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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung für eine Kalt- oder Warmkammerdruckgussmaschine zur Herstellung von Metallbauteilen,
- - mit einem Akku zur Bereitstellung eines Hydraulikfluides,
- - mit einem einen Arbeitszylinderkolbenraum und einen Arbeitszylinderstangenraum aufweisenden Arbeitszylinder und
- - mit einem Druckübersetzer zur Druckerhöhung in dem Arbeitszylinderkolbenraum, wobei der Druckübersetzer einen einseitig eine Druckübersetzerkolbenstange aufweisenden Druckübersetzerkolben umfasst, wobei dem Druckübersetzerkolben ein Druckübersetzerkolbenraum und der Druckübersetzerkolbenstange mindestens ein Druckübersetzerstangenraum zugeordnet ist.
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Beim Betrieb einer solchen Druckgussmaschine erfolgt in einer ersten Phase das Befüllen einer einem Formhohlraum vorgeschalteten Füllbüchse mit flüssigem Metall mittels einer langsamen Vorschubbewegung einer Arbeitszylinderkolbenstange des Arbeitszylinders. In einer zweiten Phase wird das flüssige Metall mittels einer schnellen Vorschubbewegung der Arbeitszylinderkolbenstange in den Formhohlraum eingeschossen, wobei in einer dritten Phase der Druck auf die Arbeitszylinderkolbenstange mittels des Druckübersetzers während des Auskühlens des eingeschossenen Metalls erhöht ist.
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Eine Schaltungsanordnung und ein Verfahren zum Betreiben einer Druckgussmaschine sind aus
EP 2 295 171 B1 bekannt. Bei dieser vorbekannten Schaltungsanordnung wird das aus dem Druckübersetzerstangenraum während der dritten Phase verdrängte Hydraulikfluid einem Tank zugeführt. Da das verdrängte Hydraulikfluid mit hoher Geschwindigkeit in die an den Druckübersetzerstangenraum angeschlossene Leitungsverbindung eingeschossen wird, können sich Kavitationsblasen bilden. Beim folgenden Zusammenfallen der Kavitationsblasen können die entstehenden hohen Temperaturen nicht aus der Leitung abgeführt werden, sodass schon alleine aufgrund dieser hohen Temperaturen Schädigungen eintreten können. Zudem tritt aufgrund des Zurückschwappens der Flüssigkeit während des Zusammenfallens der Kavitationsblase ein als Joukowsky-Stoß bekannter Druckstoß auf, der ebenfalls zu Schädigungen führen kann.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, die mit Bezug zum Stand der Technik geschilderten Nachteile zu überwinden und insbesondere eine hydraulische Schaltungsanordnung für eine Kalt- oder Warmkammerdruckgussmaschine anzugeben, mit der Schädigungen aufgrund kavitationsbedingter Effekte am Ausgang des Druckübersetzerstangenraums vermieden werden.
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Die Aufgabe wird gelöst durch eine hydraulische Schaltungsanordnung mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs. Vorteilhafte Weiterbildungen der Schaltungsanordnung sind in den abhängigen Ansprüchen und in der Beschreibung angegeben, wobei einzelne Merkmale der vorteilhaften Weiterbildungen technisch sinnvoll beliebig miteinander kombinierbar sind.
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Die Aufgabe wird insbesondere gelöst durch eine hydraulische Schaltungsanordnung mit den eingangs genannten Merkmalen, bei der der Druckübersetzerkolbenstange mindestens ein erster Druckübersetzerstangenraum und ein zweiter, von dem ersten Druckübersetzerstangenraum fluiddicht getrennter Druckübersetzerstangenraum zugeordnet ist, wobei der erste Druckübersetzerstangenraum mit Gas befüllt ist und einen Gasanschluss aufweist und der zweite Druckübersetzerstangenraum mit Hydraulikfluid befüllt ist und über eine Leitung mit dem Akku verbindbar oder verbunden ist.
