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Verfahren und Vorrichtung zum Verhindern eines bei Druckgießmaschinen
während des Formfüllungsvorganges auftretenden Überdrucks Die Erfindung betrifft
ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Verhindern eines bei Druckgießmaschinen während
des Formfüllungsvorganges auftretenden Überdrucks. Bekanntlich verwendet man bei
Druckgießmaschinen und Spritzgießmaschinen im allgemeinen hydraulische Einrichtungen
zur Erzeugung der Schließkraft der Form und zur Einspritzung des Gießmaterials.
Um hinsichtlich ihrer Oberflächenbeschaffenheit möglichst einwandfreie Gußstücke
zu bekommen, ist es beim Spritz- bzw. Druckgießen erforderlich, die Gießmasse mit
großer Geschwindigkeit in die Form einzuspritzen, damit sie noch im hochflüssigen
Zustand auch die entlegenen Formteile erreicht und vollkommen ausfüllt. Durch das
unvermeidliche plötzliche Abstoppen der hierbei in schneller Bewegung befindlichen
Massen tritt jedoch am Ende des Formfüllungsvorganges eine große kinetische Bremsenergie
auf, die ein Sprengen der Form, d. h. ein mehr oder weniger weites Auseinanderdrücken
der Formteile herbeiführt.
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Man hat bereits vielfach versucht, diesen Umstand, der nicht nur
zu einer Gratbildung an den Gußstücken, sondern auch zu einer Überschreitung der
zulässigen Toleranzen hinsichtlich der Größe des Gußstückes führt, zu vermeiden.
Hierbei ist man jedoch immer den Weg gegangen, den Schließdruck auf die Form im
Zeitpunkt des Auftretens der durch das Abstoppen der bewegten Massen hervorgerufenen
Überdrücke so weit zu erhöhen, daß ein Auseinandersprengen der Formteile weitgehend
vermieden wird.
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Dieser Lösungsweg führt jedoch einerseits nicht zur vollkommenen
Ausschaltung der Gratbildung und der Größenungenauigkeit und erfordert andererseits
zum Teil teuere und komplizierte Maßnahmen. Außerdem müßte um nur ein einigermaßen
zufriedenstellendes Ergebnis zu erhalten, in diesem Falle die Schließkraft der Form
dermaßen erhöht werden, daß sie die Einspritzkräfte der Maschine um ein Mehrfaches
übertrifft. Dies müßte eine Vergrößerung der Maße gewisser Maschinenteile zur Folge
haben, welche auf die Abkühlungsverhältnisse nach dem Gießen und damit auf die Oberflächengüte
des Guß stückes einen ungünstigen Einfluß ausübt.
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Um diese Nachteile zu vermeiden, beruht die Erfindung auf dem Gedanken,
die am Ende des Formfüllungsvorganges durch das plötzliche Abstoppen der bewegten
Massen auftretenden Druckkräfte im Zeitpunkt ihrer Entstehung zu absorbieren, so
daß sie nicht auf die Form einwirken können.
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Es ist zwar bereits eine Preßgießmaschine bekannt, bei welcher ein
während des Formfüllungsvorganges auftretender Überdruck durch Dämpfungsorgane in
Form von Druckwasserzylindern absorbiert bzw. aufgefangen wird. Bei den hier aufzufangenden
Überdrücken handelt es sich aber nicht um diejenigen, die am Ende des Formfüllungsvorganges
durch das plötzliche Abstoppen der bewegten Massen auftreten, sondern um diejenigen
Überdrücke, die durch das Aufeinanderpressen der beiden Formhälften entstehen, solange
die Form noch nicht von der Gießmasse ausgefüllt ist, so daß diese einen Teil dieser
Überdrücke aufzunehmen vermag. Zu diesem Zweck sind die Absorptionseinrichtungen
mit Verschlüssen versehen, um sie am Ende der Formfüllung außer Wirkung zu setzen
und dadurch in diesem Zeitpunkt den vollen Formenschließdruck zu gewährleisten.
