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Vorrichtung zum Einstellen der beim Druckgießen erforderlichen unterschiedlichen
Preßkolbengeschwindigkeiten und~-drUcke bei Gießmaschinen, insbesondere Kaltkammer-DruckgieBmaschinen
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung. zum Einstellen der
beim Druckgießen erforderlichen unterschiedlichen-Preßkolbengeschwindigkeiten und
-drücke bei Gießmaschinen, insbesondere Kaltkammer-Druckgießmaschinen, bei denen
das Einpreßteil 1 aus einem Verdichterzylinder mit Verdichterkolben und einem diesem
nachgeschalteten und mit ihm verbundenen Preßzylinder mit Preßkolben besteht, wobei
in der ersten Arbeitsphase nur die Preßkolbenkopffläche über eine Druckmittelleitung
beaufschlagt ist,-während bei der zweiten Arbeitsphase die Preßkolbenkopffläche
über eine weitere Druckmittelleitung beaufschlagt wird, und in der dritten Arbeitsphase
eine Beaufschlagung des Verdichterkolben erfolgt und wobei nach Patent-Nr. (Patentanmeldung
P 2 021 182.9) die Beaufschlagung des Verdichterkolbens für die dritte Arbeitsphase
durch eine weitere, von den anderen Druckmittelleitungen unabhängige Druckmittelleitung
erfolgt.
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Insbesonderebeim Gießen von dünnwandigen und komplizierten Werkstücken
(große Stückzahlen), beispielsweise aus Leichtmetall und ähnlichen Legierungen,
ist man dazu übergegangen, diese Werkstück mittels Druckgießmaschinen herzustellen.
Bei diesenMaschinen wird das flüssige Metall in einen Einspritzzylinder des Einpreßteiles
eingefüllt und dann aus diesem mittels eines durch Druckmittel beaufschlagten Kolbens
in die nachgeschaltete Form gepreßt.
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Ein wichtiges Kriterium bei einer solchen Maschine besteht darin,
daß einerseits das flüssige Metall mit weitgehendst einstellbarer Geschwindigkeit
aus dem Einspritzzylinder in die dahinter geschal tete Form gebracht und anschließend
ein vorbestimmter Nachdruck zur Verdichtung des Metalls in möglichst kurzer Zeit
aufgebaut werden muß.
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Aus technischen Gründen ist man bekannterweise dazu überzezanzen.
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den gesamten Gießvorgang in drei Arbeitsphasen zu unterteilen, und
zwar in eine erste Arbeitsphase, in welcher der eigentliche Preßkolben mit einer
verhältnismäßig geringen Geschwindigkeit den Preßvorgang einleitet, wobei die noch
im Einspritzzylinder befindliche Luft aus demselben entweichen kann, eine zweite
Arbeitsphase, in welcher der Preßkolben mit möglichst hoher einstellbarer Geschwindigkeit
bewegt wird und hierbei das flüssige Metall verhältnismäßig schnell in die Form
drückt und eine dritte Arbeitsphase, in welcher das Metall in der Form möglichst
hoch verdichtet wird. Hierbei ist besonders bei komplizierten Druckgußteilen eine
hohe Nachpreßkraft und ein rascher Aufbau derselben erforderlich, um mit Sicherheit
die Form auszufüllen und darüberhinaus ein Gefüge mit möglichst hoher Qualität zu
erreichen.
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Bei einer bekannten Druckgießmaschine dieser Art besteht das Einpreßteil
aus einem Verdichterzylinder mit darin geführtem Verdichterkolben und einem diesen
nachgeschalteten und mit ihm verbundenen Preßzylinder mit Preßkolben, wobei in der
ersten Arbeitsphase nur die Preßkolbenkopffläche von einem über eine erste Druck
mittelleitung herangeführten Druckmittel beaufschlagt ist, während bei der zweiten
Arbeitsphase die Preßkolbenkopffläche über eine weitere Druckmittelleitung beaufschlagt
wird und in der dritten Arbeitsphase durch die gleiche Druckmittelleitung eine Beaufschlagung
der Verdichterkolbenkopfseite erfolgt, während der Ringraum des Verdichterkolbens
mittels eines Druckeinstellventiles vorgespannt ist.
