DE4028918A1 - Dosier- und beschickungseinrichtung fuer druckgiessmaschinen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Dosier- und Beschickungseinrichtung für Druckgießmaschinen nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Stand der Technik

Bei Kaltkammer-Druckgießmaschinen wird das flüssige Metall in einem getrennt von der Druckgießmaschine angeordneten Warmhalteofen bereitgehalten und zu jedem einzelnen Gießvorgang von Hand oder mittels automatisch arbeitenden Dosier- und Beschickungseinrichtungen in die Gießkammer gefüllt. Von der horizontal oder vertikal angeordneten Gießkammer wird das Metall mittels eines Gießkolbens in die Gießform gepreßt.

Beim Kaltkammer-Druckgießverfahren wird die Qualität der Gußteile von einer Vielzahl von Verfahrensparameter bestimmt. Insbesondere beeinflußt die Dosierungsgenauigkeit der Metallschmelze die Gußqualität, wobei erhebliche negative Einflüsse auf den gesamten Gießvorgang durch ungewollte und ungünstige Verschiebung der Einsatzpunkte, der Veränderung von Gießkolbengeschwindigkeit und des Gießdrucks eintreten können. Um das Verfahren optimal zu gestalten, wurden ein oder mehrere Sensoren in der Form oder in der Gießkammer angeordnet, die den tatsächlich in der Form durch die gewählte Dosierung entstandenen Schmelzestand signalisieren. Derartige Meßsignale werden dann einer Steuerungs- bzw. Regelungseinheit zugeführt, die z. B. die Einsatzpunkte der Gießkolbengeschwindigkeitsänderung und den Gießdruck regeln (s. DE-OS 39 12 006).

Als Sensoren können beispielsweise Kontaktsensoren verwendet werden, die einen Kontakt der leitfähigen Schmelze registrieren; es können auch Thermoelemente zur Registrierung der Schmelzentemperatur eingesetzt sein.

Die Verwendung derartiger Sensoren hat jedoch auch folgende Nachteile:
Sofern die Front der Schmelze, die durch den Sensor erfaßt wird, z. B. in wellenförmiger oder schwappender oder sonstiger unstetiger Bewegung auftritt, signalisiert der Sensor nicht den wirklichen Schmelzestand in der Gießkammer oder in der Gießform, sondern den ungleichmäßigen der Schmelzfront. Das abgegebene Signal entspricht demnach nicht dem tatsächlichen gewünschten Zustand. Eine entsprechende Fehlsteuerung ist die Folge.

Die Lage des Sensors in der Gießform ist in Bezug auf die möglichen Abstände zwischen Gießkammeraustritt und -anschnitt in der Form so begrenzt, daß bei ggf. hohen Geschwindigkeiten des Druckgießverfahrens sich nur sehr geringe Reaktionszeiten ergeben. Diese Reaktionszeiten sind häufig so klein, daß sie für die Schaltzeiten der Steuerung bzw. Regelung und vor allem der einzusetzenden Hydraulikbauelemente nicht ausreichen. Damit wird der Zweck des Sensors verfehlt.

Die Anbringung eines Sensors in der Gießkammer oder in der Gießform und dessen Beaufschlagung mit Schmelze führt zu einer geringen Lebensdauer und zu einer häufigen Unzuverlässigkeit derartiger Sensoren. Darüber hinaus wird die Lebensdauer und die Zuverlässigkeit des Sensors und der zugehörigen Leitungen zur Gießkammer bzw. zur Gießform durch die rauhe Handhabung der Gießkammer, der Gußform sowie des gesamten Gießplatzes erheblich negativ beeinflußt.

Vorteile der Erfindung

Die erfindungsgemäße Dosier- und Beschickungseinrichtung hat demgegenüber den Vorteil, daß die Dosierungsgenauigkeit der Metallschmelze wesentlich verbessert wird. Erfindungsgemäß geschieht dies durch einen zusätzlichen Wiegevorgang der zuzuführenden Schmelze, wobei ein Gewichtsdifferenzwert erfaßt und der Steuerung der Druckgießmaschine zur Festlegung der Einsatzpunkte der Kolbengeschwindigkeitsänderung, der Druckänderung und zur Festlegung anderer Parameter zugeführt wird. Die Festlegung anderer Änderungswerte, z. B. Gießkolben-, Gießkammer- und Formkühlung kann so leicht vorgenommen werden.

