DE3632925A1 - Verfahren und vorrichtung zur daempfung der am ende der formfuellphase auftretenden druckspitze bei druckgiessmaschinen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Dämpfung der am Ende der Formfüllphase auftretenden Druckspitze bei Druckgiessmaschinen, wobei zwischen der Kolbenstange des Antriebskolbens und der Kolbenstange des Giesskolbens eine hydraulische Dämpfungseinrichtung angeordnet ist, deren Dämpfungsraum durch einen Steuer­ kolben abgeschlossen ist, welcher im Dämpfungsfall nicht durchströmt wird und sich zum Öffnen der Steuerkante nicht gegen die Bewegungsrichtung der Giesskolbenstange bewegen muss.

Beim Druckgiessen unterscheidet man im wesentlichen drei Arbeitsphasen. Während einer ersten Arbeitsphase leitet der eigentliche Presskolben mit verhältnismässig lang­ samer Geschwindigkeit den Pressvorgang ein, wobei die noch im Einpresszylinder befindliche Luft aus demselben entweichen kann. In der zweiten Arbeitsphase, in welcher sich der Presskolben mit erhöhter Geschwindigkeit weiter­ bewegt, wird das flüssige Metall in die Form gedrückt. In einer sich hieran anschliessenden dritten Arbeits­ phase wird das Metall in der Form durch einen sogenannten Nachdruck verdichtet.

Die vorliegende Erfindung befasst sich im wesentlichen mit der zweiten Arbeitsphase, an deren Ende der Einpress­ kolben mit der Kolbenstange schlagartig auf eine Ge­ schwindigkeit 0 abgebremst wird. Hierdurch tritt im Metall eine Druckspitze auf, die dazu führen kann, dass die eigentliche Formschliesskraft überwunden wird und ein kurzzeitiges Öffnen der Form nicht ausgeschlossen werden kann.

Um dieses zu verhindern, wird mit grossen Schliesskräften gearbeitet, die an sich bei Vermeidung der Druckspitze am Ende der zweiten Arbeitsphase nicht erforderlich wären.

Wird mit entsprechenden Messgeräten die Druckspitze gemessen, so wird man feststellen, dass es in Wirklich­ keit zwei Druckspitzen gibt. Die erste Druckspitze ergibt sich sofort am Ende der schnellen Formfüllung nur durch das schlagartige Abbremsen der bewegten Massen von Giesskolbenstange, Kupplung und Presskolbenstange. Nach ca. 1-2 ms erfolgt die hydraulische Druckspitze durch das Abbremsen der bewegten Ölsäule. Die Intensität der ersten Druckspitze kann nur in der Form oder durch eine vergleichbare Messeinrichtung gemessen werden, während die zweite Druckspitze wie üblich im Antriebsraum des Einpreßsystems gemessen wird.

Wird ohne Dämpfung gearbeitet, so wird der Giesskolben abhängig vom zu vergiessendem Volumen und dem Zustand der Druckgiessform innerhalb von 1-2 ms von seiner Aufschlaggeschwindigkeit auf Stillstand abgebremst.

Um einen möglichst weichen Übergang zu bekommen, darf der Schaltvorgang also nur ein Teil einer ms betragen. Je grösser die Schaltverzögerung umso grösser wird auch die Reduzierung der Geschwindigkeit und somit auch die Druck­ spitzenhöhe.

Ein weiterer Faktor für die Höhe der Druckspitze ist der im Dämpfungsraum eingespannte Druck. Bei einem System bei dem der Druck im Dämpfungsraum das Steuer­ ventil gegen eine Federkraft öffnet, muss die Feder­ kraft höher vorgespannt sein, also der max. Arbeits- und Beschleunigungsdruck in der Formfüllphase.

Das bedeutet, nach Ende der Formfüllung wird zuerst der Steuerdruck aufgebaut und erst wenn die Federkraft ent­ sprechend hoch überschritten ist, wird das Steuerventil geschaltet. Hiermit geht wertvolle Zeit verloren. Auch muss dieser Steuerdruck zur Druckspitze der kinetischen Energie addiert werden, da die Bewegung des Steuerkolbens erst nach dieser Schaltzeit beginnt.

Durch die DE-OS 28 18 061 ist eine Dämpfungsvorrichtung der eingangs beschriebenen Ausführung bekannt.

Bei dieser Vorrichtung wird auch ein Dämpfungsraum durch einen federbelasteten Steuerkolben, welcher ebenfalls in Bewegungsrichtung der Giesskolbenstange angeordnet ist, gesteuert. Diese Steuerung ist so ausgelegt, dass das Steuerventil als Druckventil arbeitet (Darstellung) und die Masse des Steuerventils bewusst klein gehalten wurde.

