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Druckgießmaschine mit Steuervorrichi ung
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zur druckabhängigen Gießprozeßsteuerung Die Erfindung betrifft eine
Druckgießmaschine mii einem Gießzylinder, in dem eine Schmelze durch einen Antrieb
iiber einen verschieblichen Gießkolben verdichtet und von d<>rr in einen Formhohlraum
eingepreßt und anschließend nachverdichter wird, und mit einer Steuervorrichtung,
der Signale von Meßwertgel3ern zugeführt werden, die mit der Schmelze in Verbindung
stehen, wobei die Steuervorrichtung abhängig von den Signalen den Antrieb gemäß
den Phasen Verdichten, Einpressen, Nachverdichten und ()ffnen der Form steuert.
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Es ist aus der DE-OS 31 42 141 eine Druckgießmaschine bekannt, bei
der in den Formwerkzeugen, die den Formhohlraum umschließen, Temperaturmeßwertgeber
angeordnet sind, deren Ausgangssignale mit vorgegebenen Grenzwerten verglichen werden,
wobei abhängig vom Ausgangssignal der Vergleicher Steuersignale jeweils zum Verdichten,
Einpressen, Nachverdichten und (Iffnen der Form gebildet werden.
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Diese Art der Anordnung von Temperaturmeßwertgebern hat den Nachteil,
daß die Anordnung in jedem Formwerkzeug abhängig von dessen Auslegung gewählt werden
muß und jeweils durch Erp robung zu ermittelnde thermische Zeirkonstanten berücksichtigt
werden müssen. Außerdem ist bei einem Werkzeug mit Verzweigungen in dem Cießlauf
nicht gewährleistet, daß in allen gleiche Yusiände herrschen, so daß die Zustandsmeldung
aus einem der Cießläufe keine sichere Aussage ergibt, wodurch sie eine zu brühe
oder zu späte Meldung und dadurch eine ungleichmäßige liüllung bewirkt.
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Es ist weiterhin bekannt, den Druck in der Hydraulik des Antriebes
und den Kolbenweg zu messen, um eine Qualitätsbeurteilung des Gießvorganges aus
der Geschwindigkeit des Einpressens zu ermöglichen und das Klemmen des Gießkolbens
festzustellen.
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Is ist Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung und ein Verfahren zu
deren Betrieb zu offenbaren, die es ermöglichen, ohne Anordnung von Meßwertgebern
in der jeweiligen Form formunabhängig die Steuerung der Phasen vorzunehmen, dabei
Meßwerte mit möglichst geringen Verzögerungen und Störgrößen zu gewinnen und dadurch
kurze Phasen und hohe Produktqualität zu erreichen.
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I)ie I,ösung der Aufgabe besteht darin, daß vorzugsweise im Gießzylinder
und/oder vorzugsweise im Gießkolben ein Druckmelder angeordnet ist, dessen Ausgangssignal
während der Verdichtungsphase mit einem ersten Grenzwert, der vorzugsweise proportional
zum mittleren Verdichtungsdruck bestimmt ist verglichen wird, bei dessen Überschreiten
die Einpreßphase gesteuert wird, und/oder dessen Ausgangssignal während der
Einpreßphase
mit einem zweiten Grenzwert verglichen wird, der vorzugsweise proportional zum mittleren
Finpreßdruck bestimmt ist, bei dessen Überschreiten das Nachverdichten gesteuert
wird, und/oder dessen Ausgangssignal nach Beendigung der Nachverdichtungsphase geprüft
wird, ob -es stetig innerhalb eines vorgegebenen Zeitraumes unter einen dritten
vorgegebenen Grenzwert abfällt, in welchem Fall die Form geöffnet wird und andernfalls
die Form für eine Sicherheitszeit geschlossen gehalten oder eine weitere Nachverdichtungsphase
erneut gesteuert wird.
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Es ist ein Vorteil der Erfindung, daß das Signal des Druckrnelders
in Verbindung mit einer Zeitmessung unmittelbar zur Qualitätsbeurteilung des Gießvorganges
verwendet werden kann, wobei keine Verfälschungen durch die Kolben reibung auftreten.
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Weiterhin kann eine unstetige Kolbenbewegung durch einen schwankenden
Druckverlauf festgestellt werden, so daß hesondere Zusatzeinrichtungen hierfür nicht
erforderlich sind.
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Es ist ein weiterer Vorteil, daß die minimale Abkühlzeit des Formlings
ermittelt werden kann, ohne daß dasRisiko Risik<>besteht, daß der Preßrest
platzt.
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Weiterhin ist es vorteilhaft möglich, den Antrieb während der Verdichtungsphase
so zu regeln, daß keine Statiwellen auftreten, indem der Druckverlauf bezüglich
aufl retender Schwankungen überwacht wird.
