DE102005036060A1

DE102005036060A1 - Hydraulisch betätigte Gießeinheit

Info

Publication number: DE102005036060A1
Application number: DE102005036060A
Authority: DE
Inventors: Dirk Herold; Holger Engert
Original assignee: Bosch Rexroth AG
Current assignee: Bosch Rexroth AG
Priority date: 2004-10-15
Filing date: 2005-08-01
Publication date: 2006-11-16
Also published as: CN101080292B; CN101080292A; DE112005002529B4; WO2006042500A3; DE112005002529A5; WO2006042500A2

Abstract

Offenbart ist eine hydraulisch betätigbare Gießeinheit mit einem Gießzylinder, der über eine Steuerventeilanordnung während einer Formfüllphase mit einer Niederdruckquelle und während einer Nachdruckphase mit einer Hochdruckquelle verbindbar ist. Diese Steuerventilanordnung hat erfindungsgemäß ein stetig verstellbares Wegeventil, über das während einer Vorfüllphase unabhängig von einer Druckmittelverbindung zur Niederdruckquelle oder zur Hochdruckquelle ein in Ausfahrrichtung wirksamer Zylinderraum des Gießzylinders mit einer Druckquelle verbindbar ist, so dass ein Kolben des Gießzylinders in Abhängigkeit von der Ansteuerung des Wegeventils sanft und gleichförmig beschleunigt werden kann.

Description

Die Erfindung betrifft eine hydraulisch betätigte Gießeinheit gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Derartige Gießeinheiten werden bei Druckgussmaschinen (Kaltkammermaschinen, Warmkammermaschinen), Tixomoulding-, Kunststoffspritzgießmaschinen oder ähnlichen Maschinen eingesetzt, bei denen ein aufgeschmolzenes oder teigiges Formmaterial in eine Kavität einer Form eingebracht werden muss.
Der Gießvorgang lässt sich in drei Hauptphasen unterteilen, wobei in einer ersten Vorfüllphase das aufgeschmolzene oder teigige Formmaterial in eine Gießbüchse eingebracht und dann vergleichsweise langsam in Richtung zum Anschnitt der Form verschoben wird. Dabei soll die Formmassebewegung langsam und ruckfrei bei geringer Geschwindigkeit erfolgen.
Das Füllen der Kavität erfolgt dann während der Formfüllphase, bei der die Formmasse mit vergleichsweise hoher Fließgeschwindigkeit in die Form gedrückt wird.
Zum vollständigen Füllen der Form, zum Verdichten und zum Ausgleich der Schrumpfung der Formmasse während des Erstarrungsprozesses schließt sich eine Nachdruckphase an, bei der ein vergleichsweise hoher Druck aufgebaut wird. Im Anschluss an diese drei Phasen wird die Gießeinheit dann in ihre Ausgangsposition zurück bewegt und ist bereit für den nächsten Schuss.

In der US 5,622,217 ist eine Gießeinheit einer Druckgussmaschine gezeigt, bei der die Formmasse mittels eines Gießzylinders mit Druck beaufschlagt wird. Die Ansteuerung des Gießzylinders erfolgt über eine hydraulische Steuerventilanordnung, über die ein in Ausfahrrichtung des Gießzylinders (Druckaufbaurichtung) wirksamer Zylinderraum während der beiden ersten Phasen (Vorfüllphase, Füllphase) mit dem Druck in einem Niederdruckspeicher und während der Nachdruckphase mit dem Druck in einem Hochdruckspeicher verbindbar ist. Die Ausfahrgeschwindigkeit des Gießzylinders wird dabei ablaufseitig über ein Steuerventil gesteuert, das eine Verbindung zum Tank auf- oder zusteuert.

Für einen qualitativ hochwertigen Gießvorgang ist es erforderlich, dass der Gießzylinder während der Formfüllphase ruckfrei anfährt und sich anschließend mit vergleichsweise langsamer Geschwindigkeit bewegt, so dass das Formmaterial entsprechend "sanft" eingezogen und zur Kavität hin gefördert wird.

Ein besonders wichtiges Kriterium ist dabei, die geringe Geschwindigkeit, die beispielsweise etwa 10% der Maximalgeschwindigkeit des Gießzylinders beträgt, möglichst genau nach dem gewünschten Geschwindigkeits-profil einzuhalten. Diese Geschwindigkeit wird beim Stand der Technik über das im Ablauf vorgesehene Steuerventil eingestellt, über das das Druckmittel aus dem Ringraum des Gießzylinders zum Tank hin abströmt. Dieses Ventil muss beim Stand der Technik mit einer vergleichsweise großen Nennweite ausgeführt sein, da insbesondere bei der sich anschließenden Formfüllphase ein großer Druckmittelvolumenstrom über dieses Steuerventil gefahren werden muss. Es zeigte sich, dass sich mit einem derart großen Ventil die Geschwindigkeit des Gießzylinders in der Vorfüllphase nicht mit der erforderlichen Genauigkeit steuern oder regeln lässt.

Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zu Grunde, eine hydraulisch betätigte Gießeinheit zu schaffen, mit der sich die Formteilqualität verbessern lässt.

Diese Aufgabe wird durch eine hydraulisch betätigte Gießeinheit mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.

