-
-
Verfahren und Einrichtung zum Steuern der
-
Arbeitsphasen eines Druckgießverfahrens Die Erfindung betrifft ein
Verfahren zum Steuern der Arbeitsphasen eines Druckgießverfahrens gemäß dem Oberbegriff
des Anspruchs 1 sowie eine Steuereinrichtung einer Druckgießmaschine gemäß dem Oberbegriff
des Anspruchs 7.
-
Bekanntlich verläuft das Druckgießverfahren in mehreren Arbeitsphasen
ab. Beim Kaltkammerverfahren wird zunächst die Schmelze durch eine selbsttätige
Zuführvorrichtung oder mittels eines Schöpflöffels manuell aus einem Warmhalteofen
in die Druckkammer eingebracht. Beim Warmkammerverfahren, bei welchem die Druckkammer
im Schmelzen bad des Warmhalteofens liegt, läuft die zu vergießende Schmelze durch
eine verschließbare Eintrittsöffnung in die Druckkammer ein. Dann wird nach beiden
Verfahrensarten in einer ersten Arbeitsphase die Schmelze, nachdem ggf. beim Warmkammerverfahren
die Gießform an die Austrittsdüse der Druckkammer herangefahren ist, mit vorerst
geringem Druck und geringer Geschwindigkeit bis zu einer Stelle gefördert, an der
sie für das Einpressen in den Formhohlraum bereitsteht.
-
Diese Stelle soll möglichst nahe am Eintritt der Schmelze in den Formhohlraum
liegen. In der zweiten Arbeitsphase erfolgt dann das Einpressen der Schmelze in
den Formhohlraum, was häufig mit hohem Druck und hoher Geschwindigkeit erfolgt.
Der übergang von der ersten zu der zweiten Arbeitsphase soll möglichst verzögerungsfrei
und genau zu dem Zeitpunkt erfolgen, in dem die Schmelze an der optimalen Ausgangsstelle
für das Auslösen der zweiten Arbeitsphase eingetroffen ist. Während dieser zweiten
Arbeitsphase, in welcher der Formhohlraum mit der Schmelze gefüllt wird, wird außerdem
der Formhohlraum zumeist entlüftet oder - beim Vakuumgießen - abgesaugt. Nachdem
der Formhohlraum gefüllt ist und ggf. der Entlüftungs- und/oder Absaugvorgang beendet
und die Entlüftungsöffnung verschlossen worden sind, erfolgt in der dritten Arbeitsphase
die Nachverdichtung, mit der auch die Abkühlungs- und Erstarrungsphase für die Schmelze
im Formhohlraum einhergeht. Wenn schließlich das Gußstück hinreichend verfestigt
ist, beginnt die vierte Arbeitsphase mit dem öffnen der Gießform und dem Auswerfen
des Gußstückes, ggf. nachdem vorhandene Kerne oder Schieber gezogen sind.
-
r,, rç Für eine möglichst hohe Geßqualität und einen hohen Ausstoß
ist eine möglichst genaue Steuerung der Arbeitsphasen bei möglichst verzögerungsfreiem
Ansprechen der Geberelemente der Steuerung und geringstmöglicher Àbweichung von
den jeweils zulässigen Mlfndestzeiten für die Arbeitsphasen erforderlich. Bei den
bekannten Druckgießverfahren werden überwiegend Endschalter und Zeitschalter zur
Steuerung der Arbeitsphasen verwendet. So erfolgt insbesondere das Umschalten von
der ersten Arbeitsphase, dem Bereitstellen der Schmelze, auf die zweite Arbeitsphase,
dem Einpressen der Schmelze in den Formhohlraum, beim Kaltkammerverfahren bisher
ausschließlich über Endschalter in Abhängigkeit vom Weg des Druckkolbens, mit dem
die Schmelze aus der Druckkammer
in den Formhohlraum gepreßt wird.