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Es wird außerdem ein neuer Verfahrensschritt geoffenh.Irt, indem in
der Nachdrückphase kurzzeitig eine Druckentl.Istung erfolgt, durch die es vorteilhaft
möglich ist, Verunreinigungen aus der Schmelze an die Oberfläche treten zu lassen
und somit lunkerfreie Gußstücke zu erhalten.
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Die Verarbeitung weiterer Meßwerte von Druck-, Temperatur-und Weggebern
an dem Ilydraulikantrieb des Gießkolbens, der Schließvorrichtung, der Entlüftungsvorrichtung,
einer Trennm ittelzuführeinrichtung sowie der Heiz- Kühlvorrichtung der Form in
Bezug auf den Druckverlauf beim Gießvorgang führt vorteilhaft zu einer vollständigen
Prozeßüberwachung und zur Erreichung minimaler Zykluszeiten bei optimaler Qualität.
Zusatzgeräte für spezielle Messungen und Auswertungen entfallen, da alle Auswertungen
zentral über die gleiche Steuervorrichtung erfolgen. Die in ihr gewonnenen Daten,
die die Anzahl der Zyklen, die Phasen-und Zyklendauern, die Material- und Mediendosierungen
und -verbrauchsmengen sowie statistische Qiialitätsdaten über die Gußteile und Lebensdauer-
und Wartungszeiten für den GieB-kolben und die jeweilige Form umfassen, werden ausgegeben
und dienen zur Veranlassung von Wartungsvorgängen bzw. als Grundlage zur Optimierung
der Auslegung der jeweiligen bzw.
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weiterer Formen.
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In den Unteransprüchen und der Beschreibung zu den Zeichnungen sind
die Einzelheiten der Verknüpfungen der Meßwertgeber, ihre Anordnung und die Steuerung
der Stellglieder dargestellt. Ähnliche Bauteile mit vergleichbaren Wirkungen und
ent sprechende Verknüpfungen können entsprechend den Grundgedanken der Erfindung
eingesetzt werden, und auf weitere bekannte Baugruppen, die nicht dargestellt sind,
können die erzeugten Signale und Verfahrensschritte übertragen werden bzw. von diesen
gewonnene Signale in die Auswertung einbezogen werden.
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Die Figuren zeigen folgendes: Fig. 1 schematischer Querschnitt durch
eine I)ruckgießmaschine mit Form, Gießzylinder und Gießkolbenant rieb; Fig. 2 Versorgungsvorrichtung,
Steuervorrichtung und Steuermittel des Gieß- und des Schließantriebes schematisch;
Fig. 3 Gießzylinder mit Gießkolben; Detail irn Schnitt mit Druck- und Temperaturmelder;
Fig. 4 alternative Ausführung 7.u 3; Fig. 5 Druckverlauf in der Schmelze unter Kolbenwegverlauf
über der Zeit. Druckverläufe bei Entlastung (les Kolbens 1 bei flüssigem Formling
oder Anguß II bei platzendem Formling oder Anguß 111 bei festem Formling.
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In Fig. 1 ist eine horizontale Kaltkammerdruckgießmaschine dargestellt.
Zwischen den gegeneinander auf Zentriersäulen (st richpunktiert symbolisiert) verschieblichen
Schilden 11,12 sind sind Formteilwerkzeuge F1, F2 gehaltert , zwischen denen zur
Formhohlraum FH ausgebildet ist. I)ieser ist durch einen engen Anschnitt 25 mit
dem Gießlauf 21 und durch diesen mit dem Gießzylinder ZG verbunden. Nach oben führt
ein relativ enger Entlüftungskanal 22 aus dem Formhohlraum Fil über ein Entlüftungsventil
VE mit angeschlossenem Entliift ungsdruckmelder PR nach außen oder vorzugsweise
zu einer Vakuumleitung LV. Das l'ntlüfiungsventil VE und der Entlüftungs(lruckrncl(ler
Pl sind auf die Form F1, F2 in
der Nähe ihrer Trennfläche aufgesetzt,
so daß sie Teil der Gießanlage und nicht der Form sind, somit nicht für jede Form
vorhanden sein müssen. Die Formteilwerkzeuge F1, F2 sind in bekannter Weise - nicht
dargestellt - mit einem Heiz-Kühlkreislauf verbunden.
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t)er Schild 12 wird über den Schließhebel 13 mittels des Hydraulikscbließantriebes
HS vor dem Gießen mit einer vorbestimmten Kraft geschlossen. Zu dessen Überwachung
und Einstellung sind an dem Schließantrieb HS ein Wegsensor WS und ein Druckmelder
PS für die Messung des Hydraulik-Reaktionsdruckes angeschlossen.
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lm Gießzylinder ZG ist der Gießkolben K verschieblich gelagert.
