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Vorrichtung zum Regeln und Stabilisieren der Presskraft bei Maschinen zum Druckgiessen von Metallen
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Regeln und Stabilisieren der Presskraft bei Maschinen zum Druckgiessen von Metallen mit hydraulischem Antrieb, bestehend aus einem Hydraulikzylinder und einem hydraulischen Hochdruckkreis, wobei in die Hochdruckleitung ein Umsteuerventil und ein hy- draulisch stellbares Druckregelventil eingeschaltet sind, das in Abhängigkeit vom Gegendruck im Hy- draulikzylinder den Nachdruck in der Hochdruckleitung regelt. Eine Vorrichtung dieser Art ist bereits bekannt und in der deutschen Auslegeschrift 1145755 beschrieben worden.
Das wesentliche Merkmal des bekannten Gegenstandes liegt darin, dass zwei Druckleitungen vorgesehen sind, nämlich eine Arbeitsleitung und eine Nachdruckleitung. Nach Einschalten des Umsteuerventils baut sich in der Arbeitsleitung ein Druck auf, der über eine Übertragungsleitung den Servokol- bentrieb axial verstellt. Ab einem bestimmten Gegendruck kommt dieDrosselstelle in ihre Wirkstellung, worauf der Druck in der Nachdruckleitung über die Übertragungsleitung auf den Hydraulikzylinder wirkt.
Die Drosselwirkung des Regelventils ist konstant, abhängig von der Ausbildung des Drosselquerschnittes.
Der Nachteil dieses Systems liegt darin, dass die Flüssigkeit in der Nachdruckleitung erst in Bewegung gebracht werden muss, dass also der Nachdruck mit Verzögerung zu wirken beginnt, da die Trägheit der Flüssigkeitssäule in der Nachdruckleitung überwunden werden muss. Angesichts der hohen Drücke und der relativen Elastizität der Leitungen ergibt dies bereits wirksame Verzögerungen, die für den Wirkungsgrad der Anlage von Ausschlag sein kann.
Bei der Erfindung hingegen sind Umsteuerventil und Druckregelventil in einer einzigen Hochdruckleitung in Serie geschaltet, wobei der Druck in Abhängigkeit vom Gegendruck in der Leitung sich stufenlos einstellt, so dass keinerleiDruckstösse auftreten, anderseits aber keine Verzögerungen bei der Einregelung des Nachdruckes durch ruhende Flüssigkeitsmassen die Funktion der Anlage stören.
Demnach ist die Erfindung dadurch gekennzeichnet, dass das Druckregelventil und das Umsteuerventil zwischenDruckakkumulator und Hochdruckpumpe einerseits und dem Hydraulikzylinder anderseits in Serie hintereinander angeordnet sind, und der Servokolbentrieb des Druckregelventils regelbar an die Hochdruckleitung angeschlossen ist.
Bei bevorzugten Ausführungsformen dieser Vorrichtung ist das Drosselventil in einer Zweigleitung vor das Zuleitungsrohr zum Hydraulikzylinder geschaltet oder mittels einer Zweigleitung an die Hochdruckleitung angeschlossen. Ferner kann die Hubhöhe des Servokolbenantriebes durch eine Regelschraube einstellbar sein.
In den Zeichnungen sind zweiAusführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Die in den Fig. 1 und 2 dargestellten Ausführungen bestehen im wesentlichen aus einem Arbeits- und einem Steuersystem. Das Arbeitssystem besteht aus einem Hydraulikzylinder --2-- und dem darin gleitend geführten Arbeitskol- ben --1--, welcher das schmelzflüssige Metall in die Form hineindrückt.
Das Steuersystem umfasst einen hydraulischen Hochdruckkreis --16--, der an den Hydraulikzylinder --2-- angeschlossen ist. An dem Hochdruckkreis --16-- ist über die Leitung --33-- eine Hoch-
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druckpumpe --P-- angeschlossen, die Hydraulikflüssigkeit aus einem Sammelbecken --19-- ansaugt.
An den Hochdruckkreis --16-- ist ferner ein Druckakkumulator --21-- über ein handbetätigbares Ven- til --20-- anschliessbar.
