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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.
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Gleichgültig, ob als Formmaschine eine Druckgiessmaschine mit einem Giesskolben als Einspritzaggregat, eine Spritzgiessmaschine mit einer Schnecke oder einem Kolben als solches Aggregat oder gar eine Schmiedemaschine mit Einspritzkolben verwendet wird, das Problem liegt in jedem Falle an den an sich einander widersprechenden Anforderungen, dass einerseits die Druckumschaltung relativ rasch erfolgen soll, anderseits aber ein hoher plötzlich auf die zu bewegenden Massen einwirkender Druck zwangsläufig zu Schwingungsvorgängen führt, die schwierig, oder kaum zu beherrschen sind. Besonders deutlich zeigt dies etwa die
2 der
CH-A-668 385 .
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Ein anderes Problem bei der Verwendung eines Druckmultiplikators besteht darin, dass seine Zuschaltung im allgemeinen relativ rasch erfolgt, was zu den oben besprochenen Schwierigkeiten führt, und dass eine ”Formgebung” für die sich ergebende Druckkurve kaum möglich ist. Gerade moderne Technologien könnten aber mit besser beherrschbaren Druckkurven besser und leichter durchgeführt werden. Vorschläge, wie nach der
DE-A-23 62 482 , nämlich mit einer Reihe von Ventilen Abstufungen zu erzielen, sind äusserst aufwendig und haben dennoch nur beschränkten Erfolg.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, bei einer Vorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 die Beherrschbarkeit des Druckverlaufes zu verbessern und insbesondere auch Schwingungen und Schwankungen zu vermeiden. Dies gelingt durch die Massnahmen nach dem Kennzeichen des Anspruchs 1.
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Im Detail betrifft die vorliegende Erfindung eine Vorrichtung zum Betreiben eines Antriebskolbens (4) in einem Antriebszylinder (5) für das Einspritzaggregat (1) einer Formmaschine im Zuge eines Einspritzzyklus, welcher Antriebszylinder (4) zur Zuführung von Druckmedium in einer vorbestimmten Phase des Einspritzzyklus an einer Seite (12) des Antriebskolbens (4) an einen Multiplikatorkolben (15) mit einem Kolbenteil (16) grösseren Durchmessers und einem anschliessenden Kolbenteil (17) kleineren Durchmessers angekoppelt ist, dadurch gekennzeichnet, dass für eine hydraulische Verbindung die andere dem Giesskolben zugewandte Seite (9) des Antriebskolbens (4) und des Antriebszylinders (5) an eine Druckmittelquelle (20) zur im wesentlichen mit diesem Druck gleichzeitigen Abgabe eines veränderbaren, entgegengesetzt wirkenden Gegendrucks angekoppelt ist, und dass dieser Seite (9) eine Druckeinstelleinrichtung (7) zugeordnet ist und eine Leitung (24) zur Ableitung des Gegendrucks vom grösseren Kolbenteil (16) des Multiplikatorkolbens (15) von derjenigen Seite, an der der kleinere Kolbenteil (17) anschliesst, zu der dem Giesskolben zugewandten, anderen Seite (9) des Antriebskolbens die andere Seite (9) des Antriebszylinders (5) mit derjenigen Seite des Multiplikatorkolbens (15) verbindet, an die der kleinere Kolbenteil (17) anschliesst.
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Erfindungsgemäss bevorzugt umfasst die Druckmittelquelle den Multiplikator (15, 20). Erfindungsgemäss ebenfalls bevorzugt verbindet eine Leitung (24) die andere Seite (9) des Antriebszylinders (5) mit derjenigen Seite des Multiplikatorkolbens (15), an der der kleinere Kolbenteil (17) anschliesst.
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Erfindungsgemäss ebenfalls bevorzugt enthält die Leitung (24) eine Ventilanordnung (25 bzw. 30).
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Erfindungsgemäss ebenfalls bevorzugt weist die Ventilanordnung (25 bzw. 30) ein, zweckmässig von einer Programmeinrichtung (27) steuerbares, Schaltventil (25) auf.
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Erfindungsgemäss ebenfalls bevorzugt weist die Ventilanordnung (25 bzw. 30) ein zum Antriebszylinder (5) hin öffnendes Rückschlagventil (30) auf.
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Erfindungsgemäss ebenfalls bevorzugt ist an die andere Seite (9) des Antriebszylinders (5) ein Druckregelventil (7) angeschlossen, das vorzugsweise mit einem den Abfluss regelnden Ventil (7) kombiniert ist.
