DE2603891B2 - Antrieb zum Bewegen eines Einspritzkolbens einer Druckgießmaschine - Google Patents
Antrieb zum Bewegen eines Einspritzkolbens einer DruckgießmaschineInfo
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Description
Die Erfindung betrifft einen Antrieb zum Bewegen eines Einspritzkolbens einer Druckgießmaschine mit
einem doppelt wirkenden, hydraulischen Arbeitszylinder, dessen Kolben mit dem Einspritzkolben verbindbar
ist, und mit einer Einrichtung zur Verminderung der Geschwindigkeit des Kolbens des Arbeitszylinders bei
Annäherung an die der gefüllten Druckgießform zugeordnete Endstellung.
Ein derartiger Antrieb u. in dem Buch »Druckgießtechnik«
von Frommer-Lieby, Band 1, 1965, S. 505, allgemein beschrieben. Bei diesem Antrieb hängt
sowohl die Zunahme der Geschwindigkeit des Kolbens des Arbeitszylinders als auch deren Abnahme von der
Auslegung des auf den Arbeitszylinder arbeitenden Windkessels, der Bemessung der Verbindungsleitungen
und dem vom flüssigen Metall beim Einströmen in den Formhohlraum erfahrenen Bewegungswiderstand ab.
Bei dem bekannten Antrieb läßt sich somit die Abnahme der Antriebsgeschwindigkeit bei Annäherung
an die der gefüllten Druckgießform zugeordnete Endstellung nur umständlich einstellen oder abändern.
Durch die vorliegende Erfindung soll ein eingangs genannter Antrieb so weitergebildet werden, daß eine
zwangsweise und ihrer Größe nach einstellbare Verminderung der Antriebsgeschwindigkeit erhalten
wird.
Ausgehend von dem eingangs genannten Antrieb ist diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst daß der
Kolben mit dem Stellglied eines Drosselventils verbunden ist über das die eine Arbeitskammer des
Arbeitszylinders mit dem Druckmittelrücklauf verbunden ist
ίο Bei dem erfindungsgemäßen Antrieb ist das durch
den Einspritzkolben betätigbare Drosselventil der die Geschwindigkeitsabnahme des Antriebsteiles des Arbeitszylinders
vorgegende Antriebsteil. Dieser Antriebsteil kann leicht ausgetauscht oder an einen
bestimmten gewünschten Geschwindigkeitsverlauf beim Einspritzen angepaßt werden. In dem Drosselventil
wird die kinetische Energie der bewegten Teile des Antriebs bei Annäherung an die der gefüllten Druckgießform
zugeordnete Endstellung progressiv vernichtet. Es treten also in dem in die Druckgießform
gedrückten Metall keine oszillierenden Druckspitzen auf, welche dem statischen Gleichgewichtsdruck überlagert
sind.
Da das Herabsetzen der Antriebsgeschwindigkeit unter Verwendung eines Drosselventils erfolgt welches
einfachen Aufbau aufweist und seine Betriebscharakteristik auch nach vielen Zyklen nichi ändert ist der
gewünschte Geschwindigkeitsverlauf beim Bewegen des Einspritzkolbens auch nach vielen Zyklen noch
ίο sichergestellt.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in Unteransprüchen angegeben.
Ist das Drosselventil gemäß Anspruch 2 ausgebildet, so eignet es sich infolge seiner zylindrischen Außenform
η besonders gut zu einem dem Kolben des Arbeitszylinders
koaxialen Einbau. In diesem Fall kann dann die Relativbewegung zwischen dem Kolben des Arbeitszylinders
und dem Rohrkörper des Drosselventils direkt zur Steuerung des Drosselventils verwendet werden.
Außerdem läßt sich ein Antrieb gemäß Anspruch 2 besonders kompakt bauen. Das Drosselventil läßt sich
auch einfach aus Drehteilen hersteüen.
Mit 'Jer Weiterbildung der Erfindung gemäß Anspruch
3 wird erreicht, daß eine der Relativstellung von Rohrkörper und Steuerbuchse progressiv zunehmende
Drosselung erhalten wird. Entsprechend wird auch das Antriebsteil des Arbeitszylinders progressiv abgebremst,
wenn es sich an die der gefüllten Druckgießform zugeordnete Endstellung annähert
w Bei einem Antrieb gemäß Anspruch 4 kann man den Punkt, an dem das Abbremsen des Antriebsteils des
Arbeitszylinders beginnt, auf einfache Weise durch Justieren des stationären Teiles des Drosselventils
einstellen.
