DE2522800B2 - Verfahren beim druckgiessen von metallen zur einstellung des auf das giessmetall wirkenden druckes und vorrichtung zu dessen ausfuehrung - Google Patents

Description

3. Vorrichtung zur Ausführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 und 2, gekennzeichnet durch entsprechend dem Gasdruck in einem Druckgasbehälter (20) beaufschlagte Steuermittel (100,101) für ein Druckeinstellventil (25,41).

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch die Ausbildung des Druckeinstellventils als Überströmventil (41), an dem ein Druckzylinder (100) mit einem darin verschiebbaren, beidseitig beaufschlagbaren Kolben (101) als Steuermittel vorgesehen ist, wobei der Kolben (101) mit der Ventilspindel (40) des Ventilkegels (37) des Überströmventils (41) fest verbunden ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch die Ausbildung des Druckeinstellventils als Druckreduzierventil (25), das durch ein Überströmventil (41) vorgesteuert ist, an dem ein Druckzylinder (100) mit einem darin verschiebbaren, beidseitig beaufschlagbaren Kolben (101) als Steuermittel vorgesehen ist, wobei der Kolben (101) mit der Ventilspindel (40) des Ventilkegels (37) des Überströmventils (41) fest verbunden ist.

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Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren beim Druckgießen von Metallen zum Abstimmen des Drucks einer Hydraulikflüssigkeit, durch die gespeichert gegen einen vorgegebenen Gasdruck das Gießmetall in die Form gedrückt wird, auf den jeweils vorgegebenen Gasdruck.

Bei üblichen Druckgießverfahren werden die Vorlauf- und Formfüllphase eines z. B. dreiphasigen Einpreßvorganges bei Kaltkammermaschinen bzw. zweiphasigen Einpreßvorganges bei Warmkammermaschinen mit dem Druck einer Hydraulikflüssigkeit vollzogen, welche zuvor gegen den Druck eines Gases in einem Kolbenakkumulator gespeichert wurde. Während der Erstarrungszeit wird im Formhohlraum von Kaltkammermaschinen ein technologisch hinreichender, verstärkter Nachdruck mit Hilfe eines Multiplikatorkolbens erzeugt.

Die Güte der Gußstücke ist entscheidend von dem für das Formfüllen und anschließend während der Erstarrung verwendeten Druck abhängig. Beim Übergang von der Herstellung einer bestimmten Art von Gußstücken aus einer bestimmten Legierung zur Herstellung von andersartigen Gußstücken aus einer unterschiedlichen Legierung ist daher immer wieder eine möglichst optimale Anpassung des Formfülldruckes an die neuen Gießbedingungen notwendig. Zu diesem Zweck wird der Gasdruck im Kolbenakkumulator auf e,nen iechnologisch erforderlichen Wert eingestellt und ewcils der Pumpendruck im hydraulischen Kre.s ρ tsnrechend abgestimmt, damit der Einpreßvorgang mi S m geforderten Druckverlauf erfolgt und Druck-Stöße im System, insbesondere wahrend der Nachdruckphase, vermieden werden.

Nach einem bekannten Vorschlag wird der Nachdruck durch Änderung des Volumens eines flüssigen Druckmittelpolsters in einer dem Kolbenakkumulator zuordneten Druckgasflasche eingestellt. Die schnelle Formfüllphase erfolgt mit Hilfe des zuvor eingestellten Kolbenakkumulatordrucks, wobei die Pumpe im letzten Abschnitt des Kolbenhubes noch zusätzliche Druckflussiekeit liefert Nach vollendeter Formfüllphase wird die Pumpe vom Kolbenakkumulator getrennt so daß nur der wegen der Volumenvergrößerung im Kolbenakkumulator verminderte Gasdruck als Nachdruck wirksam bleibt Um den erforderlichen Nachdruck zu erzeugen, muß die Pumpe über eine besondere Leitung und ein spezielles Ventil das Flüssigkeitsvolumen in der Druckgasflasche erhöhen. Falls ein geringerer Nachdruck erforderlich ist, muß das Flüsssgkeitsvolumen über eine Abflußleitung mittels eines weiteren zusätzlichen Ventils verringert werden. Es ergibt sich also ein wesentlicher Aufwand an Schalt- und Steuermitteln und eine relativ lange Einrichtzeit der Druckgießmaschine.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das gattungsgemäße Verfahren so zu gestalten daß Umstellungen auf andere Gießbedingungen einfach und schnell durchgeführt werden können.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist das erfindungsgemaße Verfahren dadurch gekennzeichnet, daß der hydraulische Druck durch ein sich zwischen einer von dem Gas , beaufschlagten und einer von der Hydraulikflüssigkeit beaufschlagten Fläche einstellendes Kräftegleichgewicht selbsttätig eingestellt wird.

