Druck- oder Spritzgussmaschine
Gegenstand vorliegender Erfindung ist eine Druckoder Spritzgussmaschine mit einem Arbeitssystem zum Einpressen von flüssiger Giessmasse in einen Formhohlraum und verstellbaren Steuerorganen zur Einstellung eines wählbaren Arbeitsprogrammes.
Es sind bei Druck- oder Spritzgussmaschinen bereits Vorrichtungen und Steuerorgane zur Einstellung eines wählbaren Arbeitsdiagramms unter Berücksichtigung der Formgestalt, der Giessmasse-Temperaturen und des Schussdruckes, Mittel zur Einstellung wählbarer, voneinander verschiedener Drücke in der Schussvorlauf- und in der Formfüllungsphase sowie Mittel zur Veränderung des Arbeitsdiagramms im Laufe einer Serienproduktion bekannt. Für die serienmässige Herstellung gewisser Gusskörper erwies sich aber die Anwendung dieser bekannten Mittel als ungenügend.
Gemäss vorliegender Erfindung sind Mittel zur Messung der Schusszeit, vorzugsweise sowohl zur Messung der Schussvoriaufzeit als auch zur Messung der Formfüllzeit, bei jedem Giessvorgang vorgesehen.
Dadurch können Veränderungen von gewissen unbeeinflussbaren Parametergrössen für das Arbeitsdiagramm als Veränderungen der gemessenen Schusszeit bzw. der beiden Hauptphasen derselben festgestellt und durch automatische oder Handverstellung der beeinflussbaren Einstellgrössen im Sinne der Aufrechterhaltung bzw. der Korrektur des vorbestimmten Arbeitsdiagramms kompensiert werden.
Ausführungsbeispiele erfindungsgemässer Druckoder Spritzgussmaschinen mit je einer Vorrichtung zur Überwachung des Arbeitsdiagramms sind in der Zeichnung schematisch dargestellt.
Die Fig. 1 zeigt schematisch die Form samt Ein schu8-System einer Druckgussmaschine mit einer Schusszeit-Messvorrichtung erster Ausführungsform, die Fig. 2 zeigt drei Arbeitsdiagramme des Einschuss-Systems der Fig. 1, wobei die Fig. 2a ein Weg-Zeit-Diagramm, die Fig. 2b ein Weg-Geschwindigkeits-Diagramm, die Fig. 2c ein Weg-Druck-Diagramm darstellt, die Fig. 3 zeigt in schematischer Darstellung die Form, ein Einschuss-System und eine Schusszeit-Messvorrichtung zweiter Ausführungsform, die Fig. 4 zeigt in schematischer Darstellung Form und Einschuss-System einer Druckgussmaschine ähnlich den Fig. 1 und 3 mit einer dritten Ausführungsform der Schusszeit-Messvorrichtung.
Gemäss Fig. 1 besteht eine Spritzgussform 1 aus einer festen Formhälfte 2 und einer beweglichen Formhälfte 3. Diese Teile umsehliessen den Formhohlraum 5 für das zu giessende Stück. Der festen Formhälfte 2 ist eine Füllbüchse 10 mit einer Einfüllöffnung 11 zur Aufnahme flüssiger Giessmasse zugeordnet. Die Füllbüchse 10 bildet den Führungszylinder für den Stempel 12, weicher für die Einpressung von Giessmasse in den Formhohlraum 5 dient. Der Stempel 12 ist durch eine Kolbenstange 13 mit einem Schuss-Kolben 14 verbunden, der in einem Schuss-Zylinder 15 verschiebbar angeordnet ist und unter Wirkung eines Dnickmediums betätigt wird.