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Das Druckmittel für die erste und zweite Arbeitsphase wird hierbei
durch-eine Mittelbohrung des Verdichterkolbens zum eigentlichen Preßkolben geleitet.
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In der Mittelbohrung des Verdichterkolbens ist ein Rückschlagventil
angeordnet, welches sich nach Beendigung der zweiten Arbeitsphase aufgrund des hinter
dem Preßkolben ansteigenden Druckes schließt, wodurch dann hinter dem Verdichterkolben
der anstehende Druck des Druckmittels wirksam wird und nach Freischaltung des bis
dahin gesperrten Zylinderraumes den Verdichterkolben in Bewegung setzt. Hierbei
wird das im Zylinderraum befindliche Druckmittel gegen den Widerstand des Druckeinstellventiles
verdrängt und das zwischen Preßzylinderkopfseite und dem in der Mittelbohrung
des
Verdichterkolbens befindlichen Rückschlagventiles eingeschlossene Druckmittel verdichtet.
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Diese bekannte Ausführung hat jedoch den Nachteil, daß die Zeit des
Nachdruck-Aufbaues und die Preßkolben-Geschwindigkeit nicht unabhängig voneinander
geregelt werden können. Wird zum Beispiel der Preßkolben in der zweiten Phase langsam
gefahren, so muß zwangsläufig die Olzuführung aus dem angeschlossenen Druckmittelspeicher
gedrosselt werden. Dieses bedingt aber, daß. die Ölzufuhr auch für die dritte Phase
gedrosselt ist, wodurch der Druckaufbau nur verzögert erfolgt.
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Hiervon ausgehend hatte sich das Hauptpatent die Aufgabe gestellt
die vorerwähnten Nachteile mit einfachsten Mitteln zu-beseitigen, und eine Vorrichtung
zum Einstellen der beim Druckgießen erforder lichen unterschiedlichen PreßkolbengeschNwindigkeiten
und -drücke bei Gießmaschinen, insbesondere Kaltkammer-Druckgießmaschinen,zu zu
schaffen, bei dem insbesondere die zweite und dritte Arbeitsphase unabhängig voneinander
entsprechend den jeweiligen Erfordernissen gesteuert werden können.
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Zur Lösung dieser Aufgabe wurde gemäß dem Hauptpatent vorgeschlagen,
daß die Beaufschlagung des Verdichterkolbens für die. dritte Arbeitsphase durch
eine weitere, von den anderen Druckmittelleitungen unabhängige Druckmittelleitung
erfolgt.
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Außerdem war u.a. vorgeschlagen worden, daß die Druckmittelleitungen
für die zweite und dritte Arbeitsphase vorzugsweise an getrennte Hochdruck-Druckmittelspeicher
angeschlossen sind.
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Die im Vorstehenden erwähnten Nachteile bei einer bekannten Druck
gießmaschine der eingangs bezeichneten Art stellen sich aber auch dann ein, wenn
mit Hilfe des Druckeinstellventiles ein hoher Gegendruck im Zylinderraum des Verdichterkolbens
erzeugt wird, um einen niedrigen Preßdruck im Preßzylinder zu bewirken. Dabei läßt
sich das im Ringraum befindliche Druckmittel-nur langsam verdrängen, da bei der
Druckeinstellung der kleine Drosselspalt im-Druck einstellventil eine Geschwindigkeitsregulierung
zur Erreichung eines raschen Nachdruckaufbaues unmöglich macht.
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Dieser Nachteil ist bei einer Druckgießmaschine nach der DT-AS 1 508
880 weitgehend dadurch beseitigt worden, daß während der dritten Arbeitsphase das
im Zylinderraum des Verdichters vorgespannte Druckmittel in einem Raum gleichen
Druckes verdrängt wird, um Quersehnittsvorgabe durch Einstellung der Druckhöhe zu
vermeiden. Es bleibt deshalb -das Problem der Abhängigkeit der Nachdruck aufbauzeit
von der Preßkolbengeschwindigkeit ungelöst.