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Die Erfindung sieht in ihrem Grundgedanken also vor, dass insbesondere der größte Anteil des während der dritten Phase aus dem Druckübersetzer verdrängten Fluids als Gas ausgebildet ist, welches insbesondere in die Umgebungsatmosphäre ausgestoßen werden kann, während der kleinere Anteil des verdrängten Fluids als Hydraulikfluid (Flüssigkeit) ausgebildet ist. Bei der Verdrängung des Gases aus dem zweiten Druckübersetzerstangenraum kann es weder zu Kavitationsblasenbildung noch zu einem Joukowsky-Stoß kommen. Es ist aber weiterhin möglich, den Druckübersetzer in den nach der dritten Phase durch Einbringen des Hydraulikfluides in den zweiten Druckübersetzerstangenraum in seine Ausgangsstellung zurückzuführen.
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Der erste Druckübersetzerstangenraum kann beispielsweise mittels einer geeigneten Dichtung von dem zweiten Druckübersetzerstangenraum fluiddicht getrennt sein. Insbesondere ist als fluiddichte Trennung vorgesehen, dass die Druckübersetzerkolbenstange zumindest abschnittsweise passgenau an einer Innenwandung des Druckübersetzers anliegt.
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Das in dem ersten Druckübersetzer vorliegende Gas ist insbesondere Luft, sodass der Gasanschluss in einer einfachsten Ausführungsform als eine in die Umgebung führende Öffnung oder Leitung ausgebildet sein kann. Der Gasanschluss kann aber auch über eine Leitung an einen Tank angeschlossen sein, wobei die Leitung oberhalb des Hydraulikfluidspiegels in den Tank mündet, so dass im Falle von Leckagen das Hydraulikfluid gesammelt wird.
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Bevorzugt ist das Volumen des ersten Druckübersetzerstangenraums größer als das Volumen des zweiten Druckübersetzerstangenraums. Hiermit ist insbesondere jeweils das Volumen des Fluids gemeint, welches die Druckübersetzerkolbenstange in dem ersten Druckübersetzerstangenraum beziehungsweise in dem zweiten Druckübersetzerstangenraum umgibt. Somit wird gewährleistet, dass das während der dritten Phase von dem Druckübersetzer beschleunigte Hydraulikfluidvolumen relativ gering ist, während der größte Anteil des während der dritten Phase verdrängten Fluidvolumens insbesondere durch Luft gebildet ist.
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Insbesondere grenzt der erste Druckübersetzerstangenraum an der dem Kolbenraum gegenüberliegenden Seite an den Kolben an und der zweite Druckübersetzerstangenraum ist an dem dem Arbeitszylinder zugewandten Ende des Druckübersetzers gebildet. Alternativ grenzt der zweite Druckübersetzerstangenraum an der dem Kolbenraum gegenüberliegenden Seite an den Kolben an und der erste Druckübersetzerstangenraum ist an dem dem Arbeitszylinder zugewandten Ende des Druckübersetzers gebildet.
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Bevorzugt weist der Druckübersetzer ausschließlich den ersten und zweiten Druckübersetzerstangenraum als einzige Druckübersetzerstangenräume auf.
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In einer bevorzugten Ausführungsform weist die Druckübersetzerkolbenstange eine Stufe auf, die die Druckübersetzerkolbenstange in einen ersten Abschnitt mit einem ersten Durchmesser und einen zweiten Abschnitt mit einem zweiten Durchmesser teilt. Der erste Abschnitt der Druckübersetzerkolbenstange schließt sich an den Kolben an, während der zweite Abschnitt der Druckübersetzerkolbenstange zumindest in der ausgefahrenen Stellung in dem Arbeitszylinderkolbenraum endet. Der erste Durchmesser des ersten Abschnittes ist bevorzugt größer als der zweite Durchmesser des zweiten Abschnitts.