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Zwar hat der Erfinder dieser Maschine unter anderem vorgeschlagen,
die Dämpfungsorgane nur vorzugsweise zum Zeitpunkt der Formfüllung außer Wirkung
zu setzen, und auch auf die Möglichkeit hingewiesen, die Höchstwerte der Formenschließkraft
ständig zu begrenzen. Jedoch wird auch durch eine solche ständige Begrenzung der
Formenschließkraft bei dieser bekannten Maschine nicht das der Erfindung zugrunde
liegende Ziel erreicht, gerade die am Ende des Formfüllungsvorganges auftretenden
Überdrücke unter gleichzeitiger Gewährleistung eines dichten Formenschlusses wirksam
zu machen.
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Dies wird jedoch erfindungsgemäß auf einfache und vollkommene Weise
dadurch erreicht, daß nur die am Ende des Füllungsvorganges durch das plötz-
liche
Abstoppen der bewegten Massen auftretenden Druckkräfte von Dämpfungsorganen im Zeitpunkt
ihrer Entstehung aufgenommen werden. Zweckmäßig wird der Dämpfungsvorgang über den
Formfüllungsvorgang hinaus bis zu einer wenigstens teilweisen Erstarrung der Gießmasse
aufrechterhalten.
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Wenn bei der Herstellung gewisser Guß stück zur Vermeidung der auf
thermischen Schwund zurückzuführenden Hohlräume eine Steigerung der Einspritzkraft
am Ende der Einspritzphase zweckmäßig ist, so erfolgt diese Drucksteigerung zweckmäßig
erst dann, wenn der kinetische Stoß absorbiert worden ist.
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Eine zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens besonders
geeignete Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, daß bei ihr ein Dämpfungsorgan
im bzw. vor dem Einspritzkolben oder Einspritzzylinder angeordnet ist. Dieses Dämpfungsorgan
kann zwischen dem Betätigungskolben und dem Einspritzkolben angeordnet sein und
aus einer bei Überdrücken elastisch nachgebenden Einrichtung, beispielsweise einer
zwischen zwei gegeneinander bewegbaren Anschlägen eingespannten Druckfeder bestehen.
Es kann auch unmittelbar an bzw. in der Form ein Dämpfungsorgan angeordnet sein,
welches vor allem diejenige kinetische Energie absorbiert, die durch das plötzliche
Abstoppen der Gießmasse in der Form entsteht. Dieses Dämpfungsorgan kann von einem
Stempel gebildet sein, dessen Stirnseite einen Teil des Hohlraumes der Gießform
begrenzt und der sich entgegen der Wirkung einer Druckfeder aus der Form herausbewegen
kann.
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Ein weiteres Dämpfungsorgan kann außerdem an oder unmittelbar vor
dem Zylinder des Betätigungskolbens vorgesehen sein, um auch die der Druckflüssigkeit
innewohnende Energie absorbieren zu können.
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Zweckmäßig werden sowohl das am Einspritzkolben als auch das an der
Form sowie das vor dem Betätigungszylinder vorgesehene Dämpfungsorgan gleichzeitig
verwendet.
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Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus
der Beschreibung der in der Zeichnung dargestellten, besonders zweckmäßigen Ausführungsform
der zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens dienenden Vorrichtung.
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Fig. 1 ist ein Teilschnitt durch die Maschine bei mit Gießmasse gefüllter
Einspritzhülse; Fig. 2 zeigt in gleicher Darstellungsweise die Maschine nach erfolgter
Einspritzung des Metalles in die Form; Fig. 3 bis 6 beziehen sich auf verschiedene
Ausführungsvarianten.
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Die in der Zeichnung dargestellte Maschine besitzt eine zweiteilige
Form 2, 3 mit einer Einspritzhülse 4.
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Der feststehende Teil 2 liegt am Maschinenständer 1 an und weist einen
Kanal 5 auf, welcher eine Verlängerung der Druckkammer 4 bildet und der durch den
Gießlauf 8 mit dem Formhohlraum 7 in Verbindung steht. Der bewegliche Teil3 der
Form ist mittels Spannorganen 6 auf dem Teil 2 festgespannt.