Als Nachteile wird betrachtet:

• a) Die Öffnungskraft des Steuerventils muss über der Übertragungskraft der Kolbenstange in der Formfüll­ phase sein.
• b) Das Steuerventil wird durchströmt, d.h. das auf der Federseite des Steuerventils vorhandene hydraulische Medium muss verdrängt werden, dies hat Einfluss auf die Schaltzeit des Steuerventils.
• c) Der Speicherraum der Dämpfung ist bauartbedingt (Darstellung) kleiner als das verdrängte Volumen so dass noch ein zusätzlicher Speicherraum über Anschluss 36 verwendet werden muss.

Weiterhin ist es bereits bekannt (DE-PS 28 33 063), den Giesskolben mit einer hydraulischen Dämpfung auszurüsten. Hierbei ist die Giesskolbenstange in einem hohlen Giess­ kolben verschiebbar gelagert. In einem Kolbenvorraum befindet sich dabei ein Hydraulikmedium, welches zur Dämpfung und Kühlung dient.

Es ist für jede Kolbenausbildung eine entsprechend ange­ passte Dänpfung erforderlich.

Da der Kolben ein Verschleissteil ist, ergeben sich beim Auswechseln desselben zwangsläufig höhere Betriebs­ kosten, da ein mit einer Dämpfung ausgebildeter Kolben erheblich teurer ist als ein einfacher Giesskolben. Es ergeben sich weiterhin Dichtprobleme, da der Giesskolben sehr starken Temperaturdifferenzen ausgesetzt ist.

Der für die Schaltzeit der Dämpfung zuständige Steuer­ kolben muss im Dämpfungsfall entgegen seiner beim Form­ füllvorgang vorhandene Bewegungsrichtung und die ent­ sprechend des max. Arbeitsdruckes in der Dämpfungskammer abgestimmte Federkraft beschleunigt und auf einen verhältnismässig grossen Weg bewegt werden.

Durch die DE-OS 34 33 121 wurde bereits eine Vorrichtung entsprechend der nun vorgestellten Ausführung beschrieben, jedoch mit einem ebenfalls federbelastetem Steuerkolben. Der Nachteil dieser Vorrichtung ist, dass die von der verzögerten Masse des Steuerkolbens aufgebrachte Kraft von der vorgespannten Federkraft teilweise aufge­ braucht wird und somit bei niederen Formfüllgeschwindig­ keiten die Schaltzeiten entsprechend grösser sind.

Hier setzt nun die vorliegende Erfindung ein und hat sich zur Aufgabe gestellt, die Schaltzeit des Steuer­ ventils auf ein Minimum zu verkürzen.

Dies wird erfindungsgemäss bei einem Verfahren der ein­ gangs beschriebenen Ausführung dadurch erreicht, dass die zum Schliessen der Steuerkante am Steuerkolben aufge­ brachte Kraft für den Dämpfungsfall abbaubar ist. Dabei ist es von Vorteil, dass die zum Schliessen der Steuerkante am Steuerkolben benötigte Kraft durch Ver­ wendung von Hydraulikmedium oder Gas, vorzugsweise Druck­ luft aufgebracht und anschliessend bei geschlossener Steuerkante wieder abgebaut wird. Die spezielle Konstruktion der entsprechenden Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens wird dadurch gekennzeichnet, dass der auf der entgegengesetzten Seite des Speicher­ raumes des Steuerkolbens liegenden Raum an eine Druck­ mittelleitung angeschlossen ist, in welcher ein Steuer­ ventil angeordnet ist.

Dabei wird weiterhin vorgeschlagen, dass am Anschluss "T" der sogenannten Rückflussleitung des Steuerventils ein vorwählbarer Überdruck, ein Vakuum jedoch vorzugs­ weise Atmosphärendruck angeschlossen ist.

Gemäss der Erfindung ist der Steuerkolben am Ende der am Ende der Formfüllung bereits mit der Formfüllge­ schwindigkeit in Bewegung, wobei die Steuerkante im Dämpfungskolben zwangsweise stehenbleibt bzw. sehr stark abgebremst wird. Da die Überdeckung der Steuerkante minimal ist, und der Schalthub für die Freischaltung der Dämpfung ca. 1 mm beträgt und am Steuerkolben keine bzw. nur eine geringe Gegenkraft wirksam ist, beträgt die Schaltzeit durch die Höhe der Giesskolben­ geschwindigkeit nur den Bruchteil einer ms. Der Druckan­ stieg in der Dämpfungskammer muss auch nicht zur Aufschlagdruckspitze addiert werden, da der Schaltvor­ gang sofort mit Formfüllende eingeleitet wird. Nach dem Dämpfungsvorgang wird dann mit der Funktion "Presskolben zurück" das Ventil betätigt, bis die Steuer­ kante wieder geschlossen ist.

Die Erfindung wird anhand einer Zeichnung, die ein be­ liebiges Ausführungsbeispiel darstellt, näher erläutert.

Es zeigt:

Fig. 1 den Längsschnitt durch einen schematisch dargestellten Teil einer Druckgiessmaschine,

Fig. 2 eine vergrösserte Längsschnittansicht durch die Dämpfungsvorrichtung während der Formfüllphase, und

Fig. 3 eine gleiche Schnittansicht wie Fig. 2 am Ende der Formfüllphase nach dem Dämpfungsfall.