Vorzugsweise wird selbsttätig ein gegenüber dem jeweüs vorgegebenen Wert des Gasdruckes erhöhter hydraulischer Druck eingestellt. Diese Maßnahme ist insbesondere dann von Vorteil, wenn die Druckspeicherung mittels eines Kolbenakkumulators erfolgt, da hierdurch der Kolbenakkumulator einfach und sicher in die Ladestellung gebracht wird.

Eine zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens besonders geeignete Vorrichtung ist durch entsprechend dem Gasdruck in einem Druckgasbehälter beaufschlagte Steuermittel für ein Druckeinstellventil gekennzeichnet.

Durch die Erfindung ist eine sofortige automatische Nachführung des Druckes im hydraulischen Kreis des Einpreßteiies von Druckgießmaschinen bei jeder Änderung des Gasdruckes im Druckgasbehälter auf eine einfache und sichere Weise gewährleistet. Insbesondere wird der Nachdruck begrenzt. Die Erfindung eignet sich sowohl für Kaltkammer- als auch für Warmkammer-Druckgießmaschinen und ist bei zentral programmierbaren Druckgießmaschinen besonders vorteilhaft.

Insbesondere wenn die umzuwälzende Menge an Hydraulikflüssigkeit bzw. die Leistung der Vorrichtung verhältnismäßig klein ist, ist eine Ausbildung des Druckeinstellventils als Überströmventil bevorzugt, an dem ein Druckzylinder mit einem darin verschiebbaren, beidseitig beaufschlagbaren Kolben als Steuermittel vorgesehen ist, wobei der Kolben mit der Ventilspindel des Ventilkegels des Überströmventils fest verbunden ist.

Besonders für den Umsatz verhältnismäßig großer Mengen an Hydraulikflüssigkeit eignet sich eine bevorzugte Weiterbildung der Erfi-.dung, bei der das Druckeinstellventil als Druckreduzierventil ausgebildet ist, das durch ein Überströmventil vorgesteuert ist, an dem ein Druckzylinder mit einem darin verschieboaren, beidseitig beaufschlagbaren Kolben als Steuermittel vorgesehen ist, wobei der Kolben mit der Ventilspindel des Ventilkegels des Überströmventils fest verbunden

Die Erfindung wird im folgenden anhand zeichnerisch dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es

Fig. 1 eine erste Ausführungsform des Druckeinstellventils und dessen Zuordnung zu den wesentlichen Elementen des Einpreßteils einer Druckgießmaschine für Metalle,

Fig. 2 eine zweite Ausführungsform des Druckeinstellventilsund

F i g. 3 in einem Diagramm den Verlauf der Drücke ρ im Schußzylinder über der Zeit f.