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Auf den ersten Blick mag es widersinnig erscheinen, auf ein und denselben Kolben einander entgegengesetzte Kräfte aufzubringen. Diese Kräfte verringern aber einerseits die Schwingungsneigung und machen es anderseits durch die vorgesehene Einstellbarkeit, insbesondere Regelbarkeit, des Druckes möglich, der Druckkurve eine an sich beliebige Form zu geben, insbesondere ihre Neigung zu verändern, beispielsweise um die Druckkurve so den Erfordernissen zur Herstellung eines bestimmten Formteiles anzupassen. Dabei kann die an sich bereits vorzusehende Einstelleinrichtung für den Antriebszylinder gleichzeitig für die Druckeinstellung mitverwendet werden, so dass sich in überaus überraschender Weise auch noch eine Verbilligung der Herstellkosten für eine solche Vorrichtung ergibt, wenn man sie mit den Kosten gesonderter Druckeinstellventile nach dem Stande der Technik vergleicht.
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Besonders vereinfacht sich die Vorrichtung nach der Erfindung, wenn der Gegendruck vom Multiplikator abgeleitet wird, wobei vorzugsweise der Gegendruck vom grösseren Kolbenteil des Multiplikatorkolbens abgeleitet wird, insbesondere von derjenigen Seite, an der der kleinere Kolbenteil anschliesst; bzw. wenn die Druckmittelquelle den Multiplikator umfasst und vorzugsweise eine Leitung die andere Seite des Antriebszylinders mit derjenigen Seite des Multiplikatorkolbens verbindet, an der der kleinere Kolbenteil anschliesst.
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Ähnliche Leitungen, aber zu einem anderen Zweck hat es im Stande der Technik bereits gegeben, und als Beispiel seien die
CH-A-486 938 und
486 939 sowie die
DE-A-2 165 325 erwähnt, wo es aber darum geht, über eine solche Leitung den Multiplikator nach beendetem Einspritzzyklus wieder in seine Ausgangslage zu bringen. Eine Gegenkraft lässt sich mit diesen bekannten Vorrichtungen nicht auf den Antriebskolben aufbringen, weil das dabei vorgesehene Rückschlagventil in dieser Richtung sperrt. Daher wäre eine solche Lösung für die Rückführung des Multiplikatorkolbens bei einer erfindungsgemässen Ausbildung unmöglich; allerdings sind diese bekannten Rückführungsschaltungen sowieso mit dem Problem verbunden, dass sich ein unkontrollierbarer Druck aufbauen kann, weshalb man für die Rückführung des Multiplikators besser eine Lösung mit mechanischer Rückführung, etwa nach der
DE-B-2 017 951 oder mit hydraulischer Rückführung nach der
DE-A-1 804 261 oder der
GB-A-2 198 081 wählt.
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Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich an Hand der nachfolgenden Beschreibung von in der Zeichnung schematisch dargestellten Ausführungsbeispielen. Es zeigen die:
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1 und 2 Beispiele zur Erläuterung der der Erfindung zugrundeliegenden Problematik;
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3 bis 5 verschiedene Ausführungsformen nach der Erfindung; und
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6 ein Beispiel eines bevorzugt zur erfindungsgemässen Regelung herangezogenen Proportionalventils.
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Gemäss 1 wird ein, beispielsweise mit einem Wegmesssystem 2 verbundener Giesskolben 1 (z. B. als Einspritzaggregat einer Druckgiessmaschine) über eine Kolbenstange 3 von einem Antriebskolben 4 angetrieben der in einem Antriebszylinder 5 verschiebbar ist. Die Bewegung des Antriebszylinders wird vorzugsweise über ein an eine Ablaufleitung 6 (Ablauf während des Einspritzzyklus) angeschlossenes Proportionalventil 7 bzw. über die dessen Magnet 8 zugeführten Signale gesteuert, wie es an sich bekannt ist und daher hier nicht im einzelnen beschrieben wird.
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Bevorzugt übernimmt das Ventil 7 auch die Einstellung des Druckes in dem dem Giesskolben 1 zugewandten Zylinderraum 9. Demnach sind an der Ausgangsseite des Ventiles 7 zwei Leitungen 10 und 11 vorgesehen, wovon die Leitung 10 unmittelbar zu einem Druckmitteltank T führt, wogegen die Leitung 11 an eine Pumpe P oder an eine andere Druckmittelquelle (z. B. Druckakkumulator) angeschlossen ist. Sowohl an den Zylinderraum 9 als auch an den ihm gegenüberliegenden Zylinderraum 12 sind druckelektrische Wandler 13, 14 angeschlossen.
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Abhängig von dem durch wenigstens einen der Wandler 13 oder 14 gemessenen Druck kann in bekannter Weise ein Multiplikatorkolben 15 zur Druckerhöhung zugeschaltet werden. Dieser Multiplikatorkolben 15 kann an sich beliebiger bekannter Bauart sein. Dementsprechend besitzt er einen Kolbenteil 16 grösseren Durchmessers und einem anschliessenden Kolbenteil 17 kleineren Durchmessers, die jeweils in Zylinderabschnitten 18 und 19 eines Multiplikatorzylinders 20 verschiebbar sind. Dem Multiplikatorkolben 15 ist ein Druckakkumulator 21 in Serie zugeschaltet, der über ein Sperrventil 22, gesteuert durch das Signal wenigstens eines der Wandler 13 bzw. 14, freigebbar oder sperrbar ist.