In dem Hochdruckkreis ist ein System von Ventilen und Drosseln angeordnet, die eine konstante Vorschubkraft des Arbeitskolbens-l-in Abhängigkeit vom erreichten Gegendruck in der Giessform je nach dem Kristallisierungsstand des schmelzflüssigen Metalls sichert. Dieses Ventilsystem besteht bei dem in Fig. l dargestellten Ausführungsbeispiel aus einem Druckregelventil --11--, einem Steuerven- til--5-- und einem Vorsteuerventil--17--. Das Steuerventil--5-- befindet sich vor dem Hydraulik- zylinder --2-- und ist mit diesem über ein Rohr --4-- verbunden.
Dieses Steuerventil schliesst in einer Stellung den Arbeitsraum des Hydraulikzylinders-2-- an die Druckleitung --16-- an und sperrt in der andern Stellung die Druckzufuhr ab, wobei gleichzeitig der Arbeitsraum des Hydraulikzylinders --2-- an eine drucklose Rückflussleitung --9-- angeschlossen ist. Die Betätigung des Steuerventils --5-- er- folgt durch das federbelastete Vorsteuerventil --17--, das auch den Zu- und Abfluss des Raumes unterhalb des Kolbens des Hydraulikzylinders --2-- je nach Bedarf regelt. Das Vorsteuerventil--17-- wird durch einen Schaltmagneten --18-- gesteuert, der in einem elektrischen Steuerkreis angeordnet ist.
Das Steuerventil--5-- ist an das Druckregelventil--l1-- über die Leitung --6-- angeschlossen, das von einem Servokolbentrieb --12-- betätigt wird. Die Hubhöhe des Servokolbentriebes-12-- wird durch eine Regelschraube --15-- begrenzt. Der Raum oberhalb des Servokolbens ist über ein handbetätigbares Drosselventil--10-- in einer Zweigleitung --7-- an die Druckleitung --6-- vor dem Steuerventil --5-- angeschlossen. Der Raum unterhalb des Servokolbens steht mit der Druckleitung --16-- vor dem Druckregelventil --11-- durch eine Leitung --8-- in Verbindung.
Die auf den Servokolben wirkende Kraft ergibt sich somit aus der Differenz der Drücke in der Druckleitung --16-- vor dem Druck- regelventil--11-- und in der Druckleitung --6-- nach dem Drosselventil --10--. An die Verbindungsleitung --4-- ist ein Manometer --3-- angeschlossen, welches den jeweiligen Pressdruck des Arbeitskolbens-l-anzeigt.
DieFunktion dieses Steuersystems ergibt sich aus der nun folgenden Erläuterung des in Fig. 1 dargestellten Systems.
In der dargestellten Lage der Ventile befindet sich die Vorrichtung in der Ruhestellung. Der Arbeitskolben-l-wird durch den Druck der Pumpe --P-- in der zurückgezogenen Stellung gehalten, wogegen der Arbeitsraum oberhalb des Kolbens über das Steuerventil --5-- an die Abflussleitung --9-- an- geschlossen ist. Der Ausgang des Druckregelventils-11-ist durch das Steuerventil --5-- gesperrt.
Zur Betätigung der Vorrichtung wird der Steuerkreis des Schaltmagneten --18-- eingeschaltet und hiedurch das Steuerventil--17-- in seine andere Stellung gebracht. Damit wird einerseits der Raum unter dem Kolben --1-- im Hydraulikzylinder --2-- über die Leitung --13-- an die drucklose Rücklaufleitung --9-- freigegeben und anderseits auf hydraulischem Wege über die Steuerleitung-14-das Steuerventil --5-- in seine andere Stellung gebracht.
In der Arbeitsstellung des Steuerventils --5-- ist der Raum oberhalb des Arbeitskolbens-l-im Hydraulikzylinder --2-- an das Druckregelventil --11-- angeschlossen. Auf Grund der anfänglichen Entlastung des zwischen Druckregelventil --11-- und Hydraulikzylinder --2-- befindlichen Leitungs- stückes-6-- der Hydraulikleitung wird der Servokolben angehoben und öffnet das Druckregelventil --11-- im Masse der durch die Regelschraube --15-- vorgegebenen Begrenzung. Damit gelangt der Druck auch zum Hydraulikzylinder --2-- und betätigt den Arbeitskolben --1--. Sobald bei Gussende der Gegendruck auf denArbeitskolben zunimmt, ändert sich die Druckdifferenz im Servokolbentrieb --12-und bewirkt ein allmähliches Schliessen.