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In diesem Zusammenhang ist auch bevorzugt, wenn die den ersten Druckübersetzerstangenraum und den zweiten Druckübersetzerstangenraum begrenzende Wandung des Druckübersetzers gestuft ausgeführt ist. Bei einer solchen Ausführungsform entspricht der Durchmesser der den ersten Druckübersetzerstangenraum begrenzenden Wandung dem Durchmesser des Kolbens, während der Durchmesser der den zweiten Druckübersetzerstangenraum begrenzenden Wandung dem Durchmesser des ersten Abschnitts der Druckübersetzerkolbenstange entspricht. Somit ist der Kolben an der Wandung des ersten Druckübersetzerstangenraums geführt, während der erste Abschnitt der Druckübersetzerkolbenstange an der Wandung des zweiten Druckübersetzerstangenraums geführt ist. Gleichzeitig wird die fluiddichte Trennung der Druckübersetzerstangenräume durch den an der Wandung des zweiten Druckübersetzerstangenraums anliegenden ersten Abschnitt der Druckübersetzerkolbenstange gebildet. Während des Zurücksetzens des Druckübersetzers in seine Ausgangsstellung nach der dritten Phase wird bevorzugt die den zweiten Abschnitt der Druckübersetzerkolbenstange umgebende Ringfläche an der Stirnseite des ersten Abschnittes der Druckübersetzerkolbenstange mit Hydraulikfluid beaufschlagt, wenn der zweite Druckübersetzerstangenraum auf der dem Arbeitszylinder zugewandten Seite angeordnet ist. Wenn der zweite Druckübersetzerstangenraum an den Druckübersetzekolben grenzt, wird hingegen während des Zurücksetzens des Druckübersetzers in seine Ausgangsstellung die den ersten Abschnitt der Druckübersetzerkolbenstange umgebende Ringfläche an dem Druckübersetzerkolben mit Hydraulikfluid beaufschlagt.
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Die von dem Hydraulikfluid beaufschlagte Ringfläche beträgt jedenfalls bevorzugt zwischen 5 % und 15 % der dem Druckübersetzerkolbenraum zugewandten Fläche des Druckübersetzerkolbens.
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Damit das während der dritten Phase verdrängte Hydraulikfluidvolumen möglichst klein ist, ist der zweite Durchmesser des zweiten Abschnitts der Druckübersetzerkolbenstange höchstens 15 % kleiner, bevorzugt höchstens 10%, besonders bevorzugt höchstens 5 % kleiner als der erste Durchmesser des ersten Abschnitts der Druckübersetzerkolbenstange.
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Insbesondere ist der erste Druckübersetzerstangenraum dem ersten Abschnitt der Druckübersetzerkolbenstange und der zweite Druckübersetzerstangenraum dem zweiten Abschnitt der Druckübersetzerkolbenstange zugeordnet. Der mit Luft gefüllte erste Druckübersetzerstangenraum umgibt also den ersten Abschnitt der Druckübersetzerkolbenstange und der mit Hydraulikfluid gefüllte zweite Druckübersetzerstangenraum umgibt also den zweiten Abschnitt der Druckübersetzerkolbenstange. In einer alternativen Ausführungsform kann die Zuordnung auch vertauscht sein.
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In einer weiteren Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass dem Druckübersetzerkolbenraum ein Steuerventil nachgeschaltet ist, welches eine Öffnungsstellung und eine Durchlassstellung aufweist, wobei insbesondere in einer Leitungsverbindung zwischen einem Akku und dem Druckübersetzerkolbenraum ein einstellbares und/oder steuerbares Ventil angeordnet ist.
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Insbesondere ist auch vorgesehen, dass der zweite Druckübersetzerstangenraum unmittelbar, also ohne Einbau von Ventilen, mit dem Akku verbunden ist. In einer alternativen Ausführungsform kann aber auch in der Leitungsverbindung zwischen dem Akku und dem zweiten Druckübersetzerstangenraum ein einstellbares und/oder steuerbares Ventil angeordnet sein.
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In der Ausgangsstellung befindet sich der Druckübersetzer in einer Stellung, in der die Druckübersetzerkolbenstange möglichst weit aus dem Arbeitszylinderkolbenraum herausgezogen ist. In dieser Ausgangsstellung befindet sich das dem Druckübersetzerkolbenraum nachgeschaltete Steuerventil in seiner Durchlassstellung. Soll nun die dritte Phase zur Druckerhöhung im Arbeitszylinderkolbenraum eingeleitet werden, so wird das Steuerventil in seine Sperrstellung geschaltet, wodurch über die Leitungsverbindung zwischen Akku und Druckübersetzerkolbenraum Hydraulikfluid in den Druckübersetzerkolbenraum einströmt, sodass die Druckübersetzerkolbenstange in den Arbeitszylinderkolbenraum ausgefahren wird. Um die Höhe des Druckes einstellen zu können, kann das dem Druckübersetzerkolbenraum nachgeschaltete Steuerventil insbesondere einstellbare oder steuerbare Zwischenstellungen zwischen der Sperrstellung und der Durchlassstellung aufweisen.
