radiale Vorspannkraft des Ringkörpers 21 zur Verbesserung der Dichtwirkung erhöht. Die zur Anlage am Innenmantel 17 des Gießzylinders 1 bestimmte Anlage- Ringfläche 1 5 ist in axialer Richtung kleiner als die dem Schmelzdruck in dem Ringspalt 29 ausgesetzte Innenmantelfläche 27, so dass sich eine Verstärkung der auf die Anlage-Ringfläche 15 wirkenden radialen Druck- kraft ergibt.
Ausgehend von der vergleichsweise kleinen Anlage-Ringfläche 1 5 verjüngt sich der zur Niederdruckseite hin anschließende Außenmantelbereich 31 des Ringkörpers 21 kegelstumpfförmig, so dass der auf diese Weise ent- stehende keilringförmige Ringspalt 32 in einer sowohl zum Innenmantel 17 als auch zum Ringkörper 21 hin offenen Ringaussparung 33 des Kolbens 3 mündet. Diese Gestaltung des Dichtrings 1 1 und des Kolbens 3 erlaubt auch eine Schmierung des Kolbens beim Zurückziehen in dessen Position 3' . Es ist bekannt, über die Einfüllöffnung 5 des Gießzylinders 1 (Fig. 1 ) nicht nur die Metallschmelze einzufüllen, sondern auch eine gewisse Menge an viskosem oder festem Schmiermittel, welches sich bei Kontakt mit der Metallschmelze verflüssigt und die Vorschubbewegung des Kolbens 3 während der Gießphase schmiert. Ein Teil des Schmiermittels überwindet den Dichtring 1 1 und gelangt auf die gekühlte Niederdruckseite, wo es sich in der Ringaussparung 33 und in dem Keilspalt 32 zwischen dem kegel- stumpfförmigen Abschnitt 31 und dem Innenmantel 17 sammelt und aufgrund der niedrigen Temperatur des gekühlten Kolbens 3 erstarrt. Beim Zurückziehen des Kolbens 3 in die Position 3' verstreicht der radial elastische Dichtring 1 1 das Schmiermittel entlang des Innenmantels 1 7 und schmiert die Rückzugbewegung des Kolbens.
Die verglichen mit der axialen Gesamtlänge des Ringkörpers 21 geringe axiale Höhe der Anlage-Ringfläche 1 5 erleichtert anfängliches Einschleifen und Anpassen des Dichtrings 1 1 an die Zylinderfläche 17. Zweckmäßiger- weise erstreckt sich die kegelstumpfförmige Mantelfläche 31 bis nahe an das hochdruckseitige Stirnende des Ringkörpers 21 , so dass die Einschleifund Anpassphase des Dichtrings 1 1 bereits nach einigen wenigen Gießzyklen abgeschlossen ist. Zum Ende der Lebensdauer des Dichtrings hin wird die Anlage-Ringfläche 15 aufgrund der Abnutzung breiter.
Es versteht sich, dass der Außenmantel des Ringkörpers 21 auf der Nieder- druckseite der Anlage-Ringfläche 1 5 auch eine andere Kontur haben kann, beispielsweise eine stufenförmige, im Durchmesser verkleinerte Zylinderkontur, wie sie bei 35 in Fig. 3 gestrichelt angedeutet ist. Die Kontur 35 erstreckt sich im dargestellten Beispiel bis an das niederdruckseitige Ende des Ringkörpers 21 , kann aber auch in dem Ringkörper vor diesem Ende enden und am Außenmantel des Ringkörpers 21 eine Schmiermittelspeichernut bilden. Die Ringausnehmung 33 kann hier, wie auch bei den vorangegangen erläuterten Varianten, entfallen.
Im Folgenden werden Varianten der anhand der Fig. 1 bis 3 erläuterten Kaltkammer-Spritzgießmaschine beschrieben. Gleichwirkende Komponenten sind mit den Bezugszahlen der Fig. 1 bis 3 bezeichnet und zur Unterscheidung mit einem Buchstaben versehen. Zur Erläuterung des Aufbaus, der Wirkungsweise und evtl. Varianten wird auf die Beschreibung der Fig. 1 bis 3 Bezug genommen.
Die Fig. 4 und 5 zeigen eine Variante eines in einem Gießzylinder 1 a verschiebbaren Kolbens 3a, der im Bereich seines hochdruckseitigen Stirnendes einen Dichtring 1 1 a trägt. Der Dichtring 1 1 a ist entsprechend dem vorstehend erläuterten Dichtring mit einem Stufenschlitz versehen und hat eine Außenmantelkontur mit einer vergleichsweise in axialer Richtung kurzen Anlage-Ringfläche 1 5a und einem niederdruckseitig daran anschließenden kegelstumpfförmigen und zur Niederdruckseite hin sich verjüngenden Außenmantelbereich 31 a, wie dies vorangegangen erläutert wurde. Auch in dieser Variante schließt an den Ringkörper 21 a des Dichtrings 1 1 a eine zum Ringkörper 21 a und zum Innenmantel 1 7a hin offene Ringaussparung 33a an. Das Abdichtverhalten, das Einschleifverhalten und das Schmierverhalten beim Zurückziehen des Kolbens 3a entspricht damit dem Ausführungsbeispiel der Fig. 1 bis 3.