« Bei einem Antrieb gemäß Anspruch 5 dient der Kolben des Arbeitszylinders zugleich als Ventilschieber
des Drosselventils.
Mit der Weiterbildung der Erfindung gemäß Anspruch 6 wird erreicht, daß aus der mit dem
bo Drosselventil verbundenen Arbeitskammer des Arbeitszylinders Druckmittel über einen gesonderten Strömungsweg
abgeführt werden kann, wenn in diesem Arbeitsraum ein Druck herrscht, welcher einen vorgegebenen
Wert überschreitet.
h5 Bei einem Antrieb gemäß Anspruch 7 kann in diesem
Falle dann die Menge des über den zweiten Strömungsweg abfließenden Druckmittels eingestellt werden. Man
hat also einen weiteren, leicht einstellbaren Parameter
zur Einstellung eines gewünschten Geschwindigkeitsverlaufes
am Abtriebsteil des Arbeitszylinders.
Nachstehend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die
Zeichnung näher erläutert In dieser zeigt
F i g. 1 einen schematischen axialen Schnitt durch einen Teil einer Druckgießform und des Einspritzkolbens
einer Druckgießmaschine sowie durch den Antrieb zum Bewegen des Einspritzkolbens;
Fig.2 einen axialen Schnitt durch einen Teil eines
Drosselventils des in F i g. 1 gezeigten Antriebes in vergrößertem Maßstabe;
F i g. 3 einen axialen Schnitt durch einen abgewandelten Antrieb zum Bewegen des Einspritzkolbens einer
Druckgießmaschine;
Fig.4 einen axialen Schnitt durch einen weiter
abgewandelten Antrieb zum Bewegen des Einspritzkolbens einer Druckgießmaschine; und
Fig.5 eine graphische Darstellung des Druckes im
Einspritzzylinder in Abhängigkeit von dt/ Zeit.
In F i g. I ist eine Vorrichtung zum Einspritzen
flüssigen Metalls in eine Druckgießform insgesamt mit 10 bezeichnet.
Ein an beiden Enden offener Zylinder 11 weist an einem Ende einen kleineren Durchmesser auf, auf
dessen Mantelfläche ein Außengewinde 12 vorgesehen ist In der Nähe des Außengewindes 12 ist im Zylinder 11
der Einlaß 13 für das Drucköl angeordnet.
In der Arbeitskammer 18 des Zylinders 11 ist ein Kolben 14 verschiebbar gelagert, der mit einer
Kolbenstange 17 verbunden ist, die durch eine öffnung 15 am anderen Ende des Zylinders U nach außen
geführt ist Die Kolbenstange 17 ist zum Teil hohl ausgebildet. Diese Höhlung setzt sich in einer zentralen
Bohrung 14a im Kolben 14 fort. Weiterhin ist die Kolbenstange 17 einer anderen Bohrung 19 in der Nähe
des Kolbens 14 ausgebildet. Ein Rohrkörper 22 ist gleitend und dichtend durch eine Steuerbuchse 23
geführt, die in der zentralen Bohrung 14a des Kolbens 14 eingesetzt ist und endet in einer Überwurfmutter 21,
die mit dem Außengewinde 12 des Zylinders 11 in Gewindeeingriff steht. Daher ist der Rohrkörper 22
gleitend und luftdicht durch das Innere des Gewindeabschnitts 12 geführt. Der Rohrkörper 22 weist einen
axialen Hohlraum 24 auf und sein von der Überwurfmutter 21 abgewandtes Ende ist mit mehreren
Steueröffnungen 26 versehen, die in Strömungsmittelverbindung mit dem Hohlraum 24 stehen. Der der
Überwurfmutter benachbarte Basisabschnitt 27 des Rohrkörpers 22 ist mit einem größeren Außendurchmesser
gearbeitet als sein freier Spitzenabschnitt. Der Basisabschnitt 27 ist mit einer axialen Bohrung 28
versehen, der abgestuft ausgebildet ist und den Hohlraum 24 mit der Mitte der Überwurfmutter 21
verbindet. Weiterhin ist ein Rückschlagventilkörper 30 vorgesehen, der durch die Druckkraft einer in dem