Die erfindungsgemäße Gießeinheit hat einen Gießzylinder zum Druckbeaufschlagen einer Formmasse, der über eine Steuerventilanordnung in einer Vorfüllphase sowie in einer Formfüllphase mit einer Niederdruckquelle und in einer Nachdruckphase mit einer Hochdruckquelle verbindbar ist. Diese Steuerventilanordnung hat ein stetig verstellbares Wegeventil, über das ein in Ausfahrrichtung wirksamer Zylinderraum des Gießzylinders mit einer Druckmittelquelle (ND) verbindbar ist. Über dieses stetig verstellbare Wegeventil kann die Anfahrbewegung des Gießzylinders ohne eine Druckmittelverbindung mit der Niederdruck- oder Hochdruckquelle gesteuert werden. Da dieses stetig verstellbare Wegeventil im Wesentlichen nur während der Vorfüllphase und gegebenen-falls noch während des Zurückfahrens des Gießzylinders nach der Nachdruckphase wirksam ist und die dabei erforderlichen Druckmittelvolumenströme vergleichsweise gering sind, kann dies mit kleiner Nennweite und mit einer entsprechend hohen Auflösung ausgelegt werden, so dass die Steuerung des Geschwindigkeitsprofils wesentlich präziser als beim eingangs beschriebenen Stand der Technik erfolgen kann.

Durch geeignete Ausgestaltung der Durchflusskennlinie und entsprechender Ansteuerung des Wegeventils kann während der Vorfüllphase in dem in Ausfahrrichtung wirksamen Zylinderraum des Gießzylinders der Systemdruck, d.h. der Druck der Niederdruckquelle eingestellt werden, so dass das Umschalten auf die Formfüllphase ebenfalls ruckfrei erfolgt.

Bei einem besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist das stetig verstellbare Wegeventil so ausgelegt, dass es während der Vorfüllphase den aus einem Ringraum des Gießzylinders abströmenden Druckmittelvolumenstrom zum in Ausfahrrichtung wirksamen Zylinderraum leitet, so dass von der Pumpe entsprechend weniger Druckmittel nachgefördert werden muss und an der regelnden Steuerkante des Wegeventils ein geringerer Druckabfall entsteht. Durch die Differentialschaltung wird die Auflösung und damit die Regelgüte nochmals verbessert und das Erreichen des hohen Druckniveaus erleichtert.

Bei einem besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel ist das stetig verstellbare Wegeventil mit einem Druckanschluss, einem Tankanschluss und zwei Arbeitsanschlüssen ausgeführt, wobei in einer Grundstellung die beiden Arbeitsanschlüsse mit dem Tankanschluss und in ersten Positionen, in denen der Gießzylinder in der Vorfüllphase ausgefahren wird, der an den bodenseitigen Zylinderraum des Gieß-zylinders angeschlossene Arbeitsanschluss mit Niederdruck und der andere Arbeitsanschluss mit dem Tank und in den zweiten Positionen, in die das Wegeventil zum Zurück-fahren des Gießzylinders umgesteuert wird, der Druckan-schluss mit dem an den Ringraum des Gießzylinders ange-schlossenen Arbeitsanschluss und der andere Arbeitsanschluss mit dem Tankanschluss verbunden ist, so dass das Druckmittel aus dem bodenseitigen Zylinderraum zum Tank hin abströmen kann.

Zur Absicherung dieses Wegeventils ist jeweils im Druckmittelströmungspfad zwischen dem Arbeitsanschluss und dem zugeordneten Zylinderraum ein Sperrventil angeordnet. Dieses Sperrventil wird während der Formfüllphase und der Nachdruckphase gesperrt, so dass das Druckmittel vom Gießzylinder nicht zum Wegeventil strömen kann.

Auch in einer Niederdruckleitung zur Niederdruckquelle kann ein ND-Sperrventil vorgesehen sein, das beim Umschalten auf Hochdruck während der Nachdruckphase schnell schließen muss.

Die vorgenannten Sperrventile werden jeweils vorzugsweise durch ein vorgesteuertes Logikventil gebildet.

Die Hochdruckquelle und die Niederdruckquelle sind vorzugsweise von Druckspeichern gebildet, die jeweils von einer HD bzw. ND-Pumpe aufladbar sind.

Die Druckmittelquelle ist vorzugsweise durch eine ND-Pumpe gebildet.

Während der Formfüll- und Nachdruckphase kann der Druck im Ringraum bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel über ein Drosselventil eingestellt werden, über das eine Verbindung zum Tank aufgesteuert wird.

Sonstige vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand weiterer Unteransprüche.