Die Schliessgeschwindigkeit des Druckregelventils --11-- ist somit eine Funktion der Einstellung des Drosselventils --10--, der Gegendruckvergrösserung vor demAr- beitskolben --1-- und des Momentandruckes in der Hochdruckleitung --16--. Hiebei verhindert der Druck in der Leitung --16-- ein allzu rasches Schliessen des Druckregelventils --11--, wodurch übergrosse Druckstösse im Leitungssystem vermieden werden.
Sobald das Druckregelventil --11-- geschlossen ist, herrscht auf dem Arbeitskolben ein konstanter Druck, der vom Manometer --3-- angezeigt wird. Nach Beendigung des Gusses wird der elektrische Steuerkreis betätigt, wodurch der Schaltmagnet das Vorsteuerventil in die Ruhestellung bringt. Damit kehrt auch der Kolben wieder in seine Ausgangsstellung zurück.
InFig. 2 ist ein etwas aufwendigeres Ventilsystem dargestellt. Die Hochdruckleitung --16-- ist durch die Leitung --33-- an ein Pumpenaggregat --P-- angeschlossen, wobei über ein handbetätigbares Ven- ti1 --20-- ein Druckakkumulator --21-- zuschaItbar ist und führt über ein federbelastetes Vorsteuer- ventil-17-- über die Leitung --6-- zum Druckregelventil--11--, das über die Leitung --4-- an den
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Hydraulikzylinder --2-- angeschlossen ist. Das Druckregelventil --11-- wird einerseits durch einen Servokolbentrieb --12-- verstellt und ist anderseits über ein Drosselventil --10-- in der Zweigleitung --7--
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über dem Servokolben und nach dem Servokolben in der Leitung --7-- ergibt. Die Hubhöhe des Servo- kolbens ist durch eine Regelschraube --15-- einstellbar.
Der Raum oberhalb des Servokolbens ist einer- seits an die Druckleitung --4-- angeschlossen und ist anderseits über ein Hilfsventil --24-- an eine Ab- flussleitung --9-- anschliessbar. Der Raum unterhalb des Servokolbens ist ebenfalls mit der Abflussleitung --9-- in Verbindung und daher stets drucklos.
Das Hilfsventil --24-- wird über das Vorsteuerventil --17-- vom Druck in der Hochdruckleitung - betätigt und dient zum Absperren der Abslussleitung --9-- vom Servokolben --12--.
Das vorsteuerventil --17-- schliesst wechselweise das Druckregelventil-11-oder den Stelltrieb des Hilfsventils --24-- an die Hochdruckleitung --16-- oder an die Abflussleitung --30-- an. Das Vor- steuerventil--17-- wird durch einen Elektromagneten --18-- betätigt, der an einen elektrischen Steuerkreis angeschlossen ist.
Das Rückhubventil --26-- schliesst den Raum unterhalb des Kolbens im Hydraulikzylinder --2-- an dieHochdruckleitung --16-- oder an die Abflussleitung --25-- an, je nach Stellung des federbelasteten Beschleunigungsverteilers --28--, welcher den Stelltrieb des Rückhubventils mit Druck versorgt. Auch der Beschleunigungsverteiler --28-- ist durch einen Elektromagneten --29-- betätigbar und an einen elektrischen Steuerkreis angeschlossen. Dem Rückhubventil --26-- ist eine Rückgangsdrossel --27-- vorgeschaltet, welche die Rückhubgeschwindigkeit einstellbar beeinflusst.
Das Vorsteuerventil --17-- ist in der Hochdruckleitung --16-- mit einem Bypass --32-- versehen, in dem ein Bypassventil --23-- eingeschaltet ist, dass vom Beschleunigungsverteiler --28-- gestellt wird. Dem Vorsteuerventil --17-- ist ferner ein Regeldrosselventil --22-- vorgeschaltet.
Die Wirkungsweise dieses Systems ist folgende : In der in Fig. 2 dargestellten Ruhestellung ist der Raum unter dem Kolben des Hydraulikzylinders --2-- über das Rückhubventil --26-- an die Hochdruckleitung --16-- angeschlossen. Der Raum über dem Kolben des Zylinders --2-- bzw. die Leitung --4-ist einerseits durch das Druckregelventil --11-- von der Hochdruckleitung --16-- getrennt und anderseits über das Hilfsventil --24-- an die Abflussleitung --9-- angeschlossen. Dadurch befindet sich der Arbeitskolben in der zurückgezogenen Stellung.