Das dem Schuss-Zylinder 15 zuführbare Druckmedium ist einer Druckmedium-Quelle 20 entnehmbar, die gemäss Fig. 1 aus einer Druckpumpe mit Rückschlagventil 21 und einem Druckmediumspelcher (Akkumulator) 22 besteht. Zwischen der Druck medium-Quelll ! e 20 und dem Schuss-Zylinder 15 sind mindestens ein Absperrventil 23 und ein Drosselventil 24, die in bekannter Weise betätig resp. steuerbar sind, eingeordnet. Der momentan im Druckraum 16 zwischen Schuss-Zylinder 15 und Schuss-Kolben 14 herrschende Druck wirkt gleichzeitig auf einen Druckindikator 25.
An die Kolbenstange 13 ist ein Schaltnocken i8 in fester Verbindung angebaut. Diesem Schaltnocken 18 sind ein fester, dem Wegpunkt so zugeordneter elektrischer Schalter 30 und ein auf den Wegpunkt sl einstellbarer Umschalter 31 zugeordnet. Dem Druckindikator 25 ist ein Schalter 47, bestehend aus einem mit dem beweglichen Teil des Druckanzeigers 25 mechanisch verbundenen Schleifkontakt 49 und einer auf einen bestimmten Druckwert pa verstellbaren Kontaktschiene 48 zugeordnet.
Aus einem Speisespannungsnetz UN mit der Netzfrequenz fo werden über einen Rückstell-Unterbrecher 50 und über zwei Stromkreise mit den Schaltern 30, 31 und 47 zwei Impulsgeneratoren, nämlich ein Impulsgenerator 40 mit einer Frequenz fi von beispielsweise 100 Hz, und ein weiterer Impulsgenerator 45 mit einer Frequenz 12 von beispielsweise 1000 Hz Ausgangs-Impulsfrequenz sowie zwei Impulszähler 41 und 46 gespiesen.
Drei charakteristische Kurven eines Arbeitsdiagramms von Druckgussmaschinen sind in den Fig. 2a, 2b, 2c dargestellt. In jedem dieser Diagramme sind die Abszissenwerte momentane Stellungen des in Fig. 1 senkrecht darüber in der Füllbüchse beweglichen Stempels 12. Mit so ist die Atusgangsste, llung des Stempels 12, mit sl dessen Stellung nach Zurücklegung des sogenannten Schuss-Vorlaufes und mit s dessen Endstellung nach vollständiger Füllung des Formhohiraumes bezeichnet, wobei der Weg SA¯-V als Formfüllweg bezeichnet werden kann.
In Fig. 2a sind als Ordinatenwerte die laufenden Zeitwerte to, ti, t2 eingetragen, die den drei besonderen Abszissenwerten So, Si, 52 zugeordnet sind.
In Fig. 2b sind als Ordinaten die Verschiebungsgeschwindigkeiten vo, vl, V2 des Stempels 12 für die drei besonderen Abszissenwerte eingezeichnet.
In Fig. 2c endlich sind für die dlrei besonderen Abszissenwerte die auf den Schuss-Kolben 14 einwirkenden Druckkräfte po, P1, P2 eingetragen.
Man sieht aus diesen Diagrammen nach Fig. 2a bis 2c, dass der Stempel 12 zwischen der Ausgangsstellung so und der Stellung Si mit konstanter kleiner Vorschubgeschwindigkeit Vi als Schuss-Vorlauf bis zur Abschliessung der Einfüllöffnung 11 in die Füllbüchse 10 hineingetrieben wird.
Bis zur Erreichung der Stellung Si benötigt der Stempel 12 nach dem Start in der Stellung So die Zeit t1, die als Schuss-Vorlauf-Zeit bezeichnet wird.
Bei Erreichung der Arbeitsstellung m durch den Stempel 12 steigt der Druck im Arbeitsraum 16 des Schuss-Zylinders 15 vom vorherigen kleinen Wert po auf einen wesentlich höheren Wert PA an, da die Füllbüchse 10 nun im wesentlichen über die ganze Querschnittsfläche mit flüssiger Giessmasse angefüllt ist. Wenn der Stempel 12 diese Stellung si erreicht hat. wird durch Verstellung des Ventils 24 die Druckmediumzufuhr zum Schuss-Zylinder 15 auf einen höheren Wert eingestellt, so dass der Stempel 12 unter diesem Druck PA und mit erhöhter Geschwindigkeit v2 gegen die Form 1 weiterbewegt wird, bis der Formhohlraum 5 vollständig mit Giessmasse gefüllt ist. Der Stempel 12 befindet sich dann in seiner Endstellung 52.