Erfindungsgemäß soll der Wiegevorgang zur Bestimmung einer Gewichtsdifferenz eines Dosierlöffels oder eines Zwischen- oder Vorbehälters vorgenommen werden. Hierdurch erfolgt die Erfassung der zu dosierenden genauen Schmelzmenge relativ lang vor der Einleitung des eigentlichen Gießvorgangs, d. h. in sogenannten Maschinennebenzeiten. Hierdurch wirken sich Reaktions- und Berechnungszeiten der Steuerung bzw. Regelung sowie die sonstigen Arbeitszeiten der Hydraulikbauelemente nicht mehr negativ aus. Durch die hohe Dosiergenauigkeit der Schmelze können damit die Einsatzpunkte der Veränderungen von Gießkolbengeschwindigkeit und Gießdruck äußerst präzise bestimmt werden, wodurch die Qualität der Gußteile erheblich erhöht wird. Dabei kann auf eine Vielzahl bisher eingesetzter und ggf. unzuverlässiger Sensoren verzichtet werden.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Hauptanspruch angegebenen Einrichtung möglich. Insbesondere kann die Erfassung der Menge oder des Volumens mittels einer Gewichtsdifferenz-Messung an einem Dosierlöffel selbst oder einem separaten Zwischen- oder Vorbehälter erfolgen. Dabei wird die Wiegeeinrichtung an herkömmlichen Dosier- und Beschickungseinrichtungen installiert. Dies können beispielsweise Lineareinheiten für die Bewegung des Dosierlöffels oder roboterähnliche Einrichtungen sein, die die Bewegung des Dosierlöffels nach Art eines Knickarms vollziehen.

Weitere erfindungswesentliche Merkmale und Vorteile ergeben sich aus den nachfolgend anhand der Zeichnungen näher erläuterten Ausführungsbeispielen. Es zeigen

Fig. 1 eine mechanische Dosiervorrichtung mit einer Wiegevorrichtung zwischen einem Arm der Dosiervorrichtung und einem Dosierlöffel,

Fig. 2 eine mechanische Dosiervorrichtung mit einem zusätzlichen Zwischen- bzw. Vorbehälter,

Fig. 3 eine prinzipielle Darstellung einer Gesamtanordnung für ein Dosiergerät als Doppelschwenkarm und

Fig. 4 eine prinzipielle Darstellung einer Dosiereinrichtung mit einer Lineareinheit.

Beschreibung der Erfindung

In den Fig. 3 und 4 sind an sich bekannte automatische Dosier- und Beschickungseinrichtungen für Druckgießmaschinen prinzipiell dargestellt. An derartigen Einrichtungen kann die Erfindung nach Fig. 1 und 2 verwirklicht werden.

Das in Fig. 3 dargestellte bekannte Dosiergerät 1 besteht aus einer Tragkonstruktion 2 mit Antriebseinheit 3, an welchem zwei gegenläufig arbeitende Schwenkarme 4, 5 befestigt sind. Jeder Schwenkarm 4, 5 besteht aus zwei Einzelarmen 6, 7, die über ein Gelenk 8 miteinander schwenkbar verbunden sind. Am vorderen Ende jedes Schwenkarms 4, 5 befindet sich der Dosierlöffel 9, der seinerseits über ein Gelenk 10 gegenüber dem Einzelarm 7 schwenkbar gelagert ist. Die Arme selbst sind an der Antriebseinheit 3 um die horizontale Drehachse 11 schwenkbar gelagert (s. Pfeil 12). Jeder Schwenkarm 4, 5 kann demnach eine Bewegung entlang des Kreisbogens 13 ausführen, wobei eine obere Stellung der Schwenkarme mit 4′, 5′ angedeutet ist. Die Schwenkbewegung dient zur Bewegung des Dosierlöffels 9 vom Schmelztiegel bzw. einem Warmhalteofen für die Schmelze zur Gießkammer. Der Dosierlöffel 9 selbst kann über das Gelenk 10 geschwenkt bzw. gedreht werden. Bisher wurde die zu dosierende Schmelzmenge über eine Überlaufkante bestimmt.

Das Dosiergerät nach Fig. 4 arbeitet im Gegensatz zu den kreisförmigen Schwenkbewegungen beim Gerät nach Fig. 3 mit Linearbewegungen. Hierfür ist dieses Dosiergerät 14 mit einer Lineareinheit 15 zur Durchführung einer horizontalen Bewegung (Pfeil 16) ausgerüstet. Die Lineareinheit 15 ist an wenigstens einem seitlichen Ständer 17 befestigt. Der Dosierlöffel 9 beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 4 ist an einer vertikalen Zahnstange 18 befestigt, die eine Auf- und Abbewegung (Pfeil 19) gestattet. Durch die Horizontalbewegung der Lineareinheit 15 kann demnach der Dosierlöffel 9 eine lineare Bewegung entsprechend den Pfeilen 20 entlang der Strecke a und eine Aufwärtsbewegung entsprechend den Pfeilen 19 durchführen. Eine versetzte Stellung des Dosierlöffels ist mit 9′ angedeutet. Auch beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 4 kann der Dosierlöffel eine Drehbewegung und eine Schwenkbewegung zur Aufnahme der Schmelze und zur Abgabe der Schmelze durchführen.