Unterschiedlich zur Ausführungsform der Fig. 1 bis 3 ist in erster Linie die axiale Fixierung des Dichtrings 1 1 a am Kolben 3a. Der Kolben 3a trägt nahe seines hochdruckseitigen Endes an seinem Außenumfang eine Ringnut 37, in die der Ringkörper 21 a über seine gesamte axiale Länge eingreift und in der er in beiden Kolbenbewegungsrichtungen mit einem gewissen Spiel axial fixiert ist.
Um den über die gesamte axiale Höhe des Ringkörpers 21 a sich erstreckenden Innenmantel 27a des Ringkörpers 21 a dem Druck der Metallschmelze in der Gießkammer aussetzen zu können, ist das hochdruckseitige Ende des Kolbens 3a an seinem Außenumfang mit mehreren, hier vier, in Umfangs- richtung verteilt angeordneten, rinnenförmigen Aussparungen 39 versehen, die sich axial bis unter die Innenmantelfläche 27a erstrecken und im Boden 41 der den Ringkörper 21 a aufnehmenden Ringaussparung 37 enden. Über die Aussparungen 39 strömt Metallschmelze in einen zwischen dem Boden 41 der Ringaussparung 37 und dem Innenmantel 27a des Ringkörpers 21 a gebildeten Ringspalt 29a und erhöht den radialen Dichtdruck des Dichtrings 1 1 a. Da der Ringspalt 29a lediglich über die in Umfangsrichtung begrenzten Aussparungen 39 mit der Gießkammer verbunden ist, enthält der Ringspalt 29a einen durch eine Ringaussparung 43 des Kolbens 3a gebildeten Schmelzeverteilungskanal. Es versteht sich, dass die Aussparungen 39 ganz oder zusätzlich auch im Dichtring 1 1 a vorgesehen sein können.
Im Ausführungsbeispiel der Fig. 4 und 5 ist die Ringaussparung 37 in einem integralen Bereich des Kolbens 3a vorgesehen. Bei der Montage muss deshalb der Ringkörper 21 a des Dichtrings 1 1 a über die hochdruck- seifige Schulter der Ringaussparung 37 hinweggehoben werden, was die maximale radiale Höhe dieser Schulter konstruktiv begrenzt. Mit wachsender Abnutzung des Dichtrings 1 1 a kann dieser dann unter Umständen aus der Aussparung 37 herausrutschen. Um dies zu vermeiden, zeigt Fig. 6 eine Variante des Kolbens der Fig. 4 und 5, bei welchem das hochdruckseitige Stirnende des Kolbens 3b als abnehmbarer, hier mittels eines Gewindeansatzes 45 lösbar an dem Kolben 3b befestigter Deckel 47 ausgebildet ist. Die Trennfläche 49 des Deckels schneidet die den Ringkörper 21 b des Dichtrings 1 1 b aufnehmende Ringaussparung 37b des Kolbens 3b und bildet die hochdruckseitige Begrenzungsschulter 51 dieser Ringaussparung 37b. Die radiale Höhe der Begrenzungsschulter 51 kann nun frei gewählt werden, da nach dem Abnehmen des Deckels 47 der Dichtring 1 1 b axial abgezogen werden kann. Die Gestaltung des Dichtrings 1 1 b entspricht der anhand der Fig. 4 und 5 erläuterten Variante, wobei hier die Aussparungen 39b im Deckel 47 vorgesehen sind, sich aber auch hier bis unter den Ringkörper 21 b erstrecken können.
Während der Kolben 3b zur besseren Kühlung aus gut wärmeleitendem Material, beispielsweise einer Kupferlegierung bestehen kann, besteht der Deckel 47 aus einem schlechter wärmeleitenden Material, beispielsweise Stahl oder ist durch einen keramischen Überzug wärmeisoliert, um die Abkühlung der Metallschmelze während des Gießvorgangs insbesondere bis in die Nachdruckphase, in welcher Hohlräume der Schmelze geschlossen werden sollen, zu verzögern.
Es versteht sich, dass die anhand der Fig. 1 bis 3 erläuterten Varianten des Außenmantels des Dichtrings auch bei dem Dichtring der Fig. 4 bis 6 mit Vorteil genutzt werden können.