Bei der in F i g. 1 dargestellten Druckgießmaschine ist in einem feststehenden Formträger 1 eine Gießbüchse 2 mit darin verschiebbarem Gießkolben 3 befestigt. Der Gießkolben 3 steht über eine Kolbenstange 4 mit einem in einem Schußzylinder 5 verschiebbaren Schußkolben 6 in Verbindung. Vor dem Schußzylinder 5 ist ein Multiplikator 7, bestehend aus einem Multiplikatoi kolben 8 und einem Multiplikatorzylinder 9, angeordnet. In einer Zentralbohrung 10 des Multiplikatorkolbens 8 sitzt ein Rückschlagventil 11, durch das der Druck von dem Multiplikator 7 zugeführter Hydraulikflüssigkeit auf den Schußkolben 6 einwirkt. Der Schußzylinder 5 und der Multiplikator 7 weisen je einen Steueranschluß 12 bzw. 13 zur Steuerung ihres an sich bekannten Arbeitsablaufs auf.

An die Zentralbohrung 10 des Multiplikators 7 ist ein vom Ausgang eines Schußventils 14 kommender Abschnitt 15 einer Druckleitung 15, 16 angeschlossen. Der Eingang des Schußventils 14 ist über einen weiteren Abschnitt 16 der Druckleitung 15,16 am Ausgang eines Kolbenakkumulators 17 angeschlossen, dessen Eingang mittels einer Leitung 18 über ein Absperrventil 19 mit dem Ausgang eines Druckgasbehälters 20 verbunden ist. Am Eingang des Druckgasbehälters 20 finden sich zwei fernbetätigte Absperrventile 21 bzw. 22 zu einer ferngesteuerten Erhöhung bzw. Herabsetzung des Gasdruckes.

In die Druckleitung 16 zwischen dem Kolbeuakkumulalor 17 und dem Schußventil 14 mündet ein erster Abschnitt 23 einer weiteren Druckleitung 23, 42, der vom Ausgang 24 eines Druckreduzierventils 25 ausgeht. Das Gehäuse 26 des Druckreduzierventils 25 nimmt einen als Zweikopfschieber ausgebildeten Ventilkörper 27 in seiner Zentralbohrung auf. In die Zentralbohrung mündet der Eingang 28, der über einen zweiten Abschnitt 42 der weiteren Druckleitung 23, 42 zu einer Pumpe 43 führt. Der Ventilkörper 27 weist seinerseits eine Axialbohrung 29 mit einer Drosselstelle 30 in deren mittlerem Abschnitt auf, die über einen kanalartig verlängerten, unteren Stcuerdruckraurn 31 mit dem Ausgang 24 in Verbindung steht.

Der an den Steuerdruckraum 31 anschließende untere Kopf des Ventilkörpers 27 wirkt mit dem in der Zentralbohrung ausgebildeten Ventilsitz 32 zusammen, wobei eine Bewegung des Ventilkörpers 27 in F i g. 1 nach oben den unteren Kopf auf den Ventilsitz 32 hin bewegt. Zwischen der gegenüberliegenden, oberen

Endfläche des Veniilkörpers 27 und der Gehäusewand ist ein oberer Steuerdruckraum 33 angeordnet, der eine im öffnenden Sinne auf den Ventilkörper 27 wirkende Feder 34 aufnimmt.

Ein Überströmventil 41 mit einem eigenen Gehäuse 38 ist auf dem Druckreduzierveutil 25 zu dessen Vorsteuerung angeordnet. In einer Stirnwand des Gehäuses 38 ist eine axial verschiebbare Spindel 40 geführt, die einen Steuerkegel 37 trägt. Der Steuerkegel 37 wirkt mit einem Ventilsitz 36 im Gehäuse 38 zusammen. Vom Steuerdruckraum 33 des Druckreduzierventils führt ein Verbindungskanal 35 zum Ventilsitz 38. Ein die Spindel 40 umgebender Innenhohlraum des Gehäuses 38 ist über einen Anschluß 39 und eine Leitung 44 mit einem Hydrauliktank 45 verbunden.