Die Stempelgeschwindigkeit fällt auf Null and der Druck des Druckmediums steigt plötzlich auf einen Spitzenwert P2 im Arbeitsraum 16 an. Die Endstellung 52 erreicht den Stempel 12 zur laufenden Zeit t2, wobei die Zeitdifferenz t2-f bedeutend kleiner ist als die Zeitdifferenz r1 - t0.
Die günstige Gestaltung dieses Arbeitsdiagramms im Hinblick auf eine fehlerfreie Fertigung einwandfreier Guss-Stücke ist das Resultat theoretischer Berechnungen und praktischer Vorversuche. Demnach werden die Steuerorgane für das Steuerventil 23 und das regulierbare Drosselventil 24 eingestellt. Diese Werte sollten für ein bestimmtes Guss-Stück in einem Rezept zusammengefasst werden können und beliebig reproduzierbar sein.
Es hat sich nun aber gezeigt, dass bei serienmässiger Wiederholung eines solcherart voreingestellten Arbeitsprozesses die dauernde Herstellung einwandfreier Guss-Stücke nicht gewährleistet ist. Dies kann auf verschiedene, unbeeinflussbare Veränderungen von verschiedenen wirksamen Betriebsgrössen zurückführbar sein, z. B. die Temperatur und damit die Viscositätsänderung des Arbeitsmediums, die Temperatur von verschiedenen Bauteilen der Maschine oder auf ausgewechselte Teile, beispielsweise einen neuen Schusskolben usw.
Es hat sich gezeigt, dass eine genaue Einhaltung des als günstig befundenen Arbeitsdiagramms bei jedem einzelnen Giessvorgang wichtig ist. Dies wird vorteilhafterweise ermöglicht durch die genaue Einhaltung der sich aus dem Diagramm nach Fig. 2a ergebenden Sollzeiten, nämlich Schuss-Vorlaufzeit tl-to für die Bewegung des Stempels 12 aus der Grundstellung so in die Stellung sl und der Formfüll Zeit t2 - t1, d. h. für die Bewegung des Stempels 12 aus der Stellung sl in die Endstellung 52. Festgestellte Abweichungen der ermittelten Zeitwerte t-to und t2 - ti gegenüber den entsprechenden Sollzeitwerten lassen sich, entweder von Hand oder automatisch, an beeinflussbaren Grössen, z.
B. an den Einstellorganen für das Steuerventil 23 oder für das Drosselventil 24, korrigieren, was die weitere genaue Einhaltung des günstigen Arbeitsdiagramms sichert.
Die Messung der Zeiten tl-to und t2 - tl erfolgt in der Einrichtung gemäss Fig. 1 in folgender Weise:
Mit Beginn der Verschiebung des Stempels 12 durch den Schuss-Kolben 14 und die Kolbenstange 13 bewirkt der mitbewegte Schaltnocken 18 sofort die Schliessung des elektrischen Schalters 30. Dadurch wird der Impulszähler 41 über diesen Schalter 30 und den Ruhekontakt des Umschalters 31 an den Ausgang des Impulsgenerators 40 geschaltet und zählt die Impulse, die er sogleich dekadisch anzeigt, bei einer Impulsfrequenz von 100 Hz in Hundertstel Sekunden. Bei Erreichen der Stellung sl durch den Stempel 12, auf die der Umschalter 31 eingestellt ist, schaltet der Schaltnocken 18 den Umschalter 31 um, d. h. er unterbricht den Speise-Stromkreis für den Impulszähler 41 und setzt diesen dadurch still.