Claims

Ansprüche
1 . Dichtring für einen Kolben eines Druckgießzylinders für Metall- schmelze, insbesondere Aluminiumschmelze, mit einem radial elastischen Ringkörper (21 ), welcher einen sowohl axial als auch radial durchgehenden Schlitz (13), insbesondere einen in Umfangsrichtung des Ringkörpers gestuften Schlitz aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der Außenmantel des Ringkörpers (21 ) nahe seines hochdruckseitigen axialen Endes eine zur Anlage an der Innenmantelfläche (17) des Druckgießzylinders (1 ) bestimmte Anlage-Ringfläche (1 5) hat, deren axiale Länge kleiner ist als die axiale Länger einer mit dieser äußeren Anlage-Ringfläche (1 5) axial überlappenden, der Metallschmelze auszusetzenden, inneren Ringfläche (27) am Innenmantel des Ringkörpers (21 ), und dass sich auf der Niederdruckseite der äußeren Anlage-Ringfläche (1 5) an die äußere Anlage-Ringfläche (1 5) zumindest über einen Teilbereich der verbleibenden axialen Länge des Außenmantels des Ringkörpers (21 ) ein Ringflächenabschnitt (31 ; 35) anschließt, dessen Durchmesser kleiner ist als der Durchmesser der äußeren Anlage-Ringfläche (1 5).
2. Dichtring nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass sich der im Durchmesser verkleinerte äußere Ringflächenabschnitt (31 ; 35) bis an das niederdruckseitige axiale Ende des Ringkörpers
(21 ) erstreckt.
3. Dichtring nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der im Durchmesser verkleinerte Ringflächenabschnitt (31 ) zumin- dest angenähert Kegelstumpfform hat und sich zum niederdruckseiti- gen axialen Ende des Ringkörpers (21 ) hin verjüngt.
4. Dichtring nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Innenmantel des Ringkörpers (21 ), insbesondere nahe von dessen niederdruckseitigem axialen Ende, eine umlaufende Ringausspa- rung (23) hat.
5. Kolben für einen Druckgießzylinder für Metallschmelze, insbesondere Aluminiumschmelze, mit einem nahe dem hochdruckseitigen Kolbenende axial fixiert angeordneten Dichtring (1 1 ) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die der Metallschmelze auszusetzende innere Ringfläche (27) des Innenmantels der Ringkörper (21 ) zusammen mit dem Außenmantel des Kolbens (3) einen auf der Hochdruckseite des Ringkörpers (21 ) zur Druckkammer (7) des Druckgießzylinders (1 ) offenen Ringspalt (29) bildet.
6. Kolben nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass er einen radial abstehenden Ringvorsprung (25) aufweist, der zur axialen Fixierung des Ringkörpers (21 ) an dem Kolben (3) in eine auf der Niederdruckseite des Ringspalts (29) im Innenmantel (27) des
Ringkörpers (21 ) angeordnete Ringnut (23) eingreift.
7. Kolben nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass er an seinem Außenmantel eine Ringaussparung (37) aufweist, in die der Ringkörper (21 a) zu seiner axialen Fixierung unter Bildung des
Ringspalts (29a) eingreift, und dass der Kolben (3a) in Umfangsrichtung verteilt mehrere vom hochdruckseitigen Stirnende des Kolbens (3a) ausgehende in den Ringspalt (29a) mündende Aussparungen (39) aufweist.
8. Kolben nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass in einer der beiden den Ringspalt (39) bildenden Mantelflächen, insbesondere des Außenmantels der Ringaussparung (37) eine um- laufende Schmelzverteilernut (43) angeordnet ist.
9. Kolben nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass seine hochdruckseitige Stirn als abnehmbarer, insbesondere abschraubbarer Deckel (47) ausgebildet ist, dessen Trennfläche (49) in der den Ringkörper (21 b) haltenden Ringaussparung (37b) endet.
10. Kolben nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Deckel (47) aus einem schlechter wärmeleitenden Material als der daran anschließende Bereich des Kolbens (3b) besteht.
1 1 . Kolben nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Deckel (47) aus Stahl oder einer Kupferlegierung besteht oder/und mit Keramikmaterial beschichtet ist.
1 2. Kolben nach einem der Ansprüche 5 bis 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass er direkt anschließend an das niederdruckseitige Ende des Ringkörpers (21 ) des Dichtrings (1 1 ) in seinem Außenmantel eine zum Zylinderinnenmantel (1 7) und zum Ringkörper (21 ) offene Ringaussparung (33) zur Bildung eines Schmiermittelraums aufweist.
1 3. Kolben nach einem der Ansprüche 5 bis 1 2, dadurch gekennzeichnet, dass er im Bereich des Dichtrings (1 1 ) Mittel zur Kolbenkühlung enthält.
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