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Betätigen der Anlage wird durch Erregen des Elektromagneten --18-- das Vorsteuerventil --17--Leitung --4-- und in den Hydraulikzylinder --2--.
Die Geschwindigkeit, mit der nun der Arbeitskolben - sich bewegt, ist von der Einstellung des Regeldrosselventils und der Regelschraube --15-- imDruckregelventil-11-- abhängig. Nach einem vorbestimmten Kolbenhub wird der Beschleunigungsverteiler --28-- durch Erregen des Elektromagneten --29-- verstellt, wodurch das Bypassventil --23-in der Bypassleitung --32-- geöffnet wird und die Drossel --22-- überbrückt. Gleichzeitig wird die Ab- flussleitung --31-- desHydraulikzylinders --2-- durch Verstellen des Rückhubventils --26-- an die Ab- flussleitung --25-- angeschlossen. Dadurch erhöht sich nun die Geschwindigkeit des Kolbens, die nun nur mehr von der Einstellung der Regelschraube 15 des Druckregelventils --11-- abhängt.
Nach dem Aufhören der Kolbenbewegung steigt der Druck im Zylinder --2-- und bewirkt durch den Servokolbentrieb --12-- in Abhängigkeit von der Einstellung des Drosselventils --10-- ein allmähliches Schliessen des Druckregelventils --11--. Am Manometer --3-- ist der jeweilige Druck im Zylinder - ablesbar.
Nach dem Abschalten des elektrischen Stromes für die beiden Elektromagnete-18, 29- gehen das Vorsteuerventil --17 -- und der Beschleunigungsverteiler --28-- zufolge der Rückstellfeder wieder in ihre Ruhestellung zurück. Dadurch wird das Rückhubventil --26-- wieder zurückgestellt und schliesst das Abflussrohr --31-- an die Hochdruckleitung --16-- an. Das Hilfsventil --24-- öffnet sich wieder und führt die Druckflüssigkeit vom Zylinder --2-- in die Abflussleitung --9--. Damit kehrt der Kolben-1in seine Ausgangslage zurück, wobei die Rückhubgeschwindigkeit von der Einstellung der Rückgangs- drossel-27-- abhängig ist.
Durch das Zurückstellen des Beschleunigungsverteilers --28-- in seine Ruhestellung wird auch das Bypassventil --23-- wieder geschlossen. Das Leitungsstück --6-- zwischen Druckregelventil --11-- und Vorsteuerventil--17-- wird in der Ruhestellung des Vorsteuerventils --17-- an die Abflussleitung --30-angeschlossen und daher drucklos. Dadurch geht das Druckregelventil --11-- ebenfalls in seine Ruhelage zurück, da der Servotrieb-12-- von der zurückfliessenden Druckflüssigkeit beaufschlagt ist.
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Durch diese Ausführungsart des Ventilsystems ist es möglich, eine zweistufige Vorschubgeschwindigkeit zusätzlich zur geregelten Abschaltung des Vorschubdruckes zu erreichen.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Vorrichtung zumRegeln und Stabilisieren der Presskraft bei Maschinen zum Druckgiessen von Me- tallen mit hydraulischem Antrieb, bestehend aus einem Hydraulikzylinder und einem hydraulischen Hochdruckkreis, wobei in die Hochdruckleitung ein Umsteuerventil und ein hydraulisch stellbares Druckregelventil eingeschaltet sind, das in Abhängigkeit vom Gegendruck im Hydraulikzylinder den Nachdurck in derHochdruckleitung regelt, dadurch gekennzeichnet, dass das Druckregelventil(11) und das Umsteuerventil (5) zwischenDruckakkumulator (21) und Hochdruckpumpe (P) einerseits und dem Hydraulikzylinder (2) anderseits in Serie hintereinander angeordnet sind, und der Servokolbentrieb (12) des Druckregelventils (11) regelbar an die Hochdruckleitung angeschlossen ist.
2. Vorrichtung nachAnspruchl, dadurch gekennzeichnet, dassdasDrosselventil (10) in einer Zweigleitung (7) vor das Zuleitungsrohr (4) zum Hydraulikzylinder (2) geschaltet ist.