Im Folgenden werden zwei bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung an Hand schematischer Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
1 einen Schaltplan einer hydraulisch betätigten Gießeinheit;
2 einen Schaltplan einer einfacher aufgebauten Gießeinheit und
3 eine Teildarstellung des Schaltplans gemäß 2.
In 1 ist der Hydraulikschaltplan einer Gießeinheit 1 einer Druckgießmaschine dargestellt. Die Gießeinheit 1 hat einen Gießzylinder 2, dessen Kolben 4 einen in einer nicht dargestellten Gießbüchse geführten Gießkolben betätigt. In diese Gießbüchse oder Füllkammer wird das aufgeschmolzene Formmaterial eingeführt und dann durch Axialvorschub des Gießkolbens in Richtung zu einer Form bewegt, so dass diese während der eingangs beschriebenen Formfüllphase mit Schmelze gefüllt und während der Nachdruckphase die in der Form aufgenommene Schmelze verdichtet und eventueller Schwund ausgeglichen wird.
Die Druckmittelversorgung des Gießzylinders 2 erfolgt über einen Hochdruckspeicher HD oder einen Niederdruckspeicher ND sowie – wie im Folgenden noch näher erläutert – über eine Niederdruckpumpe 6 oder eine Hochdruckpumpe 8, die auch den Hochdruckspeicher HD auflädt. Das Aufladen des Niederdruckspeichers ND erfolgt über die Niederdruckpumpe 6 oder eine eigene Niederdruckpumpe 9.
Bei dem üblicherweise in derartigen Druckgießmaschinen, beispielsweise Kaltkammermaschinen verwendeten Druckmitteln handelt es sich um HFC-Flüssigkeiten, die aus einer Lösung von Polymeren in Wasser bestehen und als schwer entflammbar eingestuft sind. Diese wässrige Lösungen bereiten insbesondere bei den Pumpen Probleme hinsichtlich der Wellenabdichtung, so dass sie einen erhöhten Verschleiß aufweisen. Darüber hinaus können bei derartigen Druckmitteln Kavitationen auftreten, die den Verschleiß weiter erhöhen. Die Anmelderin hat eine Hochdruckpumpe entwickelt, über die auch bei HFC-Flüssigkeiten Drücke in dem für Druckgussmaschinen erforderlichen Bereich bis zu 450 bar aufgebracht werden können.
Die Ansteuerung des Gießzylinders erfolgt über die in 1 dargestellte Steueranordnung, die im Wesentlichen aus einem stetig verstellbaren Wegeventil 10, einem Gegendruckventil 12, einem Drosselventil 14, zwei sperrbaren Sperrventilen 16, 18, einem ND-Sperrventil 20, einem HD-Regelventil 22 und einem Wegesitzschaltventil 24 besteht, deren Verschaltung an Hand der 1 und 2 erläutert wird.
Gemäß der vergrößerten Darstellung in 3 ist das stetig verstellbare Wegeventil 10 mit einem Druckanschluss P, einem Tankanschluss T und zwei Arbeitsanschlüssen A, B ausgeführt und lässt sich aus seiner dargestellten federvorgespannten Grundposition über elektrisch betätigte Vorsteuerventile 26, 28 in Positionen (a) oder (b) verschieben. Die Axialverschiebung eines Ventilschiebers des Wegeventils 10 wird dabei über eine Wegmesseinrichtung 30 erfasst. Das entsprechende Signal wird an die Steuerung der Druckgießmaschine weiter geleitet.
Der Druckanschluss P des Wegeventils 10 ist über eine Druckleitung 32 mit der ND-Pumpe 6 verbunden. An den Tankanschluss T ist über eine Tankleitung 34 ein Tank T angeschlossen. Die beiden Arbeitsanschlüsse A, B sind über Arbeitsleitungen 36, 38 mit Eingangsanschlüssen A der Sperrventile 16, 18 verbunden. In der dargestellten Grundposition des Wegeventils ist der Druckanschluss P abgesperrt und die beiden Arbeitsanschlüsse A, B sind über Drosseln mit dem Tank T verbunden. In den Positionen (a) ist der Arbeitsanschluss B und damit die Arbeitsleitung 38 mit dem Druckanschluss P und der Arbeitsanschluss A und damit die Arbeitsleitung 36 mit dem Tankanschluss T verbunden. Bei Umsteuern des Wegeventils 10 in die mit (b) gekennzeichneten Positionen ist der Druckan schluss P mit dem Arbeitsanschluss A und der Tankanschluss T mit dem Arbeitsanschluss B verbunden. Die Positionen (a) werden angesteuert, um den Kolben 4 des Gießzylinders 2 in der Vorfüllphase auszufahren, die mit (b) gekennzeichneten Positionen werden beim Zurückfahren des Kolbens 4 in seine eingezogene Position angesteuert.
Die beiden Sperrventile 16, 18 haben einen im Wesentlichen identischen Aufbau und sind jeweils als ein vorgesteuertes Logikventil ausgeführt, wobei ein 2-Wege-Einbauventil 40 bzw. 42 jeweils mit einem Steuerdeckel 44 bzw. 46 versehen ist, auf dem ein Vorsteuerventil 48 bzw. 50 angeordnet ist, das beim dargestellten Ausführungsbeispiel jeweils als 4/2-Wegeventil ausgeführt ist.
Die Einbauventile 40, 42 haben jeweils einen Stufenkolben 52, 54, wobei das Flächenverhältnis des Stufenkolbens 54, d.h. das Verhältnis zwischen der größeren Stirnfläche und der Ringfläche beim Stufenkolben 54 genauso groß wie beim Stufenkolben 52 ist. Da der Grundaufbau derartiger Sperrventile bekannt ist, kann auf weitere Ausführungen unter Verweis auf beispielsweise das Datenblatt RD 21 010/11.98 der Anmelderin verzichtet werden.
Die Federräume 56, 58 der Einbauventile 40, 42 werden in der dargestellten Grundposition der Vorsteuerventile 48, 50 mit einem Steueranschluss X des Steuerdeckels 44, 46 verbunden. An diesem Steueranschluss X liegt jeweils der Druck der ND-Pumpe 6 an, der über eine Steuerleitung 60 am Ausgang der Pumpe 6 abgegriffen wird. Durch Bestromung eines Schaltmagneten der Vorsteuerventile 48, 50 wird der Federraum 56, 58 zum Tank T hin druck-entlastet, der über einen Steueranschluss Y an den Steuerdeckel 44, 46 angeschlossen ist. Das heißt, in der Grundposition der Vorsteuerventile 48, 50 sind die Einbauventile 40, 42 jeweils durch den auf die große Schließfläche wirkenden Pumpendruck gesperrt. Bei Druckentlastung der Federräume 56, 58 ist eine Druckmittelströmung in beiden Richtungen möglich, wobei der gegen die Federkraft erforderliche Öffnungsdruck jedoch in beiden Strömungsrichtungen auf Grund der unterschiedlichen Größe von Stirn- und Ringfläche unterschiedlich ist.