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Ein Zylinder 10 ist mittels Schrauben9 am Maschinengestell 1 befestigt.
Dieser Zylinder ist durch eine Leitung 11 mit einem Dreiwegehahn 12 verbunden, durch
welchen er entweder mit einer Druckflüssigkeitsleitung 21 oder mit einer Auslaßleitung
14 verbunden werden kann. Die Leitung 21 für die Druckflüssigkeit steht mit einem
Energiespeicher 13 in Verbindung.
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Im ZylinderlO ist ein Betätigungskolben 15 für den in der Druckkammer
4 gleitenden Druckkolben 16 angeordnet. Dieser Kolben 15 ist mit einer Stange 17
fest verbunden, welche durch den Boden des Zylinders 10 hindurchgeht und mit einem
Querträger 18 verbunden ist. An diesem Querträgerl8 sind zwei Kolbenstangen 19 befestigt,
welche sich in Zylindern 20 bewegen, die sich parallel zum ZylinderlO erstrecken.
Die Zylinder 20 sind an ihren Böden mit der Druckflüssigkeitszufuhrleitung 21 verbunden
und dazu bestimmt, nach jedem Arbeitshub die Rücklaufbewegung des Kolbens 15 gegen
den Boden des Zylinders 10 zu bewirken.
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Der Kolben 15 ist hohl und am vorderen Ende seines Hohlraumes 22
durch eine Mutter 23 abgeschlossen, welche einem eine Feder 25 tragenden Teil 24
als Anschlag dient. Die Mutter 23 weist eine zentrale Bohrung auf, durch welche
eine Stange 26 hindurchgeführt ist, die an dem Teil 24 befestigt ist und den Druckkolben
16 trägt. Durch Ein- und Ausschrauben der Mutter 23 im Kolben 15 kann das Teil 24
im Kolben hin- und herbewegt und damit die Vorspannung der Feder 25 so eingestellt
werden, daß sie während des durch Öffnen des Hahns hervorgerufenen Einspritzvorganges
den Druckkolben in die Druckkammer hineinbewegt, ohne dabei eine weitere Zusammenpressung
zu erfahren.
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Sobald die Gießmasse 27 den Formhohlraum 7 vollkommen ausfüllt, wird
der Druckkolben 16 ruckartig abgebremst. Durch die kinetische Energie des Betätigungskolbens
15 und der Druckflüssigkeit im Zylinder 10 und in der Leitung 11 wird die Feder
25 im Kolben 15 zusammengedrückt, bis ihre Spannung den durch die kinetische Energie
hervorgerufenen Uberdruck ausgleicht (Fig. 2).
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Um den Kolben 16 wieder zurückzuziehen, genügt es, den Hahn 12 umzustellen,
um der Druckflüssigkeit im Zylinder 10 das Auslaufen durch die Leitung 14 zu ermöglichen.
Die hierbei durch die Leitung 21 zugeführte Druckflüssigkeit dringt in die Zylinder
20 ein und stößt die Kolben 19 zurück. Im Augenblick, in dem der Hahn 12 geöffnet
wird, entspannt sich die Feder 25 und nimmt wieder die in Fig. 1 dargestellte Stellung
ein.
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Die Fig. 3 zeigt eine andere Art eines Dämpfungsorgans, welches hier
von einem Kolben 28 gebildet ist, welcher in einem Zylinder 29 bewegbar ist, der
über eine Leitung 30 mit dem Betätigungszylinder 10 für den Druckkolben 16 verbunden
ist. Der Kolben 28 wird durch eine Feder 25' in seiner Ruhelage gehalten.
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Die Enden des Zylinders 29 sind durch Verschlußdeckel 31 und 32 abgeschlossen,
wobei der Verschlußdeckel 31 einen Ansatz 33 aufweist, welcher für den Kolben 28
in seiner Ruhelage als Anschlag dient. Der Verschlußdeckel 32 ist im Zylinder 29
eingeschraubt und dient zur Regulierung der Federspannung für die Ruhelage des Kolbens
28.