Von der Druckgiessmaschine sind in Fig. 1 nur die feste Aufspannplatte 18 mit fester Formhälfte 19, die beweg­ liche Aufspannplatte 21 mit beweglicher Formhälfte 20, der Druckgiesszylinder 22 mit Einfüllöffnung 23, der Giesskolben 14 mit Kolbenstange 1, die Antriebsvor­ richtung 17 mit Antriebszylinder 24, der Antriebskolben 15 mit Kolbenstange 2 sowie die zwischen den beiden Kolbenstangen 1 und 2 angeordnete Dämpfungsvorrichtung 16 angedeutet.

Die erfindungsgemäss ausgebildete Dämpfungsvorrichtung 16 ist in vergrösserter Darstellung aus den Fig. 2 und 3 ersichtlich.

Fig. 2 zeigt die Dämpfungseinrichtung in Ausgangs­ stellung und während der Formfüllbewegung. Die von dem Dämpfungskolben 3 und dem Steuerkolben 4 gebildete Steuerkante 11 sperrt die Verbindung vom Dämpfungsraum 9, der von dem Gehäuse und dem Dämpfungskolben 3 gebil­ det wird, zum Speicherraum 9, der zwischen Dämpfungs­ kolben 3 und Steuerkolben 4 entsteht. Der dem Speicher­ raum 9 am Steuerkolben 4 gegenüberliegende Raum 25 ist über die Verbindungsleitung 26, Steuerventil 27 und Anschluss 28 mit der Atmosphäre verbunden. Das Rück­ schlagventil 5 ist geschlossen. Die Trägheitskraft des Steuerkolbens 4 verstärkt die Sperrfunktion der Steuer­ kante 11 bei der hohen Beschleunigung für die schnelle Formfüllbewegung und somit kann die Stangenkraft vom An­ triebskolben 2 ähnlich formschlüssig auf die Giess­ kolbenstange 1 übertragen werden.

Am Ende der Formfüllung wird die Giesskolbenstange 1 und der Dämpfungskolben 3 stark verzögert, während der Steuerkolben 4 mit der Formfüllgeschwindigkeit sich weiterbewegt, die Steuerkante 11 öffnet und den Dämpfungs­ weg einleitet.

Fig. 3 zeigt die Dämpfungseinrichtung nach der Dämpfungsfunktion. Das nun aus dem Dämpfungsraum 9 ver­ drängte hydraulische Öl befindet sich nun im Speicher­ raum 10. Beim Rückzug der Antriebskolbenstange 2 wird die Kraft auf die Giesskolbenstange 1 abgebaut. Durch die Ansteuerung vom Steuerventil 27 wird der Raum 25 über die Druckleitung 29 und Verbindungsleitung 26 mit Druck beaufschlagt. Das im Speicherraum 10 befind­ liche hydraulische Öl wird nun über das Rückschlag­ ventil 5 in den Dämpfungsraum 9 gedrückt. Die Dämpfungseinrichtung wird nun auseinandergedrückt, bis der Steuerkolben 4 am Dämpfungskolben 3 anliegt und die Steuerkante 11 geschlossen ist. Nach Ablauf einer Zeit wird das Steuerventil 27 wieder in Grundstellung geschaltet. Der Raum 25 wird wieder mit der Atmosphäre verbunden.

Die Dämpfungseinrichtung ist wieder in Grundstellung.

Claims (4)

1. Verfahren zur Dämpfung der am Ende der Formfüll­ phase auftretenden Druckspitze bei Druckgiess­ maschinen, wobei zwischen der Kolbenstange des Antriebskolbens und der Kolbenstange des Giess­ kolbens eine hydraulische Dämpfungseinrichtung angeordnet ist, deren Dämpfungsraum durch einen Steuerkolben abgeschlossen ist, welcher im Dämpfungsfall nicht durchströmt wird und sich zum Öffnen der Steuerkante nicht gegen die Bewegungs­ richtung der Giesskolbenstange bewegen muss, dadurch gekennzeichnet, dass die zum Schliessen der Steuerkante am Steuer­ kolben aufgebrachte Kraft für den Dämpfungsfall abbaubar ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zum Schliessen der Steuerkante (11) am Steuerkolben (4) benötigte Kraft durch Verwendung von Hydraulikmedium oder Gas, vorzugsweise Druck­ luft aufgebracht und anschliessend bei ge­ schlossener Steuerkante wieder abgebaut wird.

3. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass der auf der entgegengesetzten Seite des Speicherraumes (10) des Steuerkolbens (4) liegenden Raum (25) an eine Druckmittelleitung (26) ange­ schlossen ist, in welcher ein Steuerventil (27) angeordnet ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass am Anschluss "T" der sogenannten Rückfluss­ leitung (28) des Steuerventils (27) ein vorwähl­ barer Überdruck, ein Vakuum jedoch vorzugsweise Atmosphärendruck angeschlossen ist.