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Um nach der dritten Phase den Druckübersetzer in seine Ausgansstellung zurück zu überführen, wird das dem Druckübersetzerkolbenraum nachgeschaltete Steuerventil geöffnet und gegebenenfalls das in der Leitungsverbindung zwischen dem Akku und dem Druckübersetzerkolbenraum angeordnete Ventil geschlossen, sodass über die Leitungsverbindung zwischen Akku und dem zweiten Druckübersetzerstangenraum Hydraulikfluid in den zweiten Druckübersetzerstangenraum eingeleitet wird, wodurch Hydraulikfluid aus dem Druckübersetzerkolbenraum verdrängt und über das dem Druckübersetzerkolbenraum nachgeschaltete Steuerventil in einen Tank befördert wird.
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Die hydraulische Schaltungsanordnung ist zur Führung des Hydraulikfluides insbesondere für einen Druck von mindestens 100 bar eingerichtet. Insbesondere ist ein Druck von mindestens 100 bar in dem Akku erzeugbar, welcher über ansteuerbare Steuerventile zur Beaufschlagung der Zylinder verwendet werden kann, wobei auch die Leitungsverbindungen der Schaltungsanordnung für entsprechende Drücke des Hydraulikfluides ausgelegt sind. Die generelle Funktion und der generelle Ablauf zur Betätigung des Arbeitszylinders und des Druckübersetzers in einer Druckgussmaschine sind aus der eingangs genannten
EP 2 295 171 B1 bekannt.
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Die Erfindung sowie das technische Umfeld werden im Folgenden anhand der Figur erläutert.
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Die Figur zeigt eine hydraulische Schaltungsanordnung für eine Kalt- oder Warmkammerdruckgussmaschine zur Herstellung von Metallbauteilen.
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Die Schaltungsanordnung umfasst einen Akku 1, einen Arbeitszylinder 2 und einen Druckübersetzer 5.
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Der Arbeitszylinder 2 weist einen Arbeitszylinderkolbenraum 3 und einen Arbeitszylinderstangenraum 4 auf, die durch den Kolben und die Kolbenstange des Arbeitszylinders definiert sind. Der Arbeitszylinder 2 ist in bekannterweise mit dem Akku 1 verbunden.
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Der Druckübersetzer 5 weist einen Druckübersetzerkolben 7 mit einer einseitig daran ausgebildeten Druckübersetzerkolbenstange 6 auf. Die Druckübersetzerkolbenstange 6 ist zweitstufig ausgebildet, wobei ein erster Abschnitt 13 der Druckübersetzerkolbenstange 6 einen größeren Durchmesser aufweist als ein zweiter Abschnitt 14 der Druckübersetzerkolbenstange 6. Die Druckübersetzerkolbenstange 6 weist zwischen dem ersten Abschnitt 13 und dem zweiten Abschnitt 14 eine Stufe 12 auf.
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Der Druckübersetzerkolben 7 und die Druckübersetzerkolbenstange 6 definieren in dem Druckübersetzer 5 einen Druckübersetzerkolbenraum 8, einen ersten Druckübersetzerstangenraum 9 und einen zweiten, von dem ersten Druckübersetzerstangenraum 9 fluiddicht getrennten Druckübersetzerstangenraum 10.
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Der erste Druckübersetzerstangenraum 9 ist über einen Gasanschluss 11 mit der Umgebungsatmosphäre verbunden. Der erste Druckübersetzerstangenraum 9 ist somit mit Luft gefüllt.