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Bei dieser Ausführungsform besteht der im Zylinderl0 geführte Betätigungskolben
aus einem Differentialkolben 34, welcher durch die Stange 26 direkt mit dem Druckkolben
16 verbunden ist. Er weist zwei einander entgegengesetzt liegende wirksame Kolbenflächen
verschiedener Größe auf. Für den Einspritzvorgang wird die Druckflüssigkeit wie
bei der in Fig. 1 und 2 dargestellten Ausführungsform über die Leitung 11 eingeführt,
während der Rücklauf des Kolbens durch die Wirkung der unter konstantem Druck stehenden
Flüssigkeit, welche über die Leitung 21
in die Kammer 35 einströmt
und auf die kleine Fläche des Kolbens 34 drückt, gewährleistet wird.
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Der Kolben 34 weist einen Anschlag 36 auf, welcher mit dem Zylinderdeckel
37 des Zylinders 10 zusammenwirkt, um die Bewegung des Kolbens 34 zu begrenzen und
die Einlaßöffnung für die Flüssigkeit in die Kammer 35 stets frei zu halten.
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Die Arbeitsweise dieser Dämpfungseinrichtung entspricht jener bezüglich
der Fig. 1 und 2 beschriebenen Ausführungsform, doch wird durch sie nur die kinetische
Energie der hydraulischen Flüssigkeit abgedämpft, so daß eine geringe, auf die kinetisclle
Energie des Betätigungskolbens 34 zurückzuführende Stoßwirkung verbleibt. Da dieser
Kolben jedoch ein verhältnismäßig geringes Gewicht aufweisen kann und seine Geschwindigkeit
im Vergleich zu jener der Flüssigkeit in der Leitung 11 gering ist, ist der sich
ergebende Stoß von geringerer Bedeutung als bei Maschinen welche einen Betätigungskolben
nach Fig. 1 und 2 aufweisen. Die in Fig. 3 dargestellte Ausführungsform weist noch
den Vorteil auf, daß sie mühelos in bereits bestehende Maschinen eingebaut werden
kann. Natürlich könnte bei dieser Ausführungsform der Betätigungskolben 34 auch
von der Art wie jener der Fig. 1 sein.
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Die Fig.4 zeigt eine weitere Ausführungsform einer Dämpfungseinrichtung,
welche an Stelle derjenigen gemäß Fig.3 verwendet werden kann. Sie besteht aus einem
an die Leitung 30 angeschlossenen Dämpfungszylinder 44, dessen unteres Ende durch
einen mit Schrauben 46 befestigten Deckel 45 verschlossen ist. In dem Zylinder 44
ist ein Kolben 47 auf und ab bewegbar, dessen Kolbenstange 48 einen Anschlagteil
49 aufweist, um die Ausgangslage des Kolbens festzulegen. Der obere Teil der Kammer
des Zylinders 44 ist mit einer Leitung 40 verbunden, an welcher ein Hahn 41 angebracht
ist. Ein Manometer 42 gestattet die Messung des im Zylinder 44 herrschenden Druckes.
Über dem Kolben 47 ist eine gewisse Flüssigkeitsmenge 43 vorgesehen, um eine gute
Abdichtung zwischen diesem letzteren und dem Zylinder 44 zu gewährleisten.
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Bevor die Maschine in Betrieb gesetzt wird, führt man Druckluft in
den oberen Teil des Zylinders 44 ein, bis der gewünschte Druck erreicht ist. Dieser
Druck sollte ungefähr dem statischen Druck des Energiespeichers 13 abzüglich des
Druckverlustes der Flüssigkeit in der Leitung 11L und im Hahn 12 entsprechen. Ist
dieser Druck erreicht, wird der Hahn 41 geschlossen, und die Maschine kann in Betrieb
gesetzt werden.