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Auf seiner, dem Gießlauf 21 zugewandten Seite 26, trägt er den Kolbendruckmelder
PK. Auf seiner anderen Seite ist er durch die Kolbenstange 24 mit dem Hydraulikgießantrieb
HG verbunden.
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An der Kolbenstange ist für Überwachungszwecke ein Weggeber W(; angeordnet,
und der Wdraulikdruck im Vortriebbereich ist rnit dem Gießhydraulikdruckmelder PG
meßbar.
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Der Gießzylinder ZG besitzt einen Einfüllanschluß für die Metallschmelze
MS, MS'.
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I)ie Melde- und Stellsignalleitungen sind jeweils mit dem ersten Buchstaben
S und der Bezeichnung des zugehörigen Organs gekennzeichnet. Einzelheiten der Antriebe
und die zugehörigen Steuermittel sind in Fig. 2 dargestellt. Alle Druckmelder sind
jeweils mit dem Anfangsbuchstaben P, die Temperaturlrlelder rnit T und Ventile mit
V gekennzeichnet.
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Die Versorgungsvorrichtung 30 besteht aus dem Schmelzofen, der die
Metallschmelze MS liefert, deren Temperatur über den Schmelztemperaturmelder TMS
gemeldet wird. Weiterhin enthält sie eine umsteuerbare lleiz-Kühlvorricbtung an
die der Heiz-Kühlkreislauf l-IK angeschlossen ist. Die Temperaturen des aus- und
eingehenden Wärmetransportmediums werden mit den Heiz-Kühltemperaturmeldern Till,
T112 ermittelt.
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Weiterhin ist eine automatische Versorgung mit Trennmittel MT vorgesehen,
dessen Druck mit dem Trennmitteldruckmelder r)T überwacht wird und dessen Zufuhr
zur Form über das Trennmittelventil VMT gesteuert wird.
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Über eine G robvakuumptimpe wird Vakuum in der Vakuumleitung LV erzeugt,
das mit dem Vakuumdruckmelder 1>V überwacht wird.
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Weiterhin ist eine Hochdruckhydraulikkompressoranlage vorhanden, die
auf der Hydraulikleitung HL1 Drucköl liefert, dessen Druck mit dem Hydraulikdruckmelder
PH überwacht wird. l)er (51kreislauf wird über die llydraulikleitung HL2 geschlossen.
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sämtliche Einrichtungen der Versorgungsvorrichtung 3() werden über
die Steuersignale auf den Steuerleitungen 32 von der Steuervorrichtung 31 gesteuert
oder geregelt, und die Mehlesignale werden auf den Meldeleitungen 33 der Steuervorrichtung
31 zugeleitet. Die Steuervorrichtung 31 ist bevorzugt ein Mikroprozessor, in den
Programme und Anfangsdaten über eine Eingabeeinrichtung und Ergebnisse, d.h. Meßwerte
bzw. daraus errechnete Werte, Alarmsignale, Statistiken usw. über eine Ausgabeeinrichtung
E/A ein- bzw. ausgegeben werden.
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Weiterhin wird ein Zeirnormalsignal aus einer tIhr (:1 der Steuervorrichtung
zugeführt. Außerdem führen in sie die l)ruckmeldersignalleitungen
SPx,
die Temperaturmeldersignalleitungen STx und die Wegmeldersignalleitungen SWx der
bereits genannten Meßwertgeber. Es werden zweckmäßig digitale Meßwertgeber eingesetzt,
so daß diese durch eine einfache Ringleitung mit der Steuervorrichtung verbunden
werden können. Für die Weggeber WS, WG können inkrementale Mel3geber vorteilhaft
eingesetzt werden, da die Normierung der Wegmessungen jeweils in einer Endstellung
oder bei Aufrreten eines bestimmten Zustandes erfolgt.
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Von der Steuervorrichtung gehen die Steuersignalleitungen zu den folgenden
Ventilen: SMS zum Metallschmelzventil (nicht dargestellt); SMT zum Trennmittelventil
VMT; SSx zu den Schließantriebventilen VSx; SGx zu den Gießantriebventilen VGx;
SDG zum Gießdruckdosierer D; SE zum Entlüftungsventil VE. X steht für die jeweilige
Bezeichnung des Bau teiles.
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Außerdem führt eine Datenübertragungsleitung SDÜ von der Steuervorrichtung
zu Peripheriegeräten der Gießanlage, wie z. B. einer Entnahmevorrichtung, einem
Transportband und/oder einer Sortiervorrichtung, mit denen Start-, Bereitschafts-,
Sortierkriterien-und Quirtungssignale ausgetauscht werden.