Gleichzeitig wird durch bekannte Mittel die Druckmediumsmenge zum Zylinder 15 durch das Drosselventil 24 erhöht und durch die Umschaltung des Schalters 31 der Stromkreis vom Ausgang des Impulsgenerators 45 über den dem Druckindikator 25 zugeordneten Schalter 47 und den Arbeitskontakt des Umschalters 31 zum Impulszähler 46 geschlossen.
Dank der höheren Frequenz des Impulsgenerators 45 von 1000 Hz wird die wesentlich kürzere Formfüll zeit tS-tA - t3 am Impulszähler 46 ü Millisekunden an- gezeigt. Im Moment des zweiten Druckanstieges von Pl auf pz fährt der Schleifkontakt 49 aus dem Bereich der Kontaktschiene 48 und setzt durch diese Stromkreisunterbrechung den Impulszähler 46 still. Vor Beginn eines neuen Schusses von Giessmasse in die Form 1, wenn der Stempel 12 wieder in der Grundstellung so ist, werden durch den Rückstellunterbrecher 50 im Speisestromkreis der beiden Impulsgeneratoren 40 und 45 die beiden Impulszähssler 41 und 46 auf NUll zurückgestellt.
Durch diese Vorrichtung lassen sich in einfacher Weise und getrennt voneinander die Schuss-Vorlaufzeit ti - to und die Formfüllzeit t2 - t, bei jedem Schuss rasch feststellen. Allfällige Abweichungen vom Arbeitsdiagramm werden sofort angezeigt, Anderungen in der Einstellung der Maschine können sofort in der richtigen Art und Weise erfolgen, womit der Ausschuss auf ein Minimum reduziert werden kann.
Durch diese Vorrichtung wird es auch möglich, ein eindeutiges Arbeitsrezept aufzustellen, so dass für jedes Stück reproduzierbare Arbeitsverhältnisse erzielt werden.
Während bei der Vorrichtung nach Fig. 1 besonders die Schalter 30 und 31 ideal angenommen wurden, d. h. dass kein Prellen derselben auftritt und dass der Umschalter 31 mit vernachlässigbaren Umschaltzeiten arbeitet, zeigt die Fig. 3 eine Vorrichtung zur Messung der beiden Zeiten t1 - to und t2-tA für Schussvorlauf und Formfiillung mit ruhenden, sogenannten elektronischen Schaltelementen, worunter unter anderem Transistorschalter und Transistorspeicher zu verstehen sind. Der Schalter 31 ist ersetzt durch einen einfachen Endschalter 31' und der Schaltnocken 18' ist in der Art eines auf der Kolbenstange 13 sitzenden Ringes ausgebildet.
An ein Spannungsnetz UN von der Frequenz fo sind ein Gleichrichter 55 und die beiden Impuls Beneratoren 40 und 45 über einen RückstellLUnter- brecher 50 angeschlossen. An den Gleichrichter 55 mit einer negativen Spannung - U, beispielsweise -20V, einer Nuilspannung 0 und einer positiven Spannung + U, beispielsweise + 6 V, sind in bekannter Weise zwei Impulsspeicher 51 und 56 und zwei sogenannte & -Tore (UND-Tore) 61 und 66 angeschlossen.
Die Impulsspeicher 51 und 56 und die & -Tore 61, 66 sind als an sich bekannte Transistorschaltungen ausgebildet, enthalten also keine mechanisch bewegten Kontakte. Darum werden sie als ruhende Schaltelemente bezeichnet.
In der in n Fig. 3 dargestellten Stellung der be- weglichen Organe sperren die & -Tore 61 bzw. 66 die Stromverbindungen von den zugeordneten Im pulsgeneratoren 40 bzw. 45 zu den zugeordneten Zählwerken 41 bzw. 46, weil sich die zugeordneten Impulsspeicher 51 bzw. 56 im nichtleitenden Zustand befinden.