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Die Arbeitsweise dieser Dämpfungseinrichtung entspricht jener gemäß
Fig.3. Im Augenblick wo die Form gefüllt ist, verschiebt die kinetische Energie
der noch weiter in den ZylinderlO einströmenden Flüssigkeit den Kolben 47 gegen
das im Zylinder 44 vorhandene Luftkissen. Der aus diesem Zylinder heraustretende
Teil der Kolbenstange 48 gestattet die Kontrolle, daß sich der Kolben 47 nicht während
sondern nur am Ende des Einspritzvorganges verschiebt. Selbstverständlich müssen
in den Ausführungsformen der Fig. 3 und 4 die Länge der Leitung 30 und die Maße
der Kolben 28 bzw. 47 so klein wie möglich sein.
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In Fig. 5 ist eine Dämpfungseinrichtung dargestellt, durch welche
die kinetische Energie der abgebremsten Massen soweit wie möglich abgedämpft wird.
Bei dieser Ausführungsform ist der Druckkolben 16 glei-
tend verschiebbar am Ende
der zum Betätigungskolben führenden Stange 26 gelagert. Er ist hier hohl ausgebildet
und enthält in seinem Hohlraum eine Schraubenfeder 50, welche sich einerseits gegen
den Kolbenboden und andererseits gegen eine Schulter 51 der Stange 26 abstützt.
Der rückwärtige Teil des Kolbens 16 weist einen Gewindezapfen 52 auf, welcher als
Anschlag für die Schulter 51 dient. Am Ende des Formfüllungsvorganges der Form 2,
3 wird die Feder 50 zusammengedrückt und kann somit die kinetische Energie der Stange
26 und demzufolge der mit ihr verbundenen und auf sie einwirkenden Massen auffangen.
Damit wird die kinetische Energie aller bewegten Massen der Maschine absorbiert,
mit Ausnahme derjenigen des Kolbens 16 und der Gießmasse 27.
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Um auch diese kinetische Energie zu absorbieren, weist der Teil 3
der Form eine Ausnehmung auf, in welcher eine Kolbenstange 53 längsverschiebbar
gelagert ist. Diese Stange weist eine ringförmige Schulter 54 auf, gegen welche
sich eine Feder 55 abstützt, die in einem am Teil 3 der Form befestigten Zylinder
56 angeordnet ist. Durch Drehung des Gewindezapfens 57 am Ende des Zylinders 56
kann die Spannung der Feder 55 geregelt werden.
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Am Ende des Formfüllungsvorganges dringt die Gießmasse in einen am
oberen Teil des Formhohlraumes befindlichen Kanal 58 ein und drückt die Stange 53
entgegen der Wirkung der Feder 55 aus der Ausnehmung im Formteil 3 heraus, wodurch
die kinetische Energie der Gießmasse 27 und des Einspritzkolbens 16 aufgefangen
wird.
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Selbstverständlich kann diese unmittelbar an der Form angeordnete
Dämpfungseinrichtung auch gemeinsam mit der in Fig. 3 dargestellten Dämpfungseinrichtung
angewendet werden. In diesem Falle müßte jedoch die im Einspritzkolben 16 untergebrachte
Feder 50 stärker sein, um nicht nur die kinetische Energie der Kolbenstange26, sondern
auch jene des Betätigungskolbens 34 zu absorbieren.
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Selbstverständlich können die Federn auch durch andere elastische
Elemente ersetzt werden. Insbesondere könnte die Feder 55 durch ein Druckluftkissen
ersetzt werden, wobei die Verbindung zwischen diesem Kissen und der Stange 53 über
eine Druck flüssigkeit erfolgen könnte.
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In Fig. 6 ist ein weiteres Dämpfungsorgan gezeigt, das an die Stelle
der in Fig. 3 gezeigten Dämpfungseinrichtung treten kann.
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Es besteht aus einem Druckausgleichsbehälter 59, der mit dem Zylinderraum35,
in welchen die den auch hier als Differentialkolben ausgebildeten Betätigungskolben
34 bewegende Druckflüssigkeit einströmt, über eine Leitung 60 mit einem Regulierhahn
61 und einem Rückschlagventil 62 verbunden ist. Am unteren Teil des Behälters 59
ist eine Leitung 63 angeschlossen, welche mit einem Manometer 64 versehen und über
einen Hahn 65 mit einer Druckluftzuleitung 66 verbunden ist. Eine Abzweigung 67,
welche ein Überdruckventil 68 aufweist. gestattet den Rückstrom der Druckflüssigkeit
entgegengesetzt der vom Rückschlagventil 62 zugelassenen Strömungsrichtung.