abgestuften Abschnitt des Durchlasses 28 angeordneten Feder 29 beaufschlagt ist. Außenseitig ist die Überwurfmutter
21 mit einer Leitung 31 zur Verbindung der Bohrung 28 mit einem öltank oder einer Druckquelle
über ein Auswahlventil verbunden; das Auswahlventil ist nicht gezeigt. Der Rohrkörper 22 ist im vorderen
Bereich des Basisabschnitts 27 mit mehreren Durchlässen 32 versehen, die den Rückschlagventilkörper 30
umgeben. Weiterhin ist an einer Stelle in der Nähe der öffnung 15, durch die die Kolbenstange 17 geführt ist,
der Zylinder 11 mit einer Bohrung 35 versehen, von der
eine Leitung über ein Drosselventil 36 und ein Überdruckventil 37 zum Druckmittelrücklauftank 54
führt
Der Einlaß 13 ist über ein Drosselventil 39 mit einer
nicht gezeigten öldruckpumpe verbunden. Weiterhin ist
der Einlaß 13 über das Drosselventil 39 und ein Elektromagnetventil 41 mit einem Akkumulator 42
verbunden. Das Elektromagnetventil 41 öffnet und schließt unter Ansteuerung durch einen Endschalter 44,
der von einem von der Kolbenstange 17 vorstehenden
ι ο Mitnehmer 43 betätigbar ist
Die Kolbenstange 17 ist mit der Einspritzkolbenstange 47 eines Spritzzylinders 46 über eine nicht gezeigte
Kupplung verbunden. Der Spritzzylinder 46 ist mit einer stationären Platte 48 verbunden. Die Einspritzkolbenstange
47 ist mit dem Einspritzkolben 49 verbunden, der in der Spritzhülse 50 gleitet, in der eine Einfüllöffnung 51
vorgesehen ist Der stationären Platte 48 ist eine auf einer Führungsstange 52 verschiebbar gelagerte Druckplatte
53 zugeordnet. Die Druckplatten 48 und 53 tragen die Formhälften 54, 55. Der Hohlraum 56 im
Spritzzylinder 46 steht mit dem Hohlraum 57 zwischen den beiden Formhälften für das Druckgießen der
Schmelze 58 in Verbindung.
Die oben beschriebene Einspritzvorrichtung arbeitet folgendermaßen:
In dem in der F i g. 1 gezeigten Zustand wird Drucköl der Einspritzvorrichtung 10 über den Einlaß 13 und das
Drosselventil 39 zugeführt. Dadurch wird der Kolben 14 in der F i g. 1 nach links gedrückt Durch diesen
Kolbenvorschub wird das auf der linken Seite des Kolbens 14 befindliche öl über die öffnung 35 und das
Drosselventil 36 dem Überdruckventil 37 zugeführt. Wenn der Einstellpunkt des Überdruckventils 37 aber
höher eingestellt ist, wird es nicht geöffnet. Daher fließt
in diesem Fall da.in öl aus dem Raum links vom Kolben
14 über die öffnung 19 in der Kolbenstange und die Steueröffnungen 26 im Rohrkörper 22 in den Hohlraum
24. Der durch des in den Hohlraum 24 eingetretene öl aufgebaute Druck drückt den Rückschlagventilkörper
30 entgegen der Federkraft der Feder 29 zurück, so daß öl durch die Durchlässe 32 in den Raum rechts vom
Kolben 14 eintreten kann, wodurch ein Umgehungskreis aufgebaut wird. Auf diese Weise kann der Kolben 14 mit
einer verhältnismäßig kleinen Menge an Drucköl vorgeschoben werden.
Der Kolben 14 wird so bewegt, daß zunächst die Vorschubgeschwindigkeit von einem niedrigen Wert
auf einen höheren Wert im Verlaufe des Vorschubweges angehoben wird, indem der Endschalter 44 betätigt und
damit der Akkumulator 42 zugeschaltet wird. Bei fortgeschrittenem Vorschub des Kolbens 14 (in F i g. 1
nach links) werden die Steueröffnungen 26 dann eine nach der anderen durch die Steuerbuchse 23 abgedeckt.