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Formal betrachtet, sind beide Nachteile durch die in der DT-AS 1 758
615 beschriebene Verwendung von zwei getrennten Druckmittel speichern beseitigt,
wenn ein Druckmittelspeicher zur Regelung der Preßkolbengeschwindigkeit und ein
zweiter im Druek variabel einstellbarer Druckmittel speicher zur Regelung der Nachdruckaufbauzeiten
und Preßkolbendrücke verwendet wird. Dieser Aufwand ist jedoch sehr erheblich, wenn
man bedenkt, welchen Kostenanteil Druckmittelspeicher bei Einpreßteilen darstellen.
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Von dem Hauptpatent ausgehend liegt der vorliegenden Weiterentwicklung
die Aufgabe zugrunde, unter besonderer Beachtung der wirtschaftliehen Seite durch
Verringerung der Investitionskosten eine noch bessere Rentabilität der Druckgießmaschinen
durch ein verbessertes Einpreßteil zu erreichen, Zur Lösung dieser Aufgabe wird
erfindungsgemäß bei einer Vorrich- -tung für eingangs näher bezeichnete Druckgießmaschinen
vorgeschlagen> daß der Zylinderraum des Verdichters direkt an einen druckveränderlichen
Druckmittelspeicher für komprimierbares Druckmittel angeschlossen ist.
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Der hierdurch erzielbare Vorteil besteht darin, daß die Preßkolbengesehwindigkeit
und die Nachdruckaufbauzeit in einfacher Weise völlig getrennt voneinander geregelt
werden kann. Durch das im Zylinderraum des Verdichters befindliche, kompressible
und in der ruckhöhe einstellbare Druckmittel wird eine von der Nachdruckau£-bauzeit
unabhängige Einstellung der Preßkoltenkraft und eine ernähte Laufruhe des Verdichterkolbens
erzielt.
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ie Erfindung wird anhand einer Zeichnung, die das Einpreßteil einer
Druckgießmaschine mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung im Längsschnitt darstellt,
näher erläuter.
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DasEinpreßteil besteht im wesentlichen aus dem Verdichterzylinde 1
mit Verdichterkolben 2 und dem mit dem Verdichterzylinder 1 verbundenen Preßzylinder
5 mit Preßkolben 4. Die Kolbenstange 6 des Preßkolbens 4 ist stirnseitig mit der
nicht gezeigten Einspritzkolbenstange verbunden, deren Kolben im ebenfalls nicht
gezeigten eigentlichen Einspritzzylinder geführt ist.
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Mit 8 ist eine Schaltscheibe bezeichnet, die auf der Kolbenstange
6 befestigt ist und während der Bewegung des Preßkolbens 4 mit den Endschalter 9
zusammenwirkt.
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Als Druckmittelquelle für die zweite und dritte Arbeitsphase dien
ein Hochdruck-Druckmittelspeicher 56, der über die Druckmittelleitungen 51 und 63
aufgeladen wird. Vom Hochdruck-Druckmittelspeicher 56 führt eine Druckmittelleitung
13, in -der ein Drosselventil 18, ein Durchlaßventil 15 und ein Rückschlagventil
29 angeordnet sind, zum Zylinderraum 30 zwischen Verdichterkolben 2 und Pr kolben
4. Gesteuert wird das Durchaßventil 15 über die Druckmittelleitung 54 von einem
Wegeventil 15a, welches seinerseits über die Impulsleitung 45 mit einem von der
Schaltscheibe 8 auf der Kolbenstange 6 gesteuerten Endschalter 9 mit Schaltnocke
36 in Ve bindung steht.
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Vom Hochdruck-Druckmittelspeicher 56 führt eine weitere Druckmittelleitung
14 zum Zylinderraum 38 des Verdichters. Sie enthält ei Drosselventil 19 und ein
Durchlaßventil 16, das über die ein D ventil 59 aufweisende Druckmittelleitung 58
bei vorgeschobenem Preßkolben 4 mit dem Zylinderraum 50 in Verbindung steht. Ferner
ist an das Durchlaßventil 16 eine Druckmittelleitung 67 angeschlost sen, die von
der Druckmittelleitung' 51 abzweigt. An die DruckmitN telleitung 67 sind die Rückschlagventile
25 und 53 angeschlossen, die in den Druckmittelleitungen 12 und 68 für den beim
Zurückschieben des Preßkolbens 4 und Verdichterkolben 2 erfolgenden Rückfluß des
Druckmittels aus den Zylinderräumen 50 und )& zum Ölbehälter 24 angeordnet sind.