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Die Steuermittel des Gießantriebes HG sind schematisch im einzelnen
gezeigt. Von der Hochdruckleitung HL1 ist das Hydrauliköl an den Gießdruckdosierer
D, der kontinuierlich oder in Stufen durch das Steuersignal SDG stellbar ist, geführt,
dem das Ventil VGI für die Kolbenvorwä rtsrichtung nachgeschaltet ist. Dahinter
ist an die Zuführleitung 27 der Gießhydraulikdruckmelder PG angeschlossen. Von der
Leitung 27 führt ein Entleerungsventil VG3 zu der Öldruckleitung HL2. Auf der Gegenseite
des Hydraulikkolbens sind die Ventile VG2 für den Rücktrieb und das Entleerungsventil
VG4
angeschlossen und jeweils zur Ölzu- bzw. -ableitung 11L1, HL2 verbunden.
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Eine analoge Schaltung ist für den Schließantrieb 115 vorgesehen,
wobei der Dosierer durch einen festen Strömungswidersrand R ersetzt ist. Die Zustrom-
und Entleerungsventile sind jeweils entsprechend auf den entgegengesetzten Seiten
des Kolbens mir den gleichen Steuersignalen SS1 bzw. SS2 beaufschlagt. Der )ruckmel<ler
P S an der Zuleitung 28 zum Schließantrieb dient in Verbindung mit dem Signal des
Wegrnelders WS zur Kontrolle bzw. der Einstellung des Schließdruckes.
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Fig. 3 zeigt eine bevorzugte Ausführung des Gießkolbens K. Auf der
einen Seite wird er durch eine hohle Kolhensiinge 24 angetrieben; auf der Anderen
Seite, zur Schmelze MS' hin, ist der Druckmelder PK und im Kolbenist ein Temperaturmelder
I'K eingebaut. Die Signalleitungen sind durch denKolben und die Kolbenstange 24
innen hindurchgeführtund seitlich (nicht dargestellt) aus dieser herausgeleitet.
Die Temperaturmessung im Kolben, der an den Heiz-Kühlkreislauf angeschlossen ist
(nicht dargestellt), erlaubt eine exakte Korrektur der Messung des )rucknelders
PK in Bezug auf Temperaturdrift.
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Außerdem ist im Gießzylinder ZG ein Temperaturmelder TZ und ein Druckmelder
PZ eingebaut. Durch Vergleich der Temperaturen des Zylinders und des Kolbens wird
ein Steuersignal erzeugt, daß die Gießhydraulik nur freigibt, wenn sichergestellt
ist, daß der Kolben nicht wärmer als der Zylinder ist und somit nicht klemmen kann,
oder relativ zu kalt ist.
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Entscheidend für die genaue Druckmessung der Schmelze ist die Anordnung
des Druckmelders PK so, daß die Reibungskräfte zwischen
der Seitenwand
K' des Kolbens K und der Zylinderinnenwand 23 nicht gemessen werden. Die Reibungskraft
und der Druck auf die Schmelze werden im Gegensatz dazu von der Kolbenstange 24
übertragen und somit mit dem Gießkolbenhydraulikdruckmelder PG gemessen.
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Der Druckmelder für den Druck der Schmelze MS kann statt an der Stirnseite
des Kolbens K auch am Ende 29 der Zylinderwand 23 als Druckmelder PZ oder am Gießlauf
21 angeordnet sein. Bei ihm tritt allerdings eine Verzögerung der Druckmeldung in
der Verdichtungsphase im Vergleich zum Kolbendruckmelder PK auf, da sich die Schmelze
in Form einer Welle vor dem Kolben herschiebt und somit diese verzögert den Meßwertgeber
erreicht.
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Die Anordnung des Druckmelders PZ in der Zylinderwand hat den Vorteil,
daß keine beweglichen Leitungen zu ihm geführt werden müssen und das Signal unabhängig
vom Klemmen des Kolbens oder einer Veränderung des Kolbens in Bezug auf die Anordnung
des Drucklnelders ist. Das Meßsignal des Zylinderdruckmelders PZ wird entsprechend
der Zylindertemperatur, die mit dem benachbarten Temperaturmelder TZ gemessen wird,
auf Temperaturdrift kompensiert.
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Fig. 4 zeigt eine alternative Anordnung von Druckmeldern PKM, PKR
im Cießkolben K, bei der diese vollständig von der aggressiven Schmelze getrennt
sind. Es sind zwei Druckmelder vorgesehen, von denen der eine PKM zwischen der Innenfläche
40 des elastischen Mittelteils 42 des Kolbens und der Stirnseite der Kolbenstange
41 plaziert ist und der zweite PKR zwischen der kolbenstangenseitig liegenden Stirnfläche
39 des Kolbens und der kolbenseitigen Fläche 38 eines ringförmigen Ansatzes 37 der
Kolbenstange, an dem der Kolben bezüglich beider Druckmelder
kraftschlüssig
befestigt ist (strichpunktiert dargestellt). Der Kolbendruck ergibt sich aus der
von beiden Druckmeldern PKM, PKR zusammen gemessenen Krafterhöhung relativ zu den
Anfangskräften, die durch die Befestigung gegeben sind. Soweit der Kolben nicht
im Zylinder klemmt, stehen die gemessenen Kräfte in einer aus der Geometrie des
Kolbens und der Anordnung der Druckmel der sich ergebenden funktionalen Beziehung.