Dies führt jedoch zu erheblichen Streuungen in der Umschaltgenauigkeit, so daß die
Schmelze für das Auslösen dieser zweiten Arbeitsphase nicht möglichst dicht an den
Eintritt in den Formhohlraum herangeführt werden kann oder die Gefahr besteht, daß
die Schmelze zu einem Teil vorzeitig ohne den gewünschten Druck in den Formhohlraum
hineinfließt. Hingegen erfolgt das Öffnen der Gießform bisher zeitabhängig. Hierdurch
müssen Sicherheitszeiten in Kauf genommen werden, weil sich die noch zulässigen
Mindestzeiten bis zur hinreichenden Verfestigung des Gußstückes wegen möglicher
Schwankungen der Abkühlungsbedingungen nicht genau vorausbestimmen lassen. Dadurch
ist der höchstmögliche Ausstoß beeinträchtigt.
-
Durch die Erfindung wird die Aufgabe gelöst, ein Verfahren zur Steuerung
der Arbeitsphasen eines Druckgießverfahrens und eine Steuereinrichtung einer Druckgießmaschine
zu schaffen, durch welche eine Qualitätsverbesserung des Gußstückes bei gleichwohl
hohem Ausstoß erzielbar sind.
-
Dies wird gemäß der Erfindung dadurch erreicht, daß die Temperatur
der Schmelze bzw. des Gußstückes in der Gießmaschine gemessen wird und die Arbeitsphasen
wenigstens zum Teil in Abhängigkeit von vorbestimmten Grenzwerten der Temperaturmeßwerte
ausgelöst und/oder beendet werden.
-
Dadurch ist eine wesentliche Steuergenauigkeit erzielhar, denn es
stehen sehr schnell ansprechende Temperaturmeßfühler zur Verfügung, die über zugeordnete
Ver-.
-
stärker und ebenfalls schnell ansprechende Grenzwertschalter eine
exakte Einhaltung optimaler Steuerzeiten ermöglichen. Zudem wird mit der Erfindung
ausgenutzt,
daß während des Druckgießverfahrens in der Gießmaschine
mehrere deutlich unterscheidbare Temperaturzustände auftreten, die sich einzelnen
Arbeitsphasen zuordnen lassen und daher in hohem Maße zum zeitgenauen Auslösen und
Beenden der Arbeitsphasen geeignet sind.
-
Gemäß der Erfindung kann insbesondere die zweite Arbeitsphase, das
Einpressen der Schmelze in den Formhohlraum, ggf. mit hohem Druck und hoher Geschwindigkeit,
zeitlich genau ausgelöst werden, indem der Meßort des Temperaturmeßfühlers an derjenigen
Stelle am Ausgang der Druckkammer oder am Weg der Schmelze zwischen der-Druckkammer
und dem Formhohlraum angeordnet wird, die für die Auslösung der zweiten Arbeitsphase
optimal ist. Bevor daher die Schmelze während der ersten Arbeitsphase bis zu dem
Meßort des Temperaturmeßfühlers gelangt1 entspricht die Meßtemperatur im wesentlichen
der Formtemperatur, die zum Beispiel bei 200 bis 2500C liegt. Sobald jedoch die
Schmelze an diesem Meßort eintrifft und daher mit dem Meßfühler in Berührung gelangt,
steigt die Meßtemperatur sprunghaft auf die Schmelzentemperatur von beispielsweise
mehr als 1200cm an. Der die zweite Arbeitsphase auslösende Grenzwertschalter kann
daher mit hinreichendem Temperaturabstand zu der Formtemperatur auf beispielsweise
5000C eingestellt werden, so daß das Umschalten auf den hohen Einpreßdruck bzw.
das Umschalten des Antriebs des Druckkolbens von der langsamen Kolbenbewegung in
der ersten Arbeitsphase auf die schnelle Kolbenbewegung in der zweiten Arbeitsphase
verzögerungsfrei und präzis mit dem Eintreffen der Schmelze an dem Meßort des Temperaturmeßfühlers
ausgelöst wird. Dadurch ist weiter die bevorzugte Möglichkeit geschaffen, den Meßort
des Temperaturmeßfühlers sehr nahe vor die Eintrittsstelle der Schmelze in den Formhohlraum,
zum Beispiel in deren Anschnitt oder Gießlauf, zu legen, so daß der optimale Zeitpunkt
für das Umschalten von der ersten auf die zweite Arbeitsphase erzielbar ist.
