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Beschreibung zur Patentanmeldung: Einpre ß system für Druckgießmaschinen
Die Erfindung bezieht sich auf ein Einpreßsystem für Druckgießmaschinen mit hydraulischem
Antrieb des Einpreßstempels durch einen starr mit ihm verbundenen Sinpreßkolben,
Damit~alle Konturen des zu gießenden Teiles vollständig ausgeprägt sind und ein
dichtes Gefüge erzielt wird, muß beim Bruckgießen das Metall den Bormenhohlraum
vollständig ausgefüllt haben, ehe die Erstarrung einsetzt. Letztere beginnt bereits
nach Bruchteilen-einer Sekunde nach dem Einströmen des Metalls in die Form. Die
Erstarrung setzt um so eher ein, je geringer die Wandstärken der zu gießenden Teile
sind.
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Die erforderliche Geschwindigkeit des Einpreßstempels und seine Preßkraft
hängen im wesentlichen von der Gestalt des Gußteiles, seinen Wanddicken und von
der zum Einsatz kommenden Druckgußlegierung ab. Diese beiden Größen müssen deshalb
in weiten Grenzen einstellbar sein.
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Bei den meisten der heute auf dem Markt angebotenen Druck gießmaschinen
wird der Einpreßstempel hydraulisch angetrieben, wobei man zur Erzeugung großer
Kolbengeschwindigkeiten einen Druckekkumulator in die Hudraulikantriebe sinbaut.
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Die Bewegung des Einpreßstempels läuft dabei in zwei Phasen ab.
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In der ersten Phase bewegt sich der Einpreßstempel mit geringer Geschwindigkeit
(ca. 0,2 m/s) vorwärts. Dabei wird die Zuluft aus der Füllkammer verdrängt und das
Metall bis unmittelbar an den Formenhohlraum herangeschoben.
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Zur Erzeugung dieser Geschwindigkeit genügt meist die Förderleistung
der Pumpe.
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In der zweiten Phase wird der Einproßkolben mit großer Geschwindigkeit
(bis 6 m/s) bevegt. In dieser Phase wird der Formenhohlraum gefüllt. Zur Erreichung
dieser Geschwindigkeit wird über ein geeignetes Ventil Druckflüssigkeit aus dem
Durckakkumulator entnommen. Die Größe der Geschw"indigi-eit hängt vom Öffnungsquerschnitt
des Ventils ab, welcher einstellbar ist.
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Für die Einstellung der Preßkraft sind zwei verschiedene Prinzipien
bekannt. Bei dem einen Prinzip wird die inderung der Preßkraft durch Druckänderung
im Akkumulator erreicht, während bei dem anderen Prinzip die Einpreßeinrichtung
mit einem Druckübersetzer ausgerüstet ist, dessen Übersetzungsverhältnis verändert
werden kann.
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Beide der angeführten Prinzipien besitzen nachtoile.
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Beim erstgenannten Prinzip tritt bei Änderung der Preßkraft zwangsläufig
auch eine Änderung der Kolbengeschwindigkeit ein, da letztere bestimmt ist durch
die in der Zeiteinheit aus dem Akkumulator ausströmende Druckmittelmenge, die ihrerseits
wieder von der Differenz zwischen dem Akkumulatordruck und jenem Druck abhängt,
gegen den das Ausströmen erfolgt. Durch die aufgezeigte gegenseitige Beeinflussung
ergeben sich hohe Einrichtezeiten.
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Das an zweiter Stelle genannte Prinzip weist den Nachteil auf, daß
die Preßkraft erst dann aufgebaut wird, wenn die Formfüllung bereits beendet ist,
weil der Druckübersetzer auf die erst am Ende der Formfüllung im Preßzylinder entstehende
Druckspitze reagiert. Die volle Preßkraft ist damit erst nach einer gewissen Reaktionszeit
vorhanden.
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Bei dünnwandigen Teilen kommt es daher oft vor, daß die Erstarrung
schon eingesetzt hat, ehe die eingestellte Preßkraft zur Wirkung kommt. Dadurch
ergibt sich eine relativ hohe Ausschußquote.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde ein Einpreßsystem
zu schaffen bei dem sich Kolbengeschwindigkeit und Preßkraft ohne gegenseitige Beeinflussung
in
weiten Grenzen einstellen lassen und bei dem die Preßkraft am Ende des Kolbenhubes
sofort in voller Größe wirksam wird.
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Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß auf einem abgesetzten, an seinem
Ende einen Bund aufweisenden Teil des in einem ersten Zylinder geführten Einpreßkolbens
ein zweiter Kolben verschiebbar gelagert ist, der einerseits in einem zweiten Zylinder
und andererseits mit einem abgesetzten Teil, dessen Durchmesser dem Durchmesser
des Einpreßkolbens entspricht, in einem beide Zylinder verbindenden Zwischenstück
geführt ist, wobei von den sich hierdurch erbe benden drei hintere inande rl legenden
Zylinderräumen der erste - vom Einpreßstempel her gesehen - über ein Stromventil
und ein Rückschlagventil mit einem ersten Druckakkumulator in Verbindung steht,
während der zweite und dritte Zylinderraum wechselweise mit einem Hydrogenerator
und einem Tank verbindbar sind und außerdem der dritte Zylinderraum über ein vom
Einpreßkolben gesteuertes Rückschlagventil an einem zweiten Druckalkumulator angeschlossen
ist, wenn die Füllung der Form beginnt, wobei der Druck im ersten Druckakkumulator
gleich oder kleiner ist als der Druck im zweiten Druckaklkumulator.