Sofern der Kolben klemmt, treten gegenüber dieser, im normalen Zyklusablauf gewonnenen
Beziehung, Differenzen auf, die von der Steuervorrichtung ausgewertet und zur Alarm-
und Qualitätssignalerzeugung verwandt werden.
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Da der Gießhydraulikdruckmelder PG ein proportionales Signal zu der
Summe der Drucksignale der Druckmelder PKM, PKR abgibt, kann alternativ auf einen
der Druckmelder PKM oder PKR verzichtet werden, wobei dann jeweils die Flächen 38,
39 bzw. 40, 41, zwischen denen sich kein Druckmelder befindet, entsprechend kraft-
und formschlüssig aneinander anliegen müssen.
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Für den Gießvorgang ist es zur Erzeugung qualitativ hochwertiger Gußstücke
von entscheidender Bedeutung, daß sich möglichst wenig Fremstoff, d.h. Gase und
Trennmittel, mit der Schmelze mischen oder in dieser lösen und, soweit dies doch
geschieht, beim Erkalten der Schmelze aus dieser in Form von Blasen oder Trennzonen
ausgeschieden werden. Zur Erreichung dieses Zieles ist die exakte Prozeßführung
bei Anwendung der teilweise bekannten Hilfsmittel und Teilprozesse ehtscheidend.
Es seien im einzelnen genannt: T rennm itteldosierung, Form heizung/- kühlung, Vakuumentlüftung,
Antriebssteuerung des Gießantriebes in der Verdichtungs-, Einpreß- und Nachverdichtungsphase,
Schließdruckkont rolle, Gießkolbenreibungskont rolle.
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I)ie I'rozel3lührung wird vorteilhaft auf Grund des entscheidenden
l>aramters, nämlich des Drucks der Schmelze beim Gieß-, Abkühl-und Erstarrungsvorgang,
gesteuert und, soweit wie möglich geregelt oder schrittweise optimiert.
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I)er %usülnrrtenhang der verschiedenen Teilprozesse wird anhand von
Fig. 5 gezeigt.
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Zurls Zeitpunkt tl ist die Form geschlossen und mit Trennmittel versorgt.
Die Ventile VG1 und VG4 sind geöffnet und der Dosierer D ist auf einen vorgegebenen
Mengenstrom eingestellt, der einen Vorschub des Gießkolbens K mit einer solchen
Geschwindigkeit gestattet, daß die über der Schmelze befindliche Luft und das l'rennniittelgas
ohne Blasen- oder Schaumbildung aus dem Zylinder ZG herausgedrückt werden und die
Schmelze bis zum Anschnitt 25 aufgestaut wird. Der Druck pkl in der Schmelze steigt
in diesem Zeitraum demgemäß langsam an. - Die Signalgrößen sind mit kleinen Buchstaben
bezeichnet, die dem jeweiligen Signalmelder entsprechen.
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Bei Verwendung eines Gießkolbens nach Fig. 4 entspricht der Druck
pkl, pk2 usw. dem Gesamtdruck aus den Signalen der Druckmelder PKM, PKR bezogen
auf den unbelasteten Kolben.
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Sobald die Schmelze im Zeitpunkt t11 den verglichen zum Gießlauf 21
5- bis 10-fach engeren Anschnitt 25 erreicht, steigt der Druck sprunghaft an. Sobald
er im Zeitpunkt t2 einen Grenzwert pkgl, der ein vorgegebenes Vielfaches z. B. das
Doppelte des jeweils laufend ermittelten mittleren Druckes pkl beträgt, erreicht,
wird der Dosierer D weiter geöffnet, so daß die Einpressung der Schmelze in den
Formhohlraum FH mit hohem Druck erfolgt und die Füllung so schnell geschieht, daß
eine Vermischung und Lösung von Gas und Trennmittel in der Schmelze nur äußerst
gering
stattfindet. Dieses Ziel wird zusätzlich dadurch erreicht, daß, nachdem der Kolben
K den Einfüllstutzen passiert hat oder spätestens im Zeitpunkt t2 das Entlüftungsventil
geöffnet wird und somit der Formhohlraum bis auf Grobvakuum von Gasen gereinigt
wird und nur geringe Restgasmengen in die Schmelze eindringen können.