An das Überströmventil 41 schließt ein Druckzylinder 100 mit einem beidseitig beaufschlagbaren Kolben 101 an. Der Kolben 101 liegt koaxial zur Spindel 40 und ist an dieser befestigt. Die vordere, zwischen der vollbeaufschlagbaren Kolbenfläche 104 und der Stirnwand des Druckzylinders 100 liegende Druckkammer 105 steht über eine Leitung 106 mit dem Druckgasbehälter 20 in Verbindung. Die hintere, mit der spindelseitigen Kolbenfläche 107 zusammenwirkende Druckkammer 108 ist über eine Leitung 109 mit dem Ausgang 24 des Druckreduzierventils 25 verbunden. Die Druckkammern 105 und 107 sind durch einen Dichtungsring 103 in einer Ringnut 102 des Kolbens 101 gegeneinander abgedichtet.

Die vorstehend beschriebene Vorrichtung gestattet folgende Wirkungsweise:

Der für die Herstellung eines bestimmten Gußstücks aus einer bestimmten Metallegierung erforderliche Formfülldruck wird mit Hilfe des Absperrventils 21 (Druckerhöhung) oder 22 (Druckherabsetzung) am Druckgasbehälter 20 eingestellt. Dieser Gasdruck wirkt auf die Kolbenfläche 104. Auf die Kolbenfläche 107 wirkt über den Weg Pumpe 43 —Druckreduzierventil 25 — Leitung 109 der Druck der Hydraulikflüssigkeit.

Wird nun der Gasdruck gegenüber der bisherigen Druckeinstellung beispielsweise verringert, sucht der Druck der Hydraulikflüssigkeit in der Druckkammer 108 den Kolben 101 zu verschieben. Damit wird der Durchflußquerschnitt zwischen dem Steuerkegel 37 und dem Ventilsitz 36 vergrößert und der Druckmittelabfluß aus dem Steuerdruckraum 33 erhöht. Infolgedessen verschiebt sich der Ventilkörper 27 in schließendem Sinne, und es ergibt sich eine proportionale Druckverminderung am Ausgang 24 des Druckreduzierventils 25. Der Druck der Hydraulikflüssigkeit in der Druckkammer 108 wird also über die Leitung 109 sofort herabgeselzt.

Die Fläche des Steuerkegels 37, die durch den Ventilsitz 36 in den Verbindungskanal 35 hineinragt, steht ebenfalls unter dem Druck der Hydraulikflüssigkeit. Durch geeignete Wahl des Verhältnisses zwischen den Kolbenflächen 104 und 107 läßt sich erreichen, daß die Resultierende aus den an den Kolbenflächen 104 und 107 sowie am Steuerkegel 37 angreifenden Kräften für eine Position des Kolbens 101 und damit des Steuerkegels 37 verschwindet, die am Ausgang 24 des Druckreduzierventils 25 einen gegenüber dem eingestellten Gasdruck um einige Prozent erhöhten Hydraulikdruck ergibt. Der etwas größere hydraulische Druck dient der Aufladung des Kolbenakkumulators 17 entgegen dem Gasdruck.

Umgekehrt hat eine Vergrößerung des Gasdruckes gegenüber der bisherigen Druckeinstellung eine Verrin-

gerung des Durchflußquerschnittes des Überströmventils 41 und dadurch einen proportional gesteigerten Hydraulikdruck am Ausgang 24 des Druckreduzierventils 25 zur Folge.

Für Fälle, in denen die umzusetzende Druckmittelmenge durch das Überströmventil 41 allein bewältigt werden kann, ?.. B. bei kleineren Druckgießmaschinen, eignet sich die Ausführungsform nach Fig. 2. Die dort dargestellte Vereinigung des Überströmventils 41 mit Steuermitteln in Gestalt des Druckzylinders 100 und des Kolbens 101 gleicht dem entsprechenden Teil der Fig. 1. Die Pumpe 43 ist jedoch unmittelbar über die Druckleitung 23, 42 an den Kolbenakkumulator 17 angeschlossen, und von der Druckleitung 23, 42 führt eine Bypaß-Leitung 46 zum Kanal 35. Bei der Ausführungsform nach F i g. 2 werden Druckänderungen im hydraulischen Kreis als Folge von Druckänderungen auf der Gasseite durch eine mehr oder weniger wirksame direkte Entlastung der Pumpe 43 mittels des Überströmventils 41 über einen aus der Leitung 46 und der Rückleitung 44 zum Hydrauliktank bestehenden Bypaß herbeigeführt.