Dieser durch die Steueröffnungen 26 erhaltene Drosseleffekt bewirkt eine Drosselung des hydraulischen
Umgebungskreises für das Drosselventil 36 und das Überdruckventil 37, wodurch der Druck auf der
Kolbenstangenseite des Kolbens bis zum öffnen des Entlastungsventils 37 angehoben wird. Damit wird die
to Kolbengeschwindigkeit auf den durch das Drosselventil
36 bestimmten Wert herabgesetzt. Nach Abschluß der vorstehend beschriebenen Geschwindigkeitsherabsetzung
füllt die Schmelze den Formhohlraum ganz.
Wenn der Kolben 14 zurückgezogen werden soll,
Wenn der Kolben 14 zurückgezogen werden soll,
h"> wird Drucköl auf die Leitung 31 gegeben, was zum
Schließen des Rückschlagventilkörpers 30 führt. Danach wird dem Zylinderhauptkörper 11 Drucköl über die
öffnung 35 zugeführt.
Die Verbindung des Rohrkörpers 22 über das Gewinde 12 mit dem Zylinder 11 macht es durch
einfaches Drehen der Überwurfmutter 21 möglich, daß der Anfangspunkt der Herabsetzung der Geschwindigkeit
des Kolbens unter Berücksichtigung der Formgebungsbedingungen des Druckgußstückes eingestellt
werden kann. Denn dadurch wird eine bestimmte Ausgangsstellung der Steueröffnungen 26 bezüglich der
vom Kolben 14 getragenen Steuerbuchse 23 erhalten.
Wichtig ist weder die Anzahl noch die Formgebung der Steueröffnungen, sondern allein die Öffnungsfläche
als Funktion des Kolbenhubs. Wenn z. B. bei der Ausführungsform gemäß F i g. 2 vier Steueröffnungen
26i bis 264 vorgesehen sind, sind alle Sieueröffnungen
26t bis 264 während des Verschiebens des Kolbens mit
hoher Geschwindigkeit durchströmt und führen öl von der Kolbenrückseite ab. Daher beginnt die erste
Verlangsamung des Kolbens mit dem Abschließen der Steueröffnung 264 durch die Steuerbuchse 23, wie es in
der Fig.2 gezeigt ist. Andererseits reichen im Fall
niedriger maximaler Kolbengeschwindigkeit nur zwei Steueröffnungen 26| und 262 für das Abführen des Öls
aus. Eine Verlangsamung des Kolbens beginnt in diesem Fall dann, wenn die Steueröffnung 262 verschlossen
wird. Wie aus dem Vorstehenden hervorgeht, wird der Endpunkt der Kolbenbewegung stets konstant gehalten,
unabhängig von der maximalen Kolbengeschwindigkeit vor seiner Verlangsamung.
Anhand der F i g. 3 und 4 werden nun andere Ausführungsformen des Antriebs für den Einspritzkolben
beschrieben. In den F i g. 3 und 4 sind Teile, die mit entsprechenden Teilen aus der F i g. 1 vergleichbar sind,
mit denselben Bezugszahlen versehen.
Bei der in der F i g. 3 gezeigten Ausführungsform sind der Kolben 14 und der Rohrkörper 22 einstückig
miteinander ausgebildet. Der Rohrkörper 22 ist aber gleitend in dem Zylinder 11 auf der von der
Kolbenstange 17 abgewandten Seite des Kolbens 14 geführt. Eine zylindrische Steuerbuchse 70 für die
Einstellung des Geschwindigkeitsherabsetzungspunktes ist einstellbar in die Kopfseite des Zylinders 11
eingeschraubt. Ein Hohlraum 70a in der Steuerbuchse 70 nimmt das freie Ende des Rohrkörpers 22 auf, der im
vorderen Teil des Hohlraums in Gleiteingriff mit der Innenwandung der Steuerbuchse 70 steht.
Ein Kanal 71 ist in der Kopfseite des Zylinders 11 ausgebildet der mit dem Einlaß 13 in Verbindung steht.