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Sobald zum Zeitpunkt t21 der Formhohlraum Fil gefüllt ist, dringt
die Schmelze in den relativ engen Entlüftungskanal 22 ein, wodurch ein weiterer
Druckanstieg über den Druck pk2, <1er sich während des Einpressens einstellt,
auftritt. Überschreiter der Druck im Zeitpunkt t3 den vorgegebenen Grenzwert pkg2,
der z. B, das 1,1-fache des mittleren Druckes pk2 betrugt, der während des Einpressens
laufend ermittelt wird, so wird spätestens jetzt, sofern dies nicht bereits auf
Grund des Erreichens eines vorgeschriebenen Vakuums geschehen ist, das Entlüftungsventil
VE geschlossen und dann der Dosierer D voll geöffnet, so daß die Schmelze nachverdichtet
wird und verbliebene Rest mengen von Stickstoff, Sauerstoff und Wasserstoff von
der Schmelze aufgenommen werden und nicht unter Blasen- o<ler Schichtbildung
beim Erkalten der Schmelze ausgeschieden werden.
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Während des Erstarrens der Schmelze drückt der Kolben K ständig flüssiges
Material nach, wie der leicht steigende Verlauf <les Wegsignales w3 zeigt, bis
die Erstarrung z. r. am Anschnitt 25 ein weiteres Nachdrücken verhindert. Der Druck,
der dinn in bekannter Weise auf die innere Schmelze durch Kont rakl ion entsteht,
verhindert anschließend die Bildung von Gasblasen.
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Der Übergang von der Pressung durch die Formwand bzw. den Kolben und
der Pressung durch die l)ereits erstarrte Außenhaut des Formlings tind Angtisses
bzw. Gießrestes erstreckt sich
über einen längeren Zeitraum t4
- t5. Ob eine ausreichende Erkaltung und Erstarrung erfolgt ist, kann z. B. aus
der Kühlmittelrücklauftemperatur am Temperaturmelder TH2 oder genauer aus der Differenz
der Kühlmittelvor- und -rücklauftemperatur geschlossen werden. Auch das Signal des
Temperaturmelders TZ im Gießzylinder, der thermisch eng mit dem Anguß verbunden
ist, wird zur Bestimmung des Erkaltungsgrades genutzt. Sofern die Abkühlung aber
doch noch nicht ausreichend war, wenn die Form geöffnet wird, besteht die Gefahr
des Platzens des Formlings oder des Angusses, wobei im allgemeinen die unter hohem
Druck stehende Schmelze herausspritzt. Die Auswertung des Drucksignals am Kolben
nach dessen Entlastung durch Schließen des Ventils VG1 und Öffnen des Entleerungsventils
VG3 gestattet es, daß in jedem Fall vor dem Öffnen der Form die ausreichende Festigkeit
des Formlings bzw. des Angusses geprüft und somit sichergestellt wird. Dieser Fall
ist im Abschnitt 111 in Fig. 4 dargestellt. Der Druck sinkt zum Zeitpunkt t5", w
dem die Entlastung stattfindet, gemäß der Trägheit des hydraulischen Systeins auf
seinen Endwert schnell ab. Mit einer geringen Verzögerung kann danach zum Zeitpunkt
t6" die Form geöffnet werden. Eine Verschiebung des Gießkolbens K erfolgt bei der
Entlastung nicht.
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Im Abschnitt I ist gezeigt, wie sich eine Entlastung bei noch weitgehend
flüssiger Schmelze auswirkt. Der Druckabbau erfolgt dann wesentlich langsamer und
der Gießkolben wird durch die Elastizität der Schmelze und der Restgase zurückgedrückt,
wie durch das fallende Signal w5 angezeigt ist.
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Im Abschnitt II ist ein Fall dargestellt, bei dem eine teilweise Erstarrung
des Formlings stattgefunden hat, dessen Haut aber
noch nicht bei
Entlastung dem inneren Druck der Schmelze standhalten konnte, so daß er beim Absinken
des Kolbendruckes die Haut zum Platzen brachte, was einen plötzlichen starken Druckanstieg
p5' und eine nachfolgende Kolbenverschiebung, wie das Signal w5' anzeigt, bewirkt.
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Der weitere Kurvenverlauf in den Abschnitten I und II entspricht einer
erneuten Einschaltung der Nachverdichtung zum Zeitpunkt t6, t6'. Die Fälle I und
II treten im Normalbetrieb nicht auf, sondern nur bei unerwartet zu geringer Verfestigung.
In diesem Fall kann ein größerer Schaden vermieden werden. Andererseits ist auf
diese Weise die Möglichkeit gegeben, gefahrlos schrittweise die kürzest mögliche
Abkühlzeit bzw. die entsprechende Temperatur zu ermitteln, bei der die Prüfung auf
Festigkeit durch Kolbenentlastung erfolgt, wonach dann im Fall III die Öffnung der
Form erfolgt. Als Kriterium für das Vorliegen des Falles 111 ergibt sich, daß der
Druck stetig und innerhalb einer vorbestimmten Zeit t5 - t6 unter einen niedrigen
Grenzwert pkg5 abgesunken sein muß.