-
Wenn zur Zuführung der Schmelze in den Formhohlraum dieser entlüftet
oder beim Vakuum-Verfahren abgesaugt werden soll, wird dieser Entlüftungs- und/oder
Absaugvorgang im allgemeinen bereits ausgelöst, wenn die Schmelze in der ersten
Arbeitsphase mit geringer Geschwindigkeit für das Auslösen der zweiten Arbeitsphase
bereitgestellt wird. Sofern jedoch der Entlüftungs- und/oder Absaugvorgang erst
mit dem Auslösen der zweiten Arbeitsphase ausgelöst werden soll, kann dies mittels
desselben Grenzwertschalters, von dem die zweite Arbeitsphase ausgelöst wird, oder
ggf. eines auf einen anderen Temperaturgrenzwert ansprechenden zweiten Grenzwertschalters
erreicht werden.
-
Wenn die Temperatur der Schmelze, während sie in den Formhohlraum
eingepreßt wird, höher als erforderlich oder optimal ist, wird die bis zum Öffnen
der Gießform erforderliche Schließdauer und daher die Herstellzeit des Gußstückes
unnötig lang. Außerdem kann auch die Qualität des Gußstückes teeinträchtigt sein.
Falls ferner hierbei die Schließdauer der Gießform zeitabhängig gesteuert ist, kann
es zu einem zu frühzeitigen Öffnen der Form und damit zum Platzen des Preßrestes
kommen. Liegt hingegen die Schmelzentemperatur beim Eintreten in den Formhohlraum
zu niedrig, so kann ebenfalls die Qualität des Gußstückes beeinträchtigt sein.
-
Damit das Auftreten einer zu hohen oder zu niedrigen Temperatur der
Schmelze am Eintritt in den Formhohlraum verhindert ist, wird in bevorzugter Weiterbildung
der Erfindung der vom Temperaturmeßfühler am Eintritt der Schmelze in den Formhohlraum
abgefühlte Absolutwert der Schmelzentemperatur als Ist-Wert für eine Temperaturregeleinrichtung
des die Schmelze warmhaltenden Ofens verwendet. Mit dieser Temperaturregeleinrichtung
wird der Temperaturmeßwert mit vorwählbaren unteren und oberen Temperaturgrenzwerten
verglichen, was ebenfalls mittels entsprechender, auf das überschreiten bzw. Un-
terschreiten
eines oberen bzw. unteren Temperaturgrenzwertes ansprechender Grenzwertschalter
erreicht werden kann, und in Abhängigkeit vom Über- bzw. Unterschreiten des jeweils
zugeordneten Temperaturgrenzwertes wird die Ofentemperatur durch Ein- bzw. Ausschalten
der Heizvorrichtung des Ofens geregelt. Hierbei können als zusätzliche Regelgrößen
vorwählbare Maximal- bzw. Minimalgrenzwerte der Ofentemperatur verwendet werden.
-
Wenngleich es möglich ist, den Höchstwert der beim Eintreffen der
Schmelze am Temperaturmeßfühler gemessenen Schmelzentemperatur unmittelbar in die
Regeleinrichtung für die Regelung der Ofentemperatur einzuleiten, wird es bevorzugt,
den Temperaturmeßwert zunächst in einen Speicher einzulesen und ihn daraus, zum
Beispiel zwischen den Gießzyklen, in die Regeleinrichtung abzurufen.
-
Das Einlesen des dem Temperaturmeßwert entsprechenden Meßsignals in
den Speicher kann ebenfalls von einem von dem Temperaturmeßfühler gesteuerten Grenzwertschalter
ausgelöst sein.