Der Anschluss 8 des Einbauventils 42 ist gemäß 1 über eine Rücklaufleitung 62 mit einem von einer Kolbenstange des Kolbens 4 begrenzten Ringraum 64 verbunden. Der Anschluss B des Einbauventils 40 ist über eine Vorlaufleitung 66 mit einem bodenseitigen Zylinderraum 68 des Gießzylinders 2 verbunden. Sollte während einer Phase, in der der bodenseitige Zylinderraum 68 mit dem Niederdruckspeicher oder dem Hochdruckspeicher verbunden ist, die ND-Pumpe 6 ausgeschaltet oder auf einen niedrigen Druck geregelt sein, so ist der Steueranschluss X des Sperrventils 18 nicht mit der Steuerleitung 60, sondern mit der Leitung 66 zu verbinden, so dass das 2-Wege-Einbauventil 40 sicher geschlossen gehalten wird.
Von der Rücklaufleitung 62 zweigt eine Tankzweigleitung 70 (1) ab, in der das stetig verstellbare Drosselventil 14 angeordnet ist. Dieses ist als stetig verstellbares Wegesitzventil ausgeführt und lässt sich aus einer Sperrposition proportional auf steuern. Die Vorlaufleitung 66 ist über eine Leitung 71 und das Wegesitzschaltventil 24 ebenfalls mit dem Tank T verbindbar. Das Wegesitzschaltventil 24 ist mittels einer Feder in seine Schließstellung vorgespannt. Durch Bestromung eines Elektromagneten kann es in eine Durchgangsstellung gebracht werden, um den Druck im Zylinderraum 68 abzubauen.
Gemäß 1 ist der Zylinderraum 68 des Gießzylinders 2 über einen Druckkanal 72 mit einem Anschluss A des ND-Sperrventils 20 verbunden. Dieses ist ebenfalls als vorgesteuertes Logikventil ausgebildet und hat ein Einbauventil 74 und ein auf einem Steuerdeckel 76 aufgebautes Vorsteuerventil 78. Der Grundaufbau dieses Sperrventils 20 entspricht demjenigen der Sperrventile 16, 18, so dass hier nur auf die Unterschiede eingegangen wird. Dieser Unterschied besteht im Wesentlichen darin, dass in einem Federraum 80 der größere der Drücke am Arbeitsanschluss A des Vorsteuerventils 78 oder im Druckkanal 72 anliegt. Dieser größere Druck wird über ein Wechselventil 82 ausgewählt, dessen einer Eingang mit dem Arbeitsanschluss A des Vorsteuerventils 78 und dessen anderer Eingang über einen Steueranschluss X und einen Steuerkanal 84 mit dem Druckkanal 72 verbunden ist. Am Druckanschluss P des Vorsteuerventils 78 liegt der Druck am anderen Anschluss B des Einbauventils 74 an. Dieser Druck wird von einer ND-Leitung 86 abgegriffen, über die der Niederdruckspeicher ND an den Anschluss B des Einbauventils angeschlossen ist. In dem Fall, in dem der Druck im Druckkanal 72 etwa dem Niederdruck entspricht und bei Umschalten des Vorsteuerventils 78 in seine Schaltposition, liegt im Federraum 80 der Niederdruck an, so dass das Einbauventil 74 gesperrt ist. Dieses Sperren erfolgt mit noch größerem Druck, wenn im Druckkanal 72 der Hochdruck anliegt. Durch Umschalten des Wegeventils 78 wird der eine Eingang des Wechselventils 82 über einen Anschluss Y des Steuerdeckels 76 zum Tank T hin ent-lastet, so dass im Federraum 80 der Druck am Arbeits-anschluss A des Einbauventils 74 ansteht und dieses für eine Druckmittelströmung von B nach A wie ein Rückschlag-ventil arbeitet. Bei Hochdruck im Druckkanal 72 wird das Einbauventil 74 auch bei umgeschaltetem Vorsteuerventil 78 in seine Sperrstellung umgeschaltet. Anstelle des in 1 dargestellten ND-Sperrventils 20 kann auch ein Rückschlagventil eingesetzt werden, wie es in der parallel hinterlegten Anmeldung der Anmelderin beschrieben ist (DE 10 2004 061 562.4).
Vom Druckkanal 72 zweigt des Weiteren eine zum Hochdruckspeicher HD führende HD-Leitung 88 ab, in der das HD-Regelventil 22 angeordnet ist. Dieses hat im Prinzip den gleichen Aufbau wie das Drosselventil 14. Es hat somit eine Sperrstellung, aus der es über eine Vorsteuerung stetig in Richtung Öffnen verstellbar ist. Der Hub eines Kolbens der beiden Ventile 14, 22 wird jeweils über ein Wegmesssystem erfasst und an die Maschinensteuerung gemeldet.
Das Laden des Hochdruckspeichers HD erfolgt über die Hochdruckpumpe 8. Deren Ausgang ist über eine Gegendruckleitung 90 und das Gegendruckventil 12 mit dem Ringraum 64 des Gießzylinders 2 verbunden. Das Gegendruckventil 12 ist ein elektrisch betätigtes Schaltventil, das vorzugsweise als Sitzventil ausgeführt ist und über eine Feder in seine Sperrposition vorgespannt ist. Durch Bestromung des Elektromagneten lässt es sich in seine dargestellte Durchgangsposition bringen, in der der Ausgang der HD-Pumpe 8 direkt mit dem Ringraum verbunden ist. Das heißt, bei dieser Lösung erfolgt im Unterschied zur herkömmlichen Lösung der Aufbau des Gegendrucks nicht durch Verbindung mit einem Druckspeicher sondern direkt über die Hochdruckpumpe, die allerdings so ausgebildet sein muss, dass sie auch die erforderlichen Drücke (beispielsweise bis zu 450 bar) aufbringen kann.
Zum besseren Verständnis der Funktion der vorbeschriebenen Schaltung wird ein Gießzyklus erläutert.