In der Kopfseite des Zylinderhauptkörpers 11 ist zwischen dem Kanal 71 und einem die Steuerbuchse 70
aufnehmenden Raum 72 ein Rückschlagventilkörper 74 vorgesehen, der von einer Feder 75 in Schließstellung
beaufschlagt ist. Eine mit dem Raum 72 in Verbindung stehende enge Bohrung 77 ist in die Steuerbuchse 70
gebohrt Wie in der F i g. 1 soll derselbe externe Hydraulikkreis zugeschaltet werden, insbesondere soll
die Öffnung 35 über das Drosselventil 36 mit dem Überdruckventil 37 verbunden sein. In der F i g. 3 ist mit
78 ein Anschlag bezeichnet der verhindert daß die Steuerbuchse 70 unbeabsichtigt aus dem Zylinderhauptkörper
11 herausbewegt wird.
Die Ausführungsform nach F i g. 3 arbeitet wie folgt:
Wird der Kolben 14 über den Einlaß 13 mit Drucköl beaufschlagt und nach links bewegt so gelangt Öl durch
die mit dem Innenraum des Rohrkörpers 22 verbundenen und in der Kolbenstange 17 vorgesehenen
gabelartigen Kanäle in den Hohlraum 70a der Steuerbuchse 70. Von dort wird das öl durch die enge
Bohrung 77 gedrückt so daß es den Rückschlagventilkörper 74 entgegen der Wirkung der Feder 75 anheben
kann. Auf diese Weise kann öl von der Stangenseite des Kolbens 14 zu dessen Kopfseite über den Kanal 71
fließen; es wird also auch hier ein Umgehungskanal aufgebaut. Somit beginnt auch hier eine Verlangsamung
des Kolbens 14 auf seinem mit hoher Geschwindigkeit durchmessenen Weg, wenn wenigstens eine der
Steueröffnungen 26 an dem freien Ende des Rohrkörpers 22 durch die Steuerbuchse 70 verschlossen worden
ist.
Bei der Ausführungsform gemäß Fig.4 ist der Rohrkörper 22 parallel zum Kolben 14 angeordnet und
beide sind durch ein Verbindungsglied 80 miteinander verbunden. Weiterhin ist ein Kanal S3 vorgesehen, in
den die in einem Gehäuse 82 ausgebildeten Steueröffnungen 26 einmünden. Das Gehäuse 82 ist als Teil des
Zylinders 11 ausgebildet. Weiterhin ist an der Stelle, an
der der Kanal 83 einen Kanal 87 trifft, der von dem in Fig.4 rechtsseitigen Arbeitsraum des Kolbens 14
herangeführt ist, ein von einer Feder 85 beaufschlagter Rückschlagventilkörper 86 angeordnet.
Die Ausführungsform nach F i g. 4 arbeitet wie folgt:
Wenn der koaxial zum Kolben 14 ausgebildete Einlaß 13 mit Drucköl beaufschlagt wird, bewegt sich der
Kolben 14 und damit die Kolbenstange 17 in der F i g. 4 nach links. Gleichzeitig wird öl aus dem kolbenstangenseitigen
Arbeitsraum des Zylinderhauptkörpers 11 über einen Kanal 88 und die eine oder mehrere Steueröffnungen
26 in den Kanal 83 gedrückt so daß der Rückschlagventilkörper 86 entgegen der Wirkung der
Feder 85 angehoben wird und Drucköl in den rechten Arbeitsraum des Zylinders zusätzlich eintreten kann.
Auf diese Weise wird unter geringer Drosselung Öl aus dem linken Arbeitsraum abgeführt und der Kolben 14
wird rasch vorgetrieben, bis der Rohrkörper 22 eine der Steueröffnungen 26 verschließt; d. h. die Geschwindigkeitsherabsetzung
des Kolbens 14 setzt ein, wenn wenigstens eine der Steueröffnungen 26 durch den Rohrkörper 22 abgedeckt wird. Der Rohrkörper 22 muß
die in der F i g. 4 dargestellte Abstufung aufweisen, um dem Kanal 88 in seinem sich parallel zum Rohrkörper 22
erstreckenden Bereich einen freien Querschnitt zu geben. Bei der Ausführungsform gemäß F i g. 4 ist der
Rohrkörper 22 massiv ausgebildet.