-
Ferner wird es in Ausgestaltung der Erfindung bevorzugt, auch die
Beendigung der Schließdauer der Gießform temperaturabhängig zu steuern, so daß das
Öffnen der Gießform beim Absinken der Temperatur des Guß stückes unter einen vorwählbaren
unteren Temperaturgrenzwert während der Abkühlphase für das Guß stück erfolgt und
daher der hinsichtlich der Herstellzeit und der Gußstückstemperatur optimale Zeitpunkt
für die Beendigung der Abkühlphase unabhängig von Schwankungen der Abkühlunqsbedingungen
erreicht wird. Damit wird ein Platzen des Preßrestes durch frühzeitiges Öffnen der
Form verhindert.
-
Der das Öffnen der Gießform auslösende Grenzwertschalter ist vorzugsweise
ebenfalls von dem am Eintritt in den Formhohlraum angeordneten Temperaturmeßfühler
qesteuert, wenngleich es auch möglich ist, hierzu einen zusätzlichen, die Temperatur
des Guß stückes abfühlenden
Temperaturmeßfühler vorzusehen, der
an einem anderen geeigneten Meßort angeordnet ist.
-
In Weiterbildung der Erfindung werden außerdem die Temperatur der
Schmelze bzw. des Guß stückes während der Erstarrungsphase kontinuierlich gemessen
und die Meßwerte als Ist-Werte zur Regelung der Gießformtemperatur verwendet. Hierzu
kann die Heiz- bzw. Kühlvorrichtung der Gießform von einer Formtemperatur-Regelvorrichtung
gesteuert sein, durch welche die Ist-Werte mit einer vorgegebenen Grenztemperatur-Zeitfunktion
verglichen werden und die Heiz- und/oder Kühlvorrichtung in Abhängigkeit von der
Über- bzw. Unterschreitung der zeitabhängig vorgegebenen Temperaturgrenzwerte ein-
bzw. ausgeschaltet wird. Als Ist-Wert-Geber wird vorzugsweise ebenfalls der am Eintritt
des Formhohlraums angeordnete Temperaturmeßfühler, der in unmittelbarem Berührungskontakt
mit der Schmelze bzw. dem Guß stück steht, verwendet, wenngleich gegebenenfalls
auch ein gesonderter Temperaturmeßfühler mit einem anderen Meßort, der zum Beispiel
an einer Wandung des Formhohlraums liegen kann, verwendbar ist.
-
Da der Temperaturmeßfühler bei fehlender Schmelze oder fehlendem Gußstück
die Temperatur der leeren Gießform mißt, kann mit ihm zusätzlich auch die Temperatur
der leeren Gießform überwacht und mittels zusätzlicher, die Heiz- und/oder Kühlvorrichtung
der Gießform ein- bzw.
-
aus schaltender Grenzwertschalter auf die für den Gießvorgang erforderliche
Anfangstemperatur eingeregelt werden.
-
Als weitere Ausgestaltung der Erfindung wird vorzugsweise auch die
Beendigung eines Entlüftungs- und/oder Absaugvorganges temperaturabhängig gesteuert.
Hierzu ist an oder in der Mündung des Entlüftungs- und/oder Absaugkanals ein zweiter
Temperaturmeßfühler angeordnet,
der mit der nach dem Füllen der
Form an seinem Meßort eintreffenden Schmelze in Berührung gelangt und über einen
zusätzlichen Grenzwertschalter, der auf einen vorwählbaren Temperaturwert oberhalb
der Temperatur der leeren Gießform anspricht, die Entlüftungs- und/ oder Absaugvorrichtung
abschaltet und ggf. das Verschließen des Entlüftungs- und/oder Absaugkanals auslöst.