Demgemäß soll der Kolben 4 des Gießzylinders 2 während der Vorfüllphase zunächst relativ langsam anfahren und ruckfrei auf eine vergleichsweise niedrige Geschwindigkeit beschleunigt werden und dann mit konstant niedri ger Geschwindigkeit verfahren. Beim Umschalten auf die Formfüllphase soll der Kolben dann in kurzer Zeit (ca. 10 ms) nahezu auf seine Maximalgeschwindigkeit beschleunigt und dann wieder abgebremst werden. Dazwischen kann eine Strecke mit konstant hoher Geschwindigkeit liegen. Anschließend wird auf die Nachdruckphase umgeschaltet, in der der Kolben nur noch einen vergleichsweise geringen Resthub durchfährt, dabei aber mit dem maximalen Druck (400-450 bar) beaufschlagt ist. Nach dem vollständigen Füllen und nach Ablauf der Nach-druckphase wird der Kolben wieder in seine Ausgangs-position zurück gefahren.
Es sei angenommen, dass der Kolben 4 des Gießzylinders vollständig eingefahren ist und sich somit an seinem Anschlag befindet. Das Gegendruckventil 12 ist vor Beginn der Vorfüllphase geöffnet und die druckregelbare HD-Pumpe 8 steuert in den Ringraum 64 des Gießzylinders 2 einen Gegenhaltedruck ein, der unter Berücksichtigung des Flächenverhältnisses des Kolbens 4 so hoch ist, dass auch nach dem Öffnen des ND-Sperrventils 20 und Beaufschlagung des Zylinderraums 68 mit Niederdruck der Kolben 4 des Gießzylinders 2 an seinem Anschlag ver-bleibt.
Zum Einleiten der Vorfüllphase wird das Gegendruckventil 12 geschlossen und das ND-Sperrventil 20 geöffnet, so dass der Niederdruck in Ausfahrrichtung des Kolbens 4 aufgeschaltet ist. Das Vorsteuerventil 50 wird umgeschaltet, so dass der Federraum 58 des Sperrventils 16 druckentlastet ist und dieses gegen die Kraft der vergleichsweise schwachen Schließfeder geöffnet werden kann. Das Sperrventil 18 sollte oder kann in der Vorfüllphase geschlossen bleiben, prinzipiell jedoch auch geöffnet werden. Das stetig verstellbare Wegeventil 10 wird dann durch Ansteuerung des Vorsteuerventils 26 in eine seiner mit (a) (2) gekennzeichneten Arbeitspositionen verschoben und steuert dann während der Vorfüllphase die anfängliche Beschleu-nigung und anschließend die konstante, langsame Bewegung des Kolbens 4 des Gießzylinders mit seiner Ablaufkante, die den Querschnitt einer Ablaufdrossel bestimmt. Diese Steuerung hat eine höhere Auflösung als eine Steuerung mit dem vergleichsweise großen Drosselventil 14 und ist deshalb schneller und genauer. Der Ringraumdruck ist dabei unabhängig von der Einstellung des stetig verstellbaren Wegeventils 10. Nimmt man an, dass die Schmelze ihrem Verschieben während dieser Vorfüllphase immer den gleichen Widerstand entgegensetzt, so ist die Last für den Kolben 4 immer die gleiche. Ausser-halb einer Beschleunigung oder Verzögerung ist dann der Druck im Ringraum 64 unter Berücksichtigung des Flächenverhältnisses gleich dem Niederdruck minus dem Lastdruck. Ist beispielsweise der Niederdruck 150 bar und der Lastdruck 30 bar, so beträgt der Ringraumdruck bei einem Flächenverhältniss von 2:1 240 bar – der Ringraumdruck ist somit unabhängig von der Größe der Ablaufdrossel des Wegeventils 10.
In dieser Vorfüllphase wird die Schmelze vergleichsweise langsam zum Formanschnitt hin verschoben und die Einfüllöffnung der Gießbüchse durch den Gießkolben überfahren und geschlossen.
In der sich anschließenden Formfüllphase wird die Form mit hoher Fließgeschwindigkeit gefüllt. Dazu werden das Wegeventil 10 und das Sperrventil 16 (ggf auch das Sperrventil 18) geschlossen und das Drosselventil 14 relativ weit geöffnet, so dass der Kolben 4 beschleunigt wird, evtl. ein Stück mit konstanter Geschwindigkeit gefahren und dann durch geeignete Ansteuerung des Drosselventils 14 abgebremst wird. Der Druck im Ringraum 64 ist dabei wegen der notwendigen Beschleunigung des Kolbens 4 und der Zunahme des Lastdrucks relativ gering.
In der sich anschließenden Nachdruckphase wird die Schmelze bis in den letzten Formhohlraum hinein mit hohem Druck verdichtet und der Materialschwund kompensiert. Dabei wird das HD-Regelventil 22 geöffnet und das ND-Sperrventil 20 möglichst schnell geschlossen, so dass der Kolben 4 zum Nachverdichten der Schmelze mit Hochdruck beaufschlagt ist.
Die Dekompression im Zylinderraum 68 und der Rückzug des Kolbens 4 erfolgen durch Öffnen des Wegesitzschaltventils 24 bzw. durch Verstellen des stetig verstellbaren Wege-ventils 10 in eine seiner mit (b) gekennzeichneten Positionen – die Gießmaschine ist bereit für den nächsten Zyklus.
Bei dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel wird der Gegenhaltedruck vor der Vorfüllphase durch eine direkte Verbindung der HD-Pumpe 8 mit dem Ringraum 64 des Gießzylinders 2 eingestellt. Dazu wird das Gegendruckventil 12 in eine Öffnungsstellung gebracht. Prinzipiell kann dieser Gegenhaltedruck auch über das stetig verstellbare Wegeventil 10 eingestellt werden, so dass dann die Verbindung zwischen dem Ringraum 64 und der HD-Pumpe 8 entfällt. Ein derartiges Ausführungsbeispiel ist in den 2 und 3 dargestellt. Bei dieser Schaltung sind das Gegendruckventil 12 und die Gegendruckleitung 90 nicht vorgesehen. Das Wegeventil 10 ist mit einer Differentialstellung (a) ausgeführt; prinzipiell könnte auch eine Kreuzstellung gemäß 1 verwendet werden. Im Übrigen entspricht dieses Ausführungsbeispiel demjenigen aus 1, so dass weitere Erläuterungen entbehrlich sind. Bei dieser Variante wird über das stetig verstellbare Wegeventil 10 auch der Gegenhaltedruck aufgebaut, wobei dieses mit einer Rücklaufdrossel ausgebildet ist, über die der Druck von dem Wert im Ringraum 64 auf den Wert im Zylinder 68 (bei Regeneration) bzw. auf Tankdruck abfällt.
Mit einer gemäß 2 und 3 ausgeführten Schaltung kann die Ansteuerung des Gießzylinders 2 nach zwei unterschiedlichen Konzepten erfolgen.