Das Zurückschieben des Preßkolbens 4 und des Verdichterkolbens 2 in ihre dargestellte
Ausgangslage erfolgt durch Einleiten von über das Wegeventil 52 und die Druckmittelleitungen
51 und 74 zugeführten Druckmittel in den Zylinder-l raum 55. Das Entleeren des Zylinderraumes
55 erfolgt dabei über ein in der Druckmittelleitung 54 angeordnetes Rückschlagventil
22.
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Der- durch den abgestuften Verdichterkolben 2 gebildete Zylinderraum
40 steht über eine Druckmittelleitung 20 in direkter Verbindung mit einem Druckspeicher
61, dessen Volumen im Vergleich zu dem des Zylinderraumes 40 relativ groß ist.
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Die Funktionsweise des erfindungsgemäßen Einpreßteiles ist wie folgt:
In der ersten Arbeitsphase wird über eine nicht näher dargestellt Druckmittelpumpe
Drucköl in die Leitung 51 gedrückt. Dieses Drucköl gelangt dann über Wegeventile
52, Druckmittelleitung 12 und Rückschlagventil 55 in den Zylinderraum 30, beaufschlagt
die Preßkolbenkopffläche 51 und bewegt den Preßkolben 4 langsam nach vorne bis der
nicht dargestellte, im Einspritzzylind,er geführte Kolben der Einspritzkolbenstange
den im Einspritzzylinder befindlichen Einfüllschlitz überdeckt und das flüssige
Metall im Einspritzzylinder bis zum Anguß der dahinter befindlichen Form hochsteigt.
Das im Zylinderraum 55 befindliche Druckmittel kann indes drucklos über die Druckmittelleitung
54 und das Rückschlagventil 22 in den Ölbehälter 24 entweichen. Überfährt nun die
Schaltscheibe 8 an einer vorher eingestellten Stelle des Hubes den Schaltnocken
36 des Endschalters 9, so-gibt dieser ein elektrisches Kommando über die Impulsleitung
45 an das Wegeventil 15a weiter, welches das mittels Druckmittelleitung 54 auf seinen
Dichtsitz gepreßte Durchlaßventil 15 über die Druckmittelleitung 55 drucklos zum
Ölbehälter 24 schaltet. Hierdurch wird die sogenannte zweite Arbeitsphase eingeleitet
und das im Hochdruck-Druckmittelspeicher 56 befindliche Druckmittel über die Druckmittelleitung
13, Drosseln ventil l8 Durchlaßventil 15 und Rückschlagventil 29 in den Zylinderraum
50 geleitet, wo das Druckmittel die Preßkolbenkopffläcfle 51 beaufschlagt und den
Preßkolben 4 mit der am Drosselventil 18 eingestellten Geschwindigkeit nach vorne
bewegt. Während der zweiten Phase überfährt der Preßkolben 4 die Bohrung 57, so
daß' sich der im Zylinderraum 50 befindliche Druck in der Druckmittelleitung 58,
Drosselventil 59, zum Durchlaßventil 16 fortpflanzen kann. Während der zweiten Phase
liegt der Druck im Zylinderraum 50 unter dem Maxiinaldruck des Hochdruck-Druckmittelspeichers
56.
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Das im Einspritzzylinder befindliche flüssige Metall wird mit hoher
Geschwindigkeit in die Form gepreßt. Am Ende der F6rmfüllung wird der Preßkolben
4 nebst Preßkolbenstange 6 rasch verzögert,
wodurch sich hinter
der Preßkolbenkopffläche 31 eine Druckspitze auf baut, welche das Rückschlagventil
29 sofort schließt und sich -über die Druckmittelleitung 58, das Drosselventil 59
zum Durchlaß ventil 16 fortpflanzt.