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Die durch die Leitungen 66 und 63 zugeführte Druckluft bildet im
Behälter 59 ein Luftkissen, das zur Aufnahme der kinetischen Energie der den Betätigungskolben
34 bewegenden Druckflüssigkeit dient.
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Der Luftdruck im Behälter 59 wird mittels des
Hahnes
65 zweckmäßig derart eingestellt, daß er gleich oder etwas niedriger als der im
Zylinder 35 während der Einspritzphase herrschende Druck ist.
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Wenn die Formfüllung beendet ist, wird die mit großer Geschwindigkeit
durch die Leitungll strömende Druckflüssigkeit nicht plötzlich abgestoppt, sondern
zum Teil durch die Leitung 60 in den Behälter 59 gedrückt. Falls der Druck im Behälter
59 geringer ist als der während des Einspritzvorganges im Zylinder 35 herrschende
Druck, fließt ein Teil der Flüssigkeit unter Öffnung des Rückschlagventils 62 bereits
während dieses Einspritzvorganges in den Behälter 59. Demzufolge braucht die Flüssigkeit
beim plötzlichen Anhalten des Betätigungskolbens 34 am Ende des Einspritzvorganges
die Trägheit des Verschluß organs des Ventils 62 und der Druckflüssigkeit in der
Leitung 60 und im Behälter 59 nicht zu überwinden, um in den Behälter einströmen
zu können.
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Die Abmessungen dieses Behälters sind genügend groß, so daß eine
verhältnismäßig lange Zeitspanne verstreicht, bis der Druck seines Luftkissens den
statischen Wert des Flüssigkeitsdruckes der Leitung 21 erreicht. Bevor sich dieses
Gleichgewicht einstellt, ist die in die Form eingespritzte Gießmasse wenigstens
teilweise schon erstarrt, so daß in diesem Falle die Schließkraft der Form niedriger
sein kann als die zum Ausgleich des statischen Druckes nötige Kraft.
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Durch den Sperrhahn 6t kann die Dauer und Dämpfungskraft der Dämpfungseinrichtung
verändert werden. Durch Drosselung der Leitung 60 kann im Betrieb im Zylinder 35
im Augenblick der vollständigen Formfüllung der herrschende Druck zum plötzlichen
Ansteigen gebracht werden, wobei dieser Druckanstieg jedoch auf einen Wert gehalten
werden kann, der kleiner ist, als jener des statischen Druckes.
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Infolge dieser Drosselung verlängert sich die Auffüllzeit des Behälters
59, so daß es länger dauert, bis der Druck seinen statischen Wert erreicht hat.
Somit kann die Dauer der Dämpfung den verschiedenen Erstarrungszeiten verschiedenartiger
Gußteile angepaßt werden, die vom Volumen und von der Form der Teile abhängig ist.
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Wenn ein Arbeitsgang der Maschine beendet ist, d. h., wenn der Hahn
12 umgeschaltet wird, bewirkt der hohe Druck im Behälter 59 das Öffnen des Überdruckventils
68 und gleichzeitig das Schließen des Rückschlagventils 62. Die im Behälter 59 enthaltene
Flüssigkeit kann somit durch die Leitungen 67, 11 und 14 zurückfließen, bis der
Druck im Behälter 59 auf einen Wert zurückgegangen ist, bei welchem das Ventil 68
sich selbsttätig wieder schließt.
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Durch die eben erläuterten Dämpfungsorgane ist es möglich, praktisch
sämtliche Komponenten der beim Abbremsen der bewegten Massen auftretenden kinetischen
Energie zu absorbieren, wodurch eine äußerst weiche Arbeitsweise der Maschine gewährleistet
und infolgedessen deren Lebensdauer erheblich erhöht wird. Außerdem wird die Arbeitsweise
verschiedener Maschinenteile, insbesondere der Auswerfer, der Führungen und der
Kerne verbessert.