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Eine entsprechende Aussage, die z. B. zur Kontrolle verwandt werden
kann, liefert der Vergleich des Kolbenweges bei Entlastung mit einem Grenzwert wegs.
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Außer der Ermittlung der optimalen Phasenzeitpunkte kann aus der Auswertung
des Drucksignals in seinem prinzipiellen Verlauf und durch Vergleich mit früheren
Verläufen weiteres bestimmt und optimiert werden. Treten beispielsweise beim Verdichten
Druckschwankungen durch Blasen- oder Wellenbildung auf, so ist der Vorschub des
Kolbens zu schnell, und der Dosierer wird auf einen geringeren Durchlaß geschaltet.
Der optimale Wert wird schrittweise von Zyklus zu Zyklus erreicht.
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Weiterhin können Druckschwankungen in den Zeitbereichen tl -tll und
t2 - t21 durch Klemmen des Gießkolbens auftreten.
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Dieser Fall wird von dem vorhergenannten entweder gemäß dem Vorgehen,
das zu Fig. 4 angegeben ist, oder durch die zeitliche Korrelation zwischen dem Wegsignal
w1, w2 und dem Signal pkl, pk2, die gleichzeitig bzw. zeitlich versetzt schwanken,
unterschieden und demgemäß das gewonnene Kriterium zur Steuerung bzw.
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Alarmmeldung genutzt.
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Weiterhin ändert sich die Füllzeit t2 - t3, wenn das Vakuum nicht
ausreichend ist,z. B. weil zu viel Trennmitteldämpfe infolge zu hoher Trennmitteldosierung
entstehen. Diese Fälle können vorteilhaft über das Drucksignal am Entlüftungskanal
ermittelt werden.
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Es kann insbesondere auch in Maschinenläufen ohne Schmelze der Druck
bei bestimmten jeweils variierten Trennmitteldosierungen und variierten Entlüftungszeiten
mit dem Druckmelder PE eine Bestimllung der minimalen Entlüftungszeit und der optimalen
Trennmittelmenge erfolgen. Außerdem kann so die Dichtigkeit der Form geprüft werden,
indem der Vakuumdruck bei leerer geschlossener Form und vorgeschobenem Gießkolben
gemessen wird.
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Bei geschlossenem Entlüftungsventil kann in einem Leerlaufzyklus aus
dem maximalen Druck am Druckmelder PE das Volumenverhältnis des Zylindervolumens
einschließlich des Formhohlraumes zu dem Volumen nach der Kompression und daraus
der notwendige Kolbenweg in der Einspritzphase und der Materialbedarf bestimmt werden.
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Weiterhin können die durch die Druckauswertung bestimmten Zeiträume
tl - t2, t2 - t3, t3 - t6 und auch die durch Wegsignal Auswertung bestimmten weiteren
Zeiträume t3 - t4 durch Vergleich mit vorbekannten oder vorgemessenen Werten oder
Mittelwerten zur Überwachung und Steuerung der Versorgungsvorrichtung
und
der Ausgangsparameter der Versorgungsmittel dienen und auch zur Kontrolle und Optimierung
des Werkzeuges benutzt werden.
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Ist z. B. der Anschnitt 25 durch Abnutzung erweitert, sinkt der Druck
pk2 bei vorgegebener Dosierung. Ist der Grenzwert unterschritten, so wird eine entsprechende
Meldung ausgegeben.
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Weiterhin kann aus dem Zeitraum t3 - t4 und ggf. dem Zylindertemperatursignal
auf den Zeitraum t4 - t5 geschlossen werden.
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Auch kann bei zu langem Abkühlzeitraum t3 - t5 die Formtemperatur
oder Schmelzetemperatur gesenkt werden, worüber entsprechend den Signalen der Temperaturmelder
TMS, TM1, TM2 entschieden wird. Ist z. B. bei einer Warmgießvorrichtung der Zeitraum
kürzer als vorgegeben, so muß mindestens eine der Temperaturen entsprechend erhöht
werden. Es erfolgt somit eine Regelung.
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Auch der Schließmechanismus kann abhängig vom maximal auftretenden
Gießkolbendruck in seiner Schließkraft gesteuert werden, da diese Größen abhängig
von einem Folmfaktor in einem bestimmten Verhältnis stehen. Aus dem Hebelübersetzungsverhältnis,
dem Schließdruck und Schließweg, die mit dem Druckmelder PS bzw.
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Wegmelder WS gemessen werden, wird jeweils die Schließkraft ermittelt.
Entspricht diese nicht der aus dem während des Nachverdichtens auftretenden Druck
pk3 ermittelten Sollwert der Schließkraft, so wird ein Korrektursignal für die Verstellung
des Schließmechanismus 13 - die Verstelleinrichtung ist nicht dargestellt - oder
eine entsprechende Nachricht ausgegeben.