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Das Durchlaßventil 16 gibt- daraufhin-die Druckmittelleitung 14 frei
und das vom Hochdruck-Druckmittelspeicher 56 Ilerangeführte Druckmittel beaufschlagt
nun die Verdichterkolbenkopffläche 60.
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Es beginnt die sogenannte dritte Arbeitsphase. Der Verdichterkolben
2 bewegt sich mit der am Drosselventil 19 vorher eingestellte Geschwindigkeit aus
seiner gezeichneten rechten Endlage nach link verdrängt das im Zylinderraum 40 befindliche
bei Produktionsbeginn auf den gewünschten Gegendruck vorgespannte kompressible Druckmittel
in den Druckmittelspeicher 61 und bewirkt über Fläche 62 eine entsprechende Erhöhung
des Druckes des im Zylinderraum 50 eBn geschlossenen Druckmittels. Während nun das
in der Form befindliche flüssige Metall stark verdichtet wird und erstarrt, wird
über die Druckmittelleitung 51, 65 und 15 der Hochdruck-DrueRmittelspeicher 56 durch
die nicht dargestellte Pumpe nachgeladen. Nadhdem das Kommando für das Wegeventil
15a abgefallen und dies in saU ne Ausgangsstellung zurückgekehrt ist,-- wodurch
das Durchlaßventil 15 wieder auf seinen Sitz gepreßt wird und die Druckmittelleitung
13 verschließt, wird nach Erstarren des flüssigen Metalls in der Form diese geöffnet
und der im Einspritzzylinder verbleibende Angußrest aus diesem ausgestoßen. Beim
Ausstoßen führt der Preßkolben 4 und der Verdichterkolben 2 noeh einen Hut aus,
bis der Verdichterkolben 2 und Verdichterzylinder 1 an den Flächen 64 und 65 zur
Anlage kommen und das gesamte gasförmige Druckmittel aus dem Zylinderraum 40 in
den Druckmittelspeicher 61 verdrängt ist. Damit die hierbei auftretende Druckerhöhung
im Druckmittelspeicher 61 vernachlässigbar gering bleibt, ist dessen Volumen verhältnismäßig
groß bemessen. Anschließend wird das Wegeventil 52 durch ein elektrisches Kommando
nach links umgeschaltet, wodurch Druckmittel von der Pumpe über die Druckmittelleitung
51 und 34 in den Zylinderraum 33 gelangt, um den Preßkolben 4 zurückzuschieben.
Gleichzei- -tig wird das Rückschlagventil 22 über die Druckmittelleitung 66 geschlossen.
Damit das im Zylinderraum 30 befindliche Druckmittel über die Druckmittelleitung
12 zum '5lbehälter 24 abströmen kann,-bis der Preßkolben 4 seine rechte gezeigte
Endlage wieder eingenommen hat, wird das Rückschlagventil 55 über eine von der Druckmittelleitung
67
abzweigende Druckmittelleitung offen gehalten.
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Inzwischen hat auch das Durchlaßventil 16 durch geeignete'Beaufschlagung
seines nicht dargestellten Steuerkolbens über die Druck4 mittelleitung 67 die Druckmittelleitung
14 wieder abgesperrt.
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Auch wurde gleichzeitig mit dem Rückschlagventil 55 das Rückschlagventil
23 geöffnet, so daß das im Druckmittelspeicher 61 bei findliche kompressible Druckmittel
in der Lage ist, den Verdichterkolben 2 in seine Ausgangsstellung zurückzuschieben,
wobei das im Zylinderraum )8 befindliche Druckmittel über die Druckmittelleitung
68, das Rückschlagventil 27 und das Drosselventil 69 zum Ölbehälter 24 verdrängt
wird. Das Drosselventil 69 hat dabei die Aufgabe, eine zu rasche Rückbewegung des
Verdichterkolbens 2 zu vermeiden. Nach erneutem Einfüllen von flüssigen Metall in
den Einspritzzylinder kann nun ein neuer Arbeitstakt beginnen. -