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Der zweite Druckübersetzerstangenraum 10 ist hingegen über eine Leitungsverbindung mit dem Akku 1 unmittelbar verbunden. Der erste Druckübersetzerstangenraum 10 ist somit mit Hydraulikfluid gefüllt.
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Aufgrund der Dimensionierung der Druckübersetzerkolbenstange 6 und der Druckübersetzerstangenräume 9 und 10 ist das mit Hydraulikfluid gefüllte Volumen des zweiten Druckübersetzerstangenraums 10 wesentlich kleiner als das mit Luft gefüllte Volumen des ersten Druckübersetzerstangenraums 9.
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Der Druckübersetzerkolbenraum 8 ist ebenfalls über eine Leitungsverbindung mit dem Akku 1 verbunden, wobei in der Leitungsverbindung ein bevorzugt steuerbares Ventil angeordnet ist.
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Dem Druckübersetzerkolbenraum 8 ist zudem ein eine Sperrstellung und eine Durchlassstellung aufweisendes Steuerventil 15 nachgeordnet, mit welchem der Druckübersetzerkolbenraum 8 mit einem Tank verbunden werden kann.
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Zum Befüllen einer nicht dargestellten und einem Formhohlraum vorgeschalteten Füllbüchse mit flüssigem Metall wird die Kolbenstange des Arbeitszylinders 2 langsam vorgeschoben, wozu in bekannter Weise Hydraulikfluid in den Arbeitszylinderkolbenraum 3 eingeleitet wird. Im Folgenden wird ebenfalls in bekannter Weise das flüssige Metall mittels einer schnellen Vorschubbewegung der Arbeitszylinderkolbenstange in den Formhohlraum eingeschossen, wozu weiterhin Hydraulikfluid in den Arbeitszylinderkolbenraum 3 eingeleitet wird.
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In einer dritten Phase wird der Druck auf die Arbeitszylinderkolbenstange mittels des Druckübersetzers 5 erhöht. Um diese dritte Phase einzuleiten, wird das Steuerventil 15 geschlossen, sodass Hydraulikfluid aus dem Akku 1 in den Druckübersetzerkolbenraum 8 fließt. Hierbei wird die Luft aus dem ersten Druckübersetzerstangenraum 9 über den Gasanschluss 11 in die Umgebung verdrängt. Gleichzeitig wird das Hydraulikfluid aus dem zweiten Druckübersetzerstangenraum 10 in Richtung des Akkus 1 gefördert. Da das dabei aus dem zweiten Druckübersetzerstangenraum 10 verdrängte Hydraulikfluidvolumen im Vergleich mit dem insgesamt verdrängten Fluidvolumen aus dem ersten Druckübersetzerstangenraum 9 und dem zweiten Druckübersetzerstangenraum 10 klein ist, werden Beschädigungen aufgrund des schnell ausgestoßenen Hydraulikfluides verringert oder vollständig vermieden.
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Um nach der dritten Phasen den Druckübersetzer 5 in seine Ausgangsstellung zurück zu überführen, wird das Steuerventil 15 geschlossen und gleichzeitig auch die Fluidverbindung zwischen dem Akku 1 und dem Druckübersetzerkolbenraum 8 gesperrt, sodass Hydraulikfluid in den zweiten Druckübersetzerstangenraum 10 eindringt und den Druckübersetzerkolben 7 (in der Figur nach rechts) bewegt, sodass das in dem Druckübersetzerkolbenraum 8 befindliche Hydraulikfluid über das Steuerventil 15 in den Tank gefördert wird.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Akku
- 2
- Arbeitszylinder
- 3
- Arbeitszylinderkolbenraum
- 4
- Arbeitszylinderstangenraum
- 5
- Druckübersetzer
- 6
- Druckübersetzerkolbenstange
- 7
- Druckübersetzerkolben
- 8
- Druckübersetzerkolbenraum
- 9
- erster Druckübersetzerstangenraum
- 10
- zweiter Druckübersetzerstangenraum
- 11
- Gasanschluss
- 12
- Stufe
- 13
- erster Abschnitt
- 14
- zweiter Abschnitt
- 15
- Steuerventil
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- EP 2295171 B1 [0003, 0022]