-
Im Sinne der Erfindung können ggf. auch zusätzliche Arbeitsphasen
temperaturabhängig ausgelöst bzw. beendet werden. Beispielsweise ist es möglich,
mittels des am Eintritt in den Formhohlraum angeordneten Temperaturmeßfühlers oder
eines anderen die Gußstücktemperatur abfühlenden Temperaturmeßfühlers die Nachverdichtungsphase
nach dem Füllen des Formhohlraumes zu beenden, d.i. in Abhängigkeit vom Absinken
der Temperatur des Gußstückes unter einen vorwählbaren unteren Grenzwert die Druckerzeugungsvorrichtung
mittels eines entsprechenden Grenzwertschalters abzuschalten.
-
Als Temperaturmeßfühler und Grenzwertschalter sowie sonstige mit diesen
verwendeten Schalt- und Steuerglieder können an sich bekannte elektrische oder elektronische
Teile verwendet werden. Die Grenzwertschalter sind vorzugsweise sämtlich auf vorwählbare
Ansprechwerte einstellbar. Außerdem wird es insbesondere dann, wenn von demselben
Temperaturmeßfühler mehrere Grenzwertschalter ansteuerbar sind, denen unterschiedliche
Steuerfunktionen zugeordnet sind, bevorzugt, die Grenzwertschalter möglichst auf
um mehrere Temperaturgrade unterschiedliche Temperaturgrenzwerte einzustellen, so
daß deutlich unterscheidbare Steuersignale erhalten werden.
-
Durch die Erfindung wird somit ein exaktes Auslösen bzw.
-
Beenden wenigstens eines Teils der Arbeitsphasen des Druckgießverfahrens
erreicht. Dies führt weiter dazu, daß Einstellarbeiten zur Steuerung der Druckgießmaschine
in nur geringem Umfang erforderlich sind, die Reparaturfreundlichkeit gesteigert
ist, durch Erzielung gleichmäßiger Temperaturverteilungen an der Druckgießform deren
Lebensdauer gesteigert ist, die Qualität des Gußteils verbessert wird, der Ausschuß
verringert ist und die Produktion gesteigert ist.
-
Die Erfindung ist bevorzugt für das Druckgießen von Metallen vorgesehen.
Gegebenenfalls kann sie jedoch auch mit Vorteil für das Spritzgießen von Kunststoffen
und dergleichen angewendet werden.
-
Die Erfindung wird anhand eines aus der Zeichnung ersichtlichen Steuerschemas
erläutert.
-
Nahe des Eintritts der Schmelze in den Formhohlraum der Druckgießform
3 ist der Meßort eines ersten Temperaturmeßfühlers 6 vorgesehen, der beim Einpressen
der Schmelze in den Formhohlraum mit der Schmelze in Berührung gelangt. Von diesem
auf eine sehr kurze Ansprechzeit ausgelegten Temperaturmeßfühler 6 werden mehrere
Steuerfunktionen zur Steuerung von Bewegungsabläufen der Druckgießmaschine und zur
überwachung und Regelung der Gießformtemperatur und der Schmelzentemperatur ausgelöst
bzw.
-
beendet und thermisch gesteuert. Dies wird wenigstens überwiegend
mittels zugeordneter Verstärker (nicht qezeigt) und Grenzwertschalter 7, 8, 9 erreicht,
wobei für die jeweilige Steuergruppe aus Temperaturmeßfühler, Verstärker und Grenzwertschalter
eine Ansprechzeit im Bereich von 10 ms erreicht werden kann.
-
Mittels eines ersten Grenzwertschalters 7 wird die Druckerzeugungsvorrichtung
2 für das Auslösen der zweiten Arbeitsphase des Druckgießverfahrens, dem Einpressen
der Schmelze in den Formhohlraum mit hohem Druck und hoher Geschwindigkeit, geschaltet.
Dieser Grenzwertschalter 7 ist vorzugsweise auf einen Grenzwert zwischen der Temperatur
der leeren Gießform und der Schmelzentemperatur, zum Beispiel bei einer Gießformtemperatur
von 2000C und einer Schmelzentemperatur von 1000-12000C auf einen Temperaturgrenzwert
von 500 bis 600cm eingestellt, so daß er die zweite Arbeitsphase auslöst, sobald
der Temperaturmeßfühler 6 mit der am Meßort eintreffenden Schmelze in Berührung
gelangt.