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Während also bei freigegebenem Druckakkumulator 21 (d. h. das Ventil 22 ist bezüglich 1 nach links verschoben) der kleinere Kolbenteil 17 Druck an eine Leitung 23 und damit in den Zylinderraum 12 abgibt, wird Druckmittel aus dem gegenüberliegenden Zylinderraum 9 verdrängt. Dieses Druckmittel kann nur in dem Masse über das Ventil 7 in den Tank T abfliessen, wie dies durch die Stellung des Proportionalventiles 7 gestattet wird. Je nach der Lage des entsprechenden Ventilkörpers wird sich im Raum 9 ein Druck aufbauen, der dem Druck im Raume 12 entgegengerichtet ist, so dass der Antriebskolben 4 zwischen diesen einander entgegengesetzten Drücken ”eingespannt” wird und daher sich seine Neigung zu Schwingungen verringert. Es versteht sich daher, dass es an sich möglich wäre, diesen Gegendruck durch eine gesonderte Druckmittelquelle zu erzeugen, doch ist der Multiplikator 15 und sein Zylinder 20 aus Kosten- und Funktionsgründen bevorzugt für diesen Zweck heranzuziehen.
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Ferner kann der im Raum 9 aufgebaute Druck über eine Leitung 24 zur Beeinflussung des Multiplikatorkolbens 15 rückgeführt werden. Zweckmässig geschieht dies so, dass die Leitung 24 den Raum 9 mit derjenigen Seite des Multiplikatorkolbens 15 verbindet, an der der kleinere Kolbenteil 17 anschliesst d. h. mit dem Ringraum des Zylinderabschnittes 18. Die Leitung 24 kann, wie ersichtlich, eine einfache Leitung ohne kostenträchtige Einbauten sein. Über sie ergibt sich automatisch auch eine Druckregelung des Multiplikators durch das einzige druckregelnde Proportionalventil 7, das hier somit zwei Funktionen gleichzeitig erfüllt.
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Das Beispiel nach 2 ist der nach 1 ähnlich, mit der einzigen Ausnahme, dass in der Leitung 24 ein Schaltventil 25 vorgesehen ist. Damit hat man es in der Hand, die Verbindung über die Leitung 24 beispielsweise erst dann freizugeben, wenn ein bestimmtes Ereignis, wie etwa die Zuschaltung des Multiplikatorkolbens 15, eintritt.
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Während 3 eine Anordnung ähnlich der der 1 zeigt, d. h. mit einer blossen Leitung 24 zwischen dem Zylinderraum 9 des Antriebszylinders 5 und dem Zylinder 20 des Multiplikatorkolbens 15, veranschaulicht die 4 eine der 2 ähnliche Anordnung, wobei die Schaltung des Ventiles 25 in einer besonderen Ausführungsform dargestellt ist. Beide 3 und 4 unterscheiden sich von den 1 und 2 vornehmlich dadurch, dass Multiplikatorkolben 15 und Akkumulator 21 parallel zueinander liegen, wie dies ebenfalls an sich bekannt ist. Dementsprechend ist am Ausgange des Akkumulators 21 ein, gegebenenfalls schaltbares, Rückschlagventil 22' vorgesehen, wogegen am Ausgang des Multiplikatorzylinders 20 ein Schaltventil 28 liegt.
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Wie aus 4 ersichtlich ist, wird der Magnet des Schaltventiles 25 über eine Leitung 26 angesteuert. Die Leitung 26 kann gleichzeitig mit dem Ventil 28 verbunden sein, so dass die Ventile 25 und 28 gleichzeitig geschaltet werden. Es kann aber einer der Magneten für die Ventile 25 und 28 als Verzögerungsrelais ausgebildet sein, gegebenenfalls mit einstellbarer Verzögerung, so dass sich ein gewisses Zeitverhältnis zwischen den Schaltvorgängen ergibt.
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Die Leitung 26 ist in dem Ausführungsbeispiel der 4 mit einer Programmsteuereinrichtung 27 verbunden, die beispielsweise eine SOLL-Druckkurve enthält. Gewünschtenfalls kann die Steuerstufe 27 zur Schaltung der Ventile 25 und 28 zu unterschiedlichen Zeiten auch über gesonderte Leitungen mit den beiden Ventilen 25 und 28 verbunden sein. Ferner steuert die Programmstufe 27 über eine Leitung 29 auch den Druck- und Geschwindigkeitsverlauf für den Antriebskolben 4 über das Proportionalventil 7. Es versteht sich, dass die Ausgänge der Wandler 13 und 14 (in nicht dargestellter Weise) mit der Programmsteuerstufe 27 verbunden sind, um ihr einen Vergleich zwischen den SOLL- und den IST-Drücken zu ermöglichen.