Sobald durch den Schalter 30 bei dessen Betätigung durch den Schaltnocken 18' einmal die Ausgangsspannung - U des Gleichrichters 55 an den Eingang L des Impulsspeichers 51 gelegt wird, wenn auch nur für einen kurzen Moment, kippt dieser Speicher 51 in den leitenden Zustand, so dass auch der Ausgang zum zugeordneten & -Tor 61 die Span nung - U führt und damit die notwendige Vorbedingung zur Zählung der Impulse des Generators 40 im Zählwerk 41 geschaffen wird. Der Impulsspeicher 51 bleibt so lange im leitenden Zustand', bis an seinen zweiten Eingang 0 die Spannung - U gelegt wird.
Dies geschieht dann, wenn der Schaltnocken 18' beim Schalter 31' ankommt, der auf die Stellung Si eingestellt worden ist. Eine auch nur kurzzeitige Schlie ssung des Schalters 31' legt die Spannung - U an den Eingang 0 des Impulsspeichers 51 und gleichzeitig an den Eingang L des Impulsspeichers 56. Dadurch wird der Impulsspeicher 51 in den sperrenden Zustand zurückgekippt, so dass das & -Tor 61 von diesem Moment an die Durchschallung der Impulse aus dem Generator 40 zum Impulszähler 41 verhindert. Die & -Tore 61 oder 66 liefern nur dann ein Ausgangssignal, wenn an seinen beiden Eingängen sowohl von Speicherausgang 51 oder 56 her als auch vom Generatorausgang 40 oder 45 her gleichzeitig die vorbestimmten Signale anliegen.
Da gleichzeitig der Impulsspeicher 51 in den sperrenden Zustand und der Impulsspeicher 56 in den leitenden Zustand gekippt werden, erfolgt von diesem Moment t1 an eine Zählung der Impulse des Generators 45 im Zählwerk 46.
Wenn nach Beendigung der Formfüllung der auf den Schusskolben 14 einwirkende Arbeitsdruck über einen am Druckindikator 25' eingestellten Wert hinaus plötzlich ansteigt, so wird über den mit dem Druckindikator 25' gekuppelten Kontakt 49' und den entsprechend eingestellten Gegenkontakt 48' des Druckschalters 47' die Ausgangsspannung -U des Gleichrichters 55 kurzzeitig an den Eingang L des Impulsspeichers 56 gelegt, mit der Wirkung, dass dieser in den sperrenden Zustand zurückgekippt wird und dadurch die weitere Zuleitung von Impulsen des Generators 45 über das & -Tor 66 zum Impulszählwerk 46 gesperrt wird.
Nach Vollendung der Formfüllung, a2so wenn sich der Stempel 12 in seiner Endstellung 52 befindet, zeigt das Zählwerk 41 die Schuss-Vorlaufzeit tl-to in Hundertstels-Sekunden und das Zählwerk 46 die Formfüllzeit t2 - t1 in Millisekunden an, wobei allfällige Prellungen der Schalter 30 und 31' die an gezeigten Zeiten nicht beeinflussen und die Umschaltung von einem Zählwerk auf das andere beim Durchlaufen der Stellung Si des Schalters 31' durch den Schaltnocken 18'verzögerungsfrei erfolgt.
Bei der Rückwärtsbewegung des Stempels 12 in die Ausgangsstellung wird der Rückstellschalter 50 geöffnet, mit der Wirkung, dass alle Stromkreise unterbrochen, die Impulszähler 40, 45 ausgeschaltet, die Impulsspeicher 51, 56 im sperrenden Zustand bleiben und die Zählwerke 41, 46 auf den Zählerstand 000 zurückgestellt werden.
Die Schaltzeiten der Schalter 30', 31' sind bei jedem Schuss gleich, so dass sie an sich aus der Messung vernachlässigt werden können.