Nach einem ersten Steuerkonzept wird von der ND-Pumpe 6 eine bestimmte, unter Umständen verstellbare Druckmittelmenge gefördert. Die konstante Geschwindigkeit des Kolbens 4 ist dann durch die geförderte Druckmittelmenge bestimmt. Das stetig verstellbare Wegeventil 10 bestimmt dann durch den Durchflussquerschnitt der Rücklaufdrossel das Druckniveau im Gießzylinder 2. Bei einem Flächenverhälntiss von 2:1 und Regeneration fließt dem Zylinderraum 68 des Zylinders 2 die von der ND-Pumpe 6 geförderte Menge plus die gleich große aus dem Ringraum 64 verdrängte Druckmittelmenge zu. Im Zylinderraum 68 soll ein Niederdruck von beispielsweise 150 bar aufgebaut werden, der unter Berücksichtigung eines Lastdrucks von 30 bar im Ringraum einen Gegendruck von 240 bar erfordert. Die Rückraufdrossel des stetig verstellbaren Wegeventils 10 muss nun einen solchen Öffnungsquerschnitt haben, dass die aus dem Ringraum 64 verdrängte Druckmittelmenge über dieser Rücklaufdrossel einen Druckabfall von 90 bar erzeugt. Durch Verstellen des stetig verstellbaren Wegeventils 10 und eine damit einhergehende Änderung des Öffnungsquerschnitts der Rücklaufdrossel können diese 150 bar im Zylinderraum 68 exakt eingestellt werden. Das stetig verstellbare Wegeventil 10 dient also bei diesem Ausführungsbeispiel zur Druckeinstellung im Gießzylinder 2. Die anfängliche Beschleunigung des Kolbens 4 kann durch die Verstellung der ND-Pumpe 6 oder durch stetiges Öffnen des Wegeventils 10 erfolgen, wobei die Restmenge der Pumpe über ein nicht dargestelltes Druckbegrenzungsventil zum Tank abströmen kann.
Bei dem anderen, bevorzugten Steuerkonzept wird der Förderdruck der Pumpe 6 durch eine Druckregelung oder durch ein Druckbegrenzungsventil so eingestellt, dass er gleich dem Niederdruck des Systems entspricht. In diesem Fall können die Pumpen 6, 9 durch eine einzige ND-Pumpe realisiert sein.
Bei dem mit einer Schaltung gemäß 2 und 3 möglichen Aufbau des Gegenhaltedruckes über das Wegeventil 10 ist der Steuerablauf wie folgt: Prinzipiell kann der Kolben 4 des Gießzylinders 2 aus jeder beliebigen Position angefahren werden, er muss sich nicht – wie bei den vorbeschriebenen Ausführungsbeispielen – an einem Anschlag befinden.
In der Vorfüllphase sind die beiden Vorsteuerventile 48, 50 umgeschaltet, so dass die beiden Sperrventile 16, 18 geöffnet sind. Über das Regelventil 10 wird der Kolben 4 in der vorbeschriebenen Weise ruckfrei beschleunigt und auf die gewünschte konstante, niedrige Geschwindig-keit gebracht. Der Durchflussquerschnitt im Wegeventil 10 vom Anschluss P nach B ist vergleichsweise sehr groß, so dass der Druck im Zylinderraum 68 im Wesentlichen gleich dem Pumpendruck ist. Mit der Rücklaufdrossel zwischen dem Arbeitsanschluss A und dem Fluidpfad P-B kann die Geschwindigkeit des Kolbens 4 eingestellt werden. Das Wegeventil 10 dient somit zur Geschwindigkeitseinstellung des Kolbens 4. Das Wegeventil 10 kann während der gesamten Vorfüllphase genutzt werden, um das vorbestimmte Geschwindigkeitsprofil einzutellen. Noch während das stetig verstellbare Wegeventil 10 aktiv ist oder kurz vor dessen Deaktivierung wird das ND-Sperrventil 20 geöffnet und somit der Niederdruckspeicher ND zugeschaltet. Nach dem Öffnen des ND-Sperrventils 20 ist es möglich, dass die Steuerung des Kolbens 4 über das Drosselventil 14 anstelle über das Wegeventil 10 erfolgt.
In der sich anschließenden Formfüllphase wird das Wegeventil 10 in seine Grundposition zurückgestellt und die beiden Sperrventile 16, 18 geschlossen. Das Drosselventil 14 wird weit auf gesteuert, so dass der Kolben 4 durch den Niederdruck im Zylinderraum 68 beschleunigt und evtl. ein Stück mit konstanter Geschwindigkeit gefahren wird. Durch entsprechende Einstellung des Drosselventils 14 wird der Kolben 4 dann abgebremst. Der Druck im Ringraum 64 ist wegen der notwendigen Beschleunigung des Kolbens 4 und der Zunahme des Lastdrucks (unbestimmt) niedrig.
In der Nachdruckphase wird das HD-Regelventil 22 geöffnet und gleichzeitig das ND-Sperrventil 20 schnell geschlossen. Die Schmelze wird nachverdichtet und die Form vollständig gefüllt. Die Vordekompression erfolgt wiederum über das Ventil 24 und der Rückzug des Kolbens 4 erfolgt durch Verstellen des Wegeventils 10 in eine seiner mit (b) gekennzeichneten Arbeitspositionen, wobei die Sperrventile 16, 18 wieder durch Umschalten der Vorsteuerventile 26, 28 geöffnet werden müssen. Danach ist der Gießzylinder 2 bereit für den nächsten Zyklus.
Bei den vorbeschriebenen Ausführungsbeispielen sind drei Pumpen 6, 8, 9 vorhanden. Grundsätzlich ist es auch möglich, für zwei oder alle drei dieser Pumpen eine einzige druckgeregelte Pumpe zu verwenden, die über Wegeventile entsprechend zugeordnet wird.
Anstelle der Druckspeicher können auch ein oder mehrere Druckübersetzer oder dergleichen verwendet werden.
Offenbart ist eine hydraulisch betätigte Gießeinheit mit einem Gießzylinder, der über eine Steuerventilanordnung während einer Formfüllphase mit einer Niederdruckquelle und während einer Nachdruckphase mit einer Hochdruckquelle verbindbar ist. Diese Steuerventilanordnung hat erfindungsgemäß ein stetig verstellbares Wegeventil, über das während einer Vorfüllphase unabhängig von einer Druckmittelverbindung zur Niederdruckquelle oder zur Hochdruckquelle ein in Ausfahrrichtung wirksamer Zylinderraum des Gießzylinders mit einer Druckquelle verbindbar ist, so dass ein Kolben des Gießzylinders in Abhängigkeit von der Ansteuerung des Wegeventils sanft und gleichförmig beschleunigt werden kann.