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Durch die Wählbarkeit des Zeitpunktes der Schaltung des Ventiles 25 ist es möglich, den zeitlichen Verlauf der Druckkurve für den Giesskolben 1 nach Wunsch zu verändern, wogegen der Druckverlauf über das Ventil 7 gesteuert wird. Auf diese Weise ist aber auch die Neigung der Druckkurve einstell- bzw. regelbar. Es sei jedoch erwähnt, dass bei den dargestellten Ausführungsbeispielen eine Möglichkeit der Störung darin liegt, dass gegebenenfalls ein Leck am Multiplikatorkolben 15 bzw. -zylinder 20 auftreten könnte und dann der Druckverlauf nicht mehr exakt vorherbestimmbar ist.
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Um derartige Störungen auszuschliessen, ist zweckmässig ein zum Antriebszylinder 5 hin öffnendes Rückschlagventil 30 vorgesehen. Dieses Rückschlagventil 30 kann vorzugsweise mit dem Schaltventil 25 kombiniert werden, beispielsweise indem es in dieses für dessen Freigabestellung unmittelbar eingebaut wird. Somit ist es bevorzugt, wenn eine Ventilanordnung mit der Kombination der Ventile 25 und 30 vorgesehen wird.
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Obwohl Proportionalventile 7 der oben beschriebenen Art, nämlich mit gleichzeitiger Regelung des Abflusses und des Druckes, an sich bekannt sind, soll nachstehen zum besseren Verständnis ein solches an Hand der 6 beschrieben werden. In dieser Figur sind die Bezugszeichen der 1 weitgehend übernommen worden, so dass hinsichtlich deren Beschreibung im einzelnen auf die 1 verwiesen werden kann. Es ist ersichtlich, dass innerhalb eines Ventilgehäuses 31 ein Ventilkörper 32 mit zwei Vorsprüngen 33 und 34 vorgesehen ist, wovon der eine Vorsprung 33 den Druck durch mehr oder weniger weitgehendes Freigeben der Leitung 11 zur Druckmittelquelle P und der andere Vorsprung 34 den Abfluss des Druckmediums aus dem Zylinderraum 9 (1) über die Leitung 10 und zum Tank T hin steuert. Das bedeutet, dass bei Abschliessen der Leitung 10 durch den Vorsprung 34 dann durch weiteres Verschieben des Ventilgliedes 32 der Druck im Zylinderraum 9 über den die Leitung 11 mehr oder weniger freigebenden Vorsprung 33 eingestellt werden kann. Praktisch wirkt also dieses Ventil, verglichen mit einer elektronischen Schaltung, wie ein Spannungsteiler mit zwei durch die Stellung der Vorsprünge 33, 34 gegebenen Widerständen, die einen gemeinsamen Mittelabgriff in Form der Leitung 6 besitzen.
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Wenn auch oben bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung beschrieben sind, so versteht es sich doch, dass im Rahmen der Erfindung zahlreiche Abwandlungen möglich sind; beispielsweise könnte die Leitung 24 an eine separate Druckmittelquelle geführt werden, die aber dann zweckmässig einen vom Druck im Zylinder 20 abhängigen Druck besitzt. Es ist auch nicht in allen Fällen erforderlich, die Leitung 24 an den Ringraum rund um den kleineren Kolbenteil 17 im Zylinderabschnitt 18 anzuschliessen, obwohl dies im allgemeinen den konstruktiv einfachsten Aufbau sichert. Ferner versteht es sich, dass die Erfindung zwar an Hand eines Giesskolbens 1 einer Druckgiessmaschine beschrieben wurde, aber im Prinzip jedes andere Einspritzaggregat auf die erfindungsgemässe Weise gesteuert werden könnte. Hier sei erwähnt, dass zwar im allgemeinen eine Regelung, insbesondere eine Echtzeitregelung der Giesskolbenbewegung erwünscht sein wird, dass aber im Rahmen der Erfindung eine blosse Steuerung, allgemein also eine ”Regulierung”, stattfinden kann. Auch kann zur Steuerung des Druckes an Stelle des auch den Abfluss regelnden Ventiles 7 eine gesonderte, den Druck einstellende Einrichtung vorgesehen werden. Dabei ist natürlich die Klemmwirkung am Antriebskolben 4 am präzisesten, wenn sie genau gleichzeitig mit dem Aufbringen der Kraft des Multiplikatorkolbens 15 erfolgt, doch reicht es an sich aus, wenn dies auch nur ”im wesentlichen”, d. h. mit geringfügigen Abweichungen, erfolgt.