-
über einen zweiten Grenzwertschalter 8, der ebenfalls auf eine Temperatur
oberhalb der Anfangstemperatur der Gießform, zum Beispiel bei einer Solltemperatur
der Schmelze von 11000C auf eine Ansprechtemperatur von 9000C eingestellt ist, wird
der beim Eintreffen der Schmelze am Meßort des Temperaturmeßfühlers gemessene Absolutwert
der Schmelzentemperatur bzw. das dazu analoge Signal in einen Speicher 12 eingelesen,
aus dem der eingelesene Temperaturwert jeweils zwischen den Gießzyklen in eine Temperaturregeleinrichtung
11 des Warmhalteofens für die Schmelze abgerufen wird, so daß mit der Temperaturregeleinrichtung
11 mit der Über- bzw. Unterschreitung vorwählbarer Temperaturgrenzwerte die Heizvorrichtung
1 des Ofens entsprechend ein- bzw. ausgeschaltet wird. Als zusätzliche Regelgrößen
können von im Ofen angeordneten Temperaturmeßfühlern gemessene Maximal- und Minimaltemperaturwerte
von der Regeleinrichtung 11 verarbeitet werden, so daß die Heizvorrichtung nach
ihrer in Abhän- -gigkeit von der an der Gießform 3 gemessenen Schmelzentemperatur
ausgelösten Ein- bzw. Ausschaltung beim über schreiten bzw. Unterschreiten des entsprechenden
Grenzwertes der Ofentemperatur wieder aus- bzw. eingeschaltet wird.
-
Mit einem ebenfalls vom Temperaturmeßfühler 6 angesteuerten dritten
Grenzwertschalter 9 wird mit dem Absinken der Temperatur des Gußstückes auf einen
Wert, bei dem das Gußstück hinreichend verfestigt ist, der Öffnungsantrieb 5 der
Gießform eingeschaltet. Dieser Grenzwertschalter 9 spricht daher ebenfalls auf eine
vom Temperaturmeßfühler 6 gemessene Temperatur oberhalb der Anfangstemperatur der
noch leeren Gießform 3 an. Je nach Bauart des Grenzwertschalters 9 kann zum Beispiel
über ein Zeitglied eine Maßnahme erforderlich sein, durch welche das Ansprechen
des Grenzwertschalters 9 beim Eintreffen der Schmelze am Meßort des Temperaturmeßfühlers
verhindert ist. Analog könnte eine derartige Maßnahme auch für den Grenzwertschalter
7 sinnvoll sein.
-
Ferner wird durch den Temperaturmeßfühler 9 eine Regeleinrichtung
14 zur Regelung der Temperatur der Gießform 3 angesteuert. über die Regeleinrichtung
14 wird eine Heiz- und/oder Kühlvorrichtung 4 der Gießform ein- bzw.
-
ausgeschaltet, wenn der vom Temperaturmeßfühler 9 gemessene Ist-Wert
während der Abkühlung des Gußstückes von zeitabhängig vorgegebenen Soll-Grenzwerten
abweicht, bzw. nach Beendigung des Gießvorganges bei geöffneter Form deren Temperatur
nicht der erforderlichen Anfangstemperatur für den nächsten Gießvorgang entspricht.
-
An der Mündung eines Entlüftungs- und/oder Absaugkanals der Druckgießform
3 ist ein zweiter Temperaturmeßfühler 17 angeordnet, von dem ein weiterer Grenzwertschalter
16 angesteuert ist, der auf das Ansteigen der Meßtemperatur über einen oberhalb
der Temperatur der leeren Gießform und unterhalb der Schmelzentemperatur liegenden
Temperaturgrenzwert mit dem Eintreffen der Schmelze an der Entlüftungs- und/oder
Absaugöffnung anspricht und dadurch die Entlüftungs- und/oder Absaugvorrichtung
15 abschaltet und ggf. die Entlüftungs- bzw. Absaugöffnung verschließt.
-
Leerseite