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Die Prozeßvorgabe und -grenzwerte werden für die einzelne Form und
das Material nach bekannten Regeln bestimmt. Aus dem Prozeßverlauf wird, wie gezeigt
wurde, jeweils schrittweise ein verbesserter Wert bestimmt und dieser für die folgenden
Zyklen als Ausgangswert gespeichert oder für eine genauere Bemessung für weitere
Formen oder für Überwachungs- und Wartungszwecke ausgegeben. Somit wird eine umfassende
Optimierung des Einsatzes der Druckgießmaschine erreicht.
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Ein weiterer vorteilhafter und erfinderischer Verfahrensschritt wird,
wie im folgenden gezeigt, mit der Vorrichtung ausgeführt.
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Dabei wird, nachdern kurzzeitig der Nachpreßdruck zum Zeitpunkt t31
erreicht wurde, dieser sich also nur noch geringfügig ändert, eine Druckentlastung
durch Schließen des Ventils VG1 und Öffnen des Ventils VG3 durchgeführt.
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Wie im Abschnitt 1 Fig. 5 gezeigt, tritt dann eine Expansion der Schmelze
und insbesondere der eventuell vorhandenen Gasanteile auf, deren Größe an der Steilheit
des Druckverlaufs p5 und dem Weg des Kolbens w5 gemessen wird. Tritt eine zu große
Expansion relativ zu dem Volumen der Schmelze auf, bzw. ist der Druckabfall wesentlich
geringer als in einem Zyklus, in dem die Schmelze weitgehend frei von Fremdstoffen
war, so ist zu erwarten, daß ein unbrauchbares, qualitativ minderwertiges Teil entsteht.
Ein entsprechendes Meldesignal wird deshalb ausgegeben und ggf. an eine Sortiervorrichtung
weitergeleitet. Außerdem wird die Ursache dafür durch Verlängerung der Entlüftungszeit
bzw. Verlangsamung des Einpressens durch Verminderung des Einpreßdruckes mittels
geringerer Dosierung an dem Dosierer D oder unter Umständen eine Verminderung der
Trennmittelzufuhr von Zyklus zu Zyklus schrittweise beseitigt und dadurch eine geforderte
Qualität bei geringstem Zeitaufwand erreicht.
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Die kurzzeitige L)ruckentlastung dient außer dem genannten diagnostischen
Zweck auch einer Qualitätsverbesserung des Produkts. Durch die Entlastung werden
Fremdstoffe im relativ kalten Randzonengebiet der Schmelze ausgeschieden und bilden
eine Trennzone zur Form. Dies trifft insbesondere für das Trennmittel zu, das sich
in der Grenzzone zur Formwand befindet. Weiterhin steigen die durch Druckentlastung
vergrößerten Gasblasen schnell nach oben in die Randzone und Entlüftungskanäle.
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Wegen der fortschreitenden Erkaltung werden die Fremdstoffe bei erneuter
Beaufschlagung der Schmelze mit dem vollen Druck des Nachdrückens nicht wieder gelöst
und die Gase auf ein geringes Volumen verdichtet, so daß dann aus der gereinigten
Schmelze ein dichtes Teil entsteht.
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Dieser neuartige Verfahrensschritt kann, insbesondere wenn Gaseinschlüsse
diagnostiziert wurden, durch einen weiteren zweckmäßig ergänzt werden, indem im
drucklosen Zustand nach der Entlastung des Kolbens die Schließvorrichtung kurzzeitig
geringfügig geöffnet wird, daß ein solcher Spalt zwischen den Formteilwerkzeugen
F1, F2 entsteht, so daß die ausgeschiedenen Gase entweichen können, die Schmelze
aber noch nicht austritt. Nach Schließen der Form wird dann erneut der Druck auf
die Schmelze gegeben. Die rninimalen Restgasmengen werden dabei bis zur unschädlichen
Größe von Blasen komprimiert bzw. gelöst und ins Kristallgitter eingebaut. Die Steilheit
des Druckaufbaues liefert dabei ein Maß für die Freiheit der Schmelze von weiteren
Gaseinschlüssen; andernfalls wird erneut eine Entlastungsphase angeschlossen oder
die oben genannte Meldung ausgegeben bzw. Korrekturmaßnahme ergriffen.
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Sofem die Schließvorrichtung entsprechend ausgelegt ist, kann auch,
vorzugsweise bei gesperrtem Ventil VGl, die Entlastung und Spaltfreigabe durch eine
kontrollierte geringfügige Öffnung der Schließvorrichtung bis zum Druckabbau und
nachfolgendes Schließen der Form erfolgen. Auch eine Teilentlastung vor dem Öffnen
ist je nach Gegebenheiten der Schließvorrichtung zweckmäßig.