Der zeitliche Druckverlauf im Schußzylinder wird aus F i g. 3 deutlich. Zu Beginn wird die Gießbüchse 2 in einem Vorlauf während der Zeit f 1 aufgefüllt. Dabei schiebt der Schußkolben 6 den Gießkolben 3 mit einer geringen, konstanten Geschwindigkeit gegen die am Formträger 1 befestigte Form hin, bis der volle Querschnitt der Gießbüchse 2 mit der Schmelze nach einer mäßigen anfänglichen Druckspitze bei niedrigem, konstantem Druck ausgefüllt wird.

Dem Vorlauf folgt die schnelle Formfüllphase mit dem Formfülldruck, welcher den Wert ρ 1 nach einer vorangegangenen, etwas höheren Druckspitze in der kurzen Zeitspanne 12 linear ansteigend erreicht. Der Schußkolben 6 bewegt hierbei den Gießkolben 3 mit großer Geschwindigkeit, bis die Formfüllung beendet ist und die Kolbenbewegung beim Druck ρ 1 zum Stillstand kommt.

Wegen der Entnahme einer großen Flüssigkeitsmenge aus dem Kolbenakkumulator 17 während der schnellen Formfüllphase f2 bleibt pi um einen Druckabfall Ap kleiner als der eingestellte Nennwert des Formfülldruckes. Um auf das erstarrende Gußstück in der Form den erforderlichen Nachdruck auszuüben, wird der Multiplikatorkolben 8 nach vollendeter Formfüllung dem Schußkolben 6 vorgeschaltet. Der dazugehörige transiente Vorgang macht sich durch abklingende Druckschwingungen während des kurzen Zeitabschnittes f3 bemerkbar. Anschließend steigt der Nachdruck in einer ebenfalls kurzen Zeitspanne (4 linear auf einen Wert ρ 2 an, der um das Produkt aus dem jeweiligen Multiplikationsfaktor und dem Druckabfall Ap kleiner als sein Nennwert ist.

Der darauffolgende, ebenfalls geradlinige Kurvenabschnitt mit wesentlich geringerer Steigung veranschaulicht, daß der Nachdruck seinen Nennwert ρ 3 erst nach Ablauf einer längeren Zeit f5 bei vollzogener Nachladung des Kolbenakkumulators 17 erreicht und diesen dann um den mit dem Multiplikationsfaktor multiplizierten Druckunterschied zwischen dem vorgegebenen Gasdruck und dem darauf abgestimmten Hydraulikdruck übertrifft.

Wäre der Hydraulikdruck nach einer Verringerung des vorgegebenen Gasdrucks nicht begrenzt, wie es durch die Erfindung erreicht wird, so würde ein Druckstoß ρ 4 von der Höhe des Produktes aus Multiplikationsfaktor und bisherigem, größerem Hydraulikdruck in dem Augenblick auftreten, in dem der Akkumulatorkolben am Ende der Zeit (5 gegen die gasseitige Stirnwand des Kolbenakkumulators Ii anschlägt.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Verfahren beim Druckgießen von Me> ι zum Abstimmen des Drucks einer Hydraulik! Mgkeit, durch die gespeichert gegen einen vorgegebenen Gasdruck das Gießmetall in die Form gedrückt wird, auf den jeweils vorgegebenen Gasdruck, dadurch gekennzeichnet, daß der hydraulische Druck durch ein sich zwischen einer von dem Gas beaufschlagten und einer von der Hydraulikflüssigkeit beaufschlagten Fläche einstellendes Kräftegleichgewicht selbsttätig eingestellt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein gegenüber dem jeweils vorgegebenen Gasdruck erhöhter hydraulischer Druck eingestellt wird.