1: Gießeinheit
2: Gießzylinder
4: Kolben
6: ND-Pumpe
8: HD-Pumpe
9: ND-Pumpe
10: Wegeventil
12: Gegendruckventil
14: Drosselventil
16: Sperrventil
18: Sperrventil
20: ND-Sperrventil
22: HD-Regelventil
24: Wegesitzschaltventil
26: Vorsteuerventil
28: Vorsteuerventil
30: Wegmesseinrichtung
32: Druckleitung
34: Tankleitung
36: Arbeitsleitung
38: Arbeitsleitung
40: 2-Wege-Einbauventil
42: 2-Wege-Einbauventil
44: Steuerdeckel
46: Steuerdeckel
48: Vorsteuerventil
50: Vorsteuerventil
52: Einbauventil (Logik)
54: Einbauventil (Logik)
56: Federraum
58: Federraum
60: ND-Steuerleitung
62: Rücklaufleitung
64: Ringraum
66: Vorlaufleitung
68: Zylinderraum
70: Tankzweigleitung
71: Leitung
72: Druckkanal
74: Einbauventil
76: Steuerdeckel
78: Vorsteuerventil
80: Federraum
82: Wechselventil
84: Steuerkanal
86: ND-Leitung
88: HD-Leitung
90: Gegendruckleitung