F i g. 5 zeigt den Anstieg des Druckes im Einspritzzylinder in Abhängigkeit von der Zeit während eines
Druckgießzyklus. Man erkannt den Druckanstieg im Einspritzzylinder, der auf die Geschwindigkeitserhöhung
des Kolbens des Arbeitszylinders zurückzuführen ist durch den der eigentliche Einspritzkolben angetrieben
wird. Man erkennt ferner den Druckabfall im Einspritzzylinder, welcher mit dem Abbremsen des
Kolbens des Arbeitszylinders einhergeht und schließlich den Druckanstieg auf den Gleichgewichtswert beim
Erreichen der Endstellung des Einspritzkolbens.
Bei der Erfindung wird der Druckgleichgewichtswert im Einspritzzylinder und damit auch in der Druckgießform
ohne Überschwingen erreicht Ein derartiges Überschwingen des Druckes über den Endwert würde
dazu führen, daß Schmelze in die Trennfugen der Druckgießform hineingedrückt würde, so daß das
Druckgußstück an der Trennfuge der Druckgießform einen ausgeprägten Grat hätte. Bei dem oben
beschriebenen Antrieb für den Einspritzkolben einer Druckgießmaschine wird also die kinetische Energie des
Antriebs vor Erreichen derjenigen Endlage des Abtriebsteils vernichtet die der gefüllten Form
entspricht Es handelt sich dabei um ganz beträchtliche
Energien, denn bei einer Druckgießmaschine der Größenordnung von 600 t müssen pro min. 10 0001 öl
bewegt werden, um die Druckgießform rasch mit metallischer Schmelze zu füllen. Zu den großen
bewegten ölmassen kommt dann noch die Masse der bewegten Maschinenteile hinzu. Würde man kein
Drosselventil vorsehen, das durch den Kolben des Arbeitszylinders des Antriebs in Abhängigkeit von der
Annäherung an die der gefüllten Form entsprechende Endlage betätigt wird, so ergäben sich in der
Druckgießform ganz erhebliche Druckspitzen, was zu den weiter oben geschilderten Nachteilen führen würde.
Hierzu 3 Blatt Zeichnungen
Claims (7)
1. Antrieb zum Bewegen eines Einspritzkolbens einer Druckgießmaschine mit einem doppelt wirkenden,
hydraulischen Arbeitszylinder, dessen Kolben mit dem Einspritzkolben verbindbar ist, und mit
einer Einrichtung zur Verminderung der Geschwindigkeit des Kolbens des Arbeitszylinders bei
Annäherung an die der gefüllten Druckgießform zugeordnete Endstellung, dadurch gekennzeichnet,
daß der Kolben (14) mit dem Stellglied eines Drosselventils (23, 26; 70, 26) verbunden ist,
über das die eine Arbeitskammer (18) des Arbeitszylinders mit dem Druckmittelrücklauf (59) verbunden
ist
2. Antrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Drosselventil einen in seiner Wand mit
einer Steueröffnung (26) versehenen Ronrkörper (22) und eine Steuerbuchse (23) aufweist, wobei
entweder der Rohrkörper (22) stationär und die Steuerbuchse (23) bewegbar ist oder umgekehrt
(F ig. 2).
3. Antrieb nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Rohrkörper (22) eine Mehrzahl mit
axialem Abstand angeordneter Steueröffnungen (261—264) aufweist.
4. Antrieb nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das stationäre Teil (22 bzw. 70)
des Drosselventils in axialer Richtung einstellbar ist.
5. Antrieb nach einem der Ansprüche 2—4, dadurch gekennzeichnet, daß der stationäre Rohrkörper
(22) in eine axiale Ausnehmung des Kolbens (14) einführbar ist und daß die Steuerbuchse (23) in
die Kolbenstirnwand eingesetzt ist.
6. Antrieb nach einem der Ansprüche 1—5, dadurch gekennzeichnet, daß in der Verbindung der
Arbeitskammer (18) mit dem Druckmittelrücklauf (59) ein Überdruckventil (37) vorgesehen ist.
7. Antrieb nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß in Reihe zum Überdruckventil (37) eine
einstellbare Drossel (36) geschaltet ist.
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