Für die in Fig. 1 und 3 dargestellten Beispiele wurde von der Voraussetzung ausgegangen, dass die Dosierung von Giessmasse in die Füllbüchse in grossen Grenzen variiert, so dass bei den einzelnen Schüssen der Stempel nicht immer gleich weit getrieben wird. Deshalb sah man zum Stillsetzen des zweiten Impulszählers 46 einen druckabhängigen Schalter 47 bzw 47' vor. Wie aber die Erfahrung zeigt, bleibt der Unterschied A sf (Fig. 4) zwischen einem minimalen Stempelweg s2 min und einem maximalen Stempeiweg 52 marx in sehr engen Grenzen.
Die Zeit zur Zurücklegung dieses Weges A Sf ist sehr kurz gegenüber der eigentlich Formfullzeit t2- tI.
Das in Fig. 4 dargestellte Ausführungsbeispiel der Erfindung unterscheidet sich von demjenigen nach Fig. 3 durch geringfügige Veränderungen. Anstelle eines vom Druckindikator 25' in Abhängigkeit vom Eintritt des plötzlichen Druckanstieges betätigten Schalters 47' ist an einer Steile 52 min, welche der Schaltnocken 18' bei jeder Formfüllung mindestens erreicht, ein Endschalter 32 angeordnet, der dieselbe Wirkung wie der Schalter 47', nämlich die Rückkippung des Impulsspeichers 56 in den sperrenden Zustand und damit die Sperrung der Impulszählung im Zählwerk 56 für die Formfül3} Zeit- messung, hat.
Dies ist mit Rücksicht auf den vorstehend erläuterten vernachlässigbaren Einfluss einer allfälligen geringen Weiterbewegung des Stempels 12 bis zu einer um den geringen Betrag A Sf entfernteren Endstellung 52 marx auf die Formfüllzeit t2 - tl zulässig und hat den Vorteil, dass anstelle eines etwas komplizierten Manometer-Schalters ein einfacherer Endschalter verwendbar ist. Ausserdem ist im Beispiel nach Fig. 4 nur ein einziger Impulsgenerator 45 mit einer Frequenz 12 = 1000 Hz zur Speisung beider Zählwerke 41' und 46 vorgesehen.
Dafür hat das demgemäss die gemessene Zeit in msec anzeigende Zählwerk 41' eine Dekadenstufe mehr als das Zählt werk 41 in Fig. 1 in Berücksichtigung des grösseren Wertes der Schuss-Vorlaufzeit ti - to gegenüber der Formfüllzeit t2 - t1.
Anstelle der mechanisch elektrischen Schalter 30, 31, 32, 47 in den dargestellten und beschriebenen Ausführungsbeispielen lassen sich natürlich auch Photozellenschalter bzw. kapazitive oder induktive Schalter verwenden. Ausserdem wäre es unter Umständen möglich, zur Messung der Schuss-Vorlaufzeit tl-to und der Formfüllzeit t2 - tl nicht-elektrische Zeitmessorgane, sondern mechanische Stopp-Uhren zu verwenden, die beispielsweise durch ein mit dem Stempel 12 bewegtes Betätigungsorgan über an den entsprechenden Stellen So, St, 82 angeordnete Auslöser, z. B. Drahtauslöser, wie sie für Photoapparate benützt werden, gestartet und gestoppt werden können.
Für gewisse, relativ einfache Giessoperationen mag es auch ausreichend sein, wenn die Schusszeit nicht in zwei Abschnitten, nämlich als Vorlaufzeit tl-to und als Formfüllzeit t2-tl, sondern nur als totale Schusszeit t2 - tO durch entsprechend vereinfachte Schusszeitmessmittel ermittelt wird.
PATENTANSPRUCIH
Druck- oder Spritzgussmaschine mit einem Arbeitssystem zum Einpressen von flüssiger Giessmasse in einen Formhohlraum und verstellbaren Steuerorganen zur Einstellung eines wählbaren Arbeitsdia- gramms, gekennzeichnet durch Mittel zur Messung der Schusszeit bei jedem Giessvorgang.