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In weiterer Ausbildung des Gegenstandes der Erfindung ist der Druck
im ersten Druckakkumulator mittels eines Druckventils einstellbar.
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Weiterhin ist vorgesehen, daß die Geschwindigkeit des Einpreßkolbens
durch ein dem zweiten-Druckakkumulator vorgeschaltetes Stromventil einstellbar ist.
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Ein Ausführungsbeispiel der ErSiadung ist in der Zeichnung dargestellt.
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Der mit dem nicht dargestellten Gießkolben starr verbundene Einpreßkolben
1 besitzt einen abgesetzten Teil la. Der Binpreßkolben 1 ist in einem Zylinder 2
geführt. Auf seinem abgesetzten Teil la ist ein zweiter Kolben 3 verschiebbar
gelagert,
der einen abgesetzten Teil 3a aufweist. Während der Kolben 3 in einem zweiten Zylinder
4 geführt wird, lagert sein abgesetzter Teil 3a in einem Zwischenstück 5 das die
beiden Zylinder 2 und 4 verbindet. Der abgesetzte Teil 3a des Kolbens 3 entspricht
in seinem Durchmesser dem Durchmesser des Einpreßkolbens 1.
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An seinem Ende weist der abgesetzte Teil 1a des Einpreßkolbens 1 einen
Bund 6 auf, an dem sich der Kolben 3 abstützt In Richtung vom Gießstempel her gesehen
ergeben sich die drei hintereinanderliegenden Zylinderräume 7, 8 und 9, die gegeneinander
und nach außen abgedichtet sind0 Der erste Zylinderraum 7 steht über eine Leitung
10, ein Stromventil 11 und ein Rückschalgventil 12 mit einem an sich bekannten Druckakkumulator
13 in Verbindung, Die Zylinderräume 8 und 9 sind mittels eines Wegeventils 14 wechselzeile
an einen Hydrogenerator (Förderpumpe) 15 und einen Tank 16 anschließbar. Der Zylinderraum
9 kann darüber hinaus über ein Stromventil 17 und ein Rückschalgventil 18 ist einem
zweiten Druckakkumulator 19 verbunden werden.
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Zur Steuerung des Rückschlagventiles 18 dient ein verschiebbarer Tastschalter
20, der von einer mit dem Einpreßkolben 1 verbundenen Schaltstange 21 betätigt wird.
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Die Wirkungsweise des Einpreßsystems ist folgende: In der in der Zeichnung
dargestellten Lage sperrt das Rückschlagventil 18 den Druckakkumulator 19 vom Zylinderraum
9 ab. Letzterer ist ber da-s Wegeventil 14 mit dem Tank 16 verbunden, während der
Zylinderraum 8 an den Hydrogenerator 15 angeschlossen ist.
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Zu Beginn der ersten Phase des Preßvorganges, in der die luft aus
der nicht dargestellten Füllkammer verdrängt wird, ist das Wegeventil 14 so geschaltets
daß der Zylinderraum 8 mit dem Tank 16 und der Zylinderraum 9 mit dem Hydrogenerator
15 verbunden ist. Zufolge einer relativ geringen Fördermenge durch den Hydrogenerator
15 wird der Einpreßkolben 1 mit einer entsprechend geringen Geschwindigkeit v1 ausgefahren.
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nachdem der durch den Tastschalter 20 voreinstellbare Hub vom Einpreßkolben
1 zurückgelegt worden ist, wobei in diesem Augenblick die Füllung der Form beginnt,
wird durch das Rückschlagventil 18 der Druckakkumulator 19 mit dem Zylinderraum
9 verbunden. Der Druck im Druckakkumulator 19 ents£)ri cht dabei zweckmäßigerweise
dem vom Hydrogenerator 15 erzeugten Druck.
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Durch das aus dem Druckakkumulator 19 ausströmende Druck mittel wird
der Einpreßkolben 1 mit einer entsprechend höheren Geschwindigkeit v2 weiter ausgefahren.
Die Größe der Geschwindigkeit v2 ist mittels des Stromventils 17 einstellbar.
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Wenn der gesamte Bormenhohlraum mit Metall ausgefüllt ist, kommt der
Einpreßkolben 1 sofort zum Stillstand. Der Kolben 3 dagegen, der bis zu diesem Zeitpunkt
am Bund 6 anlag, löst sich infolge seiner Trägheit und der auf ihn wirkenden Kraft
vom Bund 6 und bewegt sich in der ursprünglichen Richtung weiter.
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Der in deu Zylinderraum 7 ragende Ansatz 3a des Kolbens 3 verdrängt
Druckmittel aus dem Zylinderraum 7 über die Leitung 10 bzw. die Ventile 11 und 12
in den Druckakkumu lator 13. Der Druck p im Druckakkumulator 13 muß gleich oder
kleiner gehalten sein als der Druck im Druckakkumulatex 19.
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Der Kolben 3 kommt erst dann zum Stillstand, wenn er am Zwischenstück
5 zur Anlage gelangt.
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Aus vorstehender Funktionsbeschreibung ergibt sich, daß auf den Einpreßkolben
1 sofort nach dessen Stillstand die volle Preßkraft wirkt und damit also eine verzögerungslose
Arbeitsweise erreicht wird. Eine gewünschte Änderung der Preßkraft wird in einfacher
Weise durch Änderung des Druckes im Druckakkumulator 13 bewirkt, wobei hierzu ein
Druckventil 22 dient. Die Druckänderung im Druckakkumtilator 13 hat dabei offensichtlich
keinerlei Auswirkung auf die Solbengeschwindigkeit.