Claims

Hydraulisch betätigte Gießeinheit (1) mit einem Gießzylinder (2) zum Druckbeaufschlagen einer Formmasse, der über eine Steuerventilanordnung in einer Formfüllphase mit einer Niederdruckquelle (ND) und in einer Nachdruckphase mit einer Hochdruckquelle (HD) verbindbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerventilanordnung ein stetig verstellbares Wegeventil (10) hat, über das in ersten Positionen (a) während einer Vorfüllphase unabhängig von einer Druckmittelverbindung des Gießzylinders (2) mit der Hochdruck- oder Niederdruckquelle (HD, ND) ein in Ausfahrrichtung wirksamer Zylinderraum (68) des Gießzylinders (2) mit einer Druckmittelquelle (6) verbindbar ist, so dass ein Kolben (4) des Gießzylinders in Abhängigkeit von der Ansteuerung des Wegeventils (10) verfahrbar ist.
Gießeinheit nach Patentanspruch 1, wobei über das Wegeventil (10) in zweiten Positionen (b) eine Rückzugsbewegung des Kolbens (4) des Gießzylinders (2) steuerbar ist.
Gießeinheit nach Patentanspruch 1 oder 2, wobei der Gießzylinder (2) einen Ringraum (64) mit kleinerer Wirkfläche als der Zylinderraum (68) hat und wobei der Ringraum (64) in den ersten Positionen (a) des Wegeventils (10) ebenfalls mit der Druckmittelquelle (6) verbindbar ist.
Gießeinheit nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei das Wegeventil mit einem Druckanschluss (P), einem Tankanschluss (T) und zwei Arbeitsanschlüssen (A, B) ausgeführt ist, wobei in ei ner Grundstellung die Arbeitsanschlüsse (A, B) mit dem Tankanschluss (T) und in den ersten Positionen (a) der an den Zylinderraum (68) des Gießzylinders (2) angeschlossene Arbeitsanschluss (B) und der an den Ringraum (64) angeschlossene Arbeitsanschluss (A) mit dem Druckanschluss (P) und in den zweiten Positionen (b) der Druckanschluss (P) des Wegeventils (10) mit dem Arbeitsanschluss (A) und der Arbeitsanschluss (B) mit dem Tankanschluss (T) verbunden sind.
Gießeinheit nach Patentanspruch 3 oder 4, wobei im Druckmittelströmungspfad zwischen dem Arbeitsanschluss (A, B) und dem zugeordneten Zylinderraum (64, 68) des Gießzylinders (2) ein Sperrventil (16, 18) angeordnet ist.
Gießeinheit nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei in einer Niederdruckleitung (86) zur Niederdruckquelle (ND) ein entsperrbare ND-Sperrventil (20) vorgesehen ist.
Gießeinheit nach Patentanspruch 5 oder 6, wobei die Rückschlagventile (16, 18) und das ND-Rückschlagventil (20) vorgesteuerte Logikventile sind.
Gießeinheit nach Patentanspruch 3 oder einem der darauf zurückbezogenen Ansprüche, wobei in einer mit dem bodenseitigen Zylinderraum (68) des Gießzylinders (2) verbundenen HD-Leitung (88) und in einer den Ringraum (64) mit dem Tank (T) verbindenden Tankzweigleitung (70) jeweils ein stetig verstellbares Wegesitzventil (22, 14) mit einer Sperrposition und Öffnungspositionen vorgesehen ist.
Gießeinheit nach Patentanspruch 3 oder einem der darauf zurückbezogenen Ansprüche, wobei der Zylinder raum (68) über ein Wegesitzschaltventil (24) mit dem Tank (T) verbindbar ist.
Gießeinheit nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei die Niederdruckquelle und die Hochdruckquelle jeweils Druckspeicher (ND, HD) sind und die Druckmittelquelle eine ND-Pumpe (6) ist.
Gießeinheit nach Patentanspruch 10, wobei der ND-Speicher (ND) über eine ND-Pumpe (6, 10) und/oder der HD-Speicher (HD) über eine HD-Pumpe (8) aufladbar ist.