Gemäß der Erfindung soll nun das Gewicht oder durch Umrechnung das Volumen der Schmelze 21 im Dosierlöffel 9, auch Dosierlöffel 9 genannt, bestimmt werden. Hierfür ist beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 in Verbindung mit dem Dosiergerät nach Fig. 3 zwischen dem Arm 7 des Schwenkarms 4, 5 des Dosiergeräts 1 und dem Dosierlöffel 9 eine zusätzliche Wiegeeinrichtung 22 angeordnet. Die aus einem nicht näher dargestellten Schmelztiegel oder einem Warmhalteofen vom Dosiergerät 1 entnommene flüssige Metallschmelze wird demnach vor dem Gießvorgang durch die Wiegeeinrichtung 22 vor dem Auskippen des Dosierlöffels in eine vorhandene Rinne oder in die Gießkammer gemessen. Die Messung erfolgt dabei durch eine Gewichtsdifferenzmessung zwischen dem leeren und dem mit Schmelze gefüllten Dosierlöffel. Der festgestellte Gewichtsdifferenzwert wird an die Steuerung der Druckgießmaschine weitergegeben, um die Parameter für den Gießprozeß festzulegen.

Beim Ausführungsbeispiel der Erfindung nach Fig. 2 erfolgt das Dosieren der Schmelze nicht direkt in die Gießkammer, sondern in einen Zwischen- oder Vorbehälter 23. Dieser Vorbehälter 23 ist beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 an einem L-förmigen Rahmengestell 24 einseitig kippbar gelagert (Lager 25). Um eine Schwenkbewegung entlang dem Pfeil 26 durchführen zu können, ist eine hydraulische Hubeinrichtung 27 vorgesehen, die sich am unteren Ende des L-förmigen Rahmengestells 24 im Punkt 28 abstützt und mit ihrer Kolbenstange 29 die andere Seite des Vorbehälters 23 (Lagerpunkt 30) auf und ab bewegt (Pfeil 31). Hierdurch wird der Vorbehälter einer Kippbewegung um den Dreh- und Lagerpunkt 25 unterzogen (Pfeil 26).

Die Metallschmelze 21 wird dem Vorbehälter 23 über ein übliches Dosiergerät 1, 14 zugeführt, wie es zu Fig. 3 und 4 beschrieben wurde. Der Wiegevorgang selbst erfolgt jedoch nicht am bekannten Dosiergerät 1, 14, sondern durch Wiegen des Zwischen- bzw. Vorbehälters 23. Hierfür ist unterhalb des L-förmigen Rahmengestells 24 eine Wiegeeinrichtung 22′ vorgesehen, mittels welcher wiederum die Gewichtsdifferenz zwischen leerem und gefülltem Vorbehälter 23 erfaßt wird. Hierdurch läßt sich das Volumen der dosierten Schmelze unabhängig von eventuellen Bewegungen der in den Vorbehälter dosierten Schmelze sehr genau in Größenordnungen von Gewichtspromillen bestimmen. Diese gilt insbesondere deshalb, da der Vorbehälter ein im Vergleich zur dosierten Schmelzmenge geringes Eigengewicht hat. Die so genau festgestellte Menge bzw. das Gewicht der Schmelze 21 wird dann wiederum als Gewichtsdifferenzwert der Steuerung bzw. Regelung der Druckgießmaschine zur Festlegung der Einsatzpunkte beispielsweise der Kolbengeschwindigkeitsänderung bzw. der Druckänderung des Gießkolbens und der Festlegung anderer Parameter zugeführt.

Nach erfolgter Messung wird die Schmelze der Einfüllöffnung 32 der Gießkammer 33 durch Betätigung des Hubzylinders 27 zugeführt. Der Auslauf der Schmelze erfolgt dabei über die Auslauföffnung 34. Der Zwischen- bzw. Vorbehälter 23 ist an seiner Oberseite geschlossen ausgebildet (Deckel 35), wodurch die Temperatur der Schmelze weitgehend erhalten bleibt.

Der Vorbehälter bzw. Zwischenbehälter 23 wird zur Durchführung des eigentlichen Einfüllvorgangs der Schmelze 21 in die Gießkammer 33 mittels des Hydraulikzylinders 27 vorsichtig in Richtung Einfüllöffnung 32 der Gießkammer 33 gekippt, so daß die Schmelze 21 sehr ruhig in die Gießkammer 33 einfließen kann. Hierfür kann eine genaue Regelung der Bewegung des Hydraulikzylinders 27 vorgesehen sein. Anstelle eines Hydraulikzylinders 27 kann auch ein Pneumatikzylinder oder ein elektrischer Verstellmotor vorgesehen sein.

Der Vorbehälter 23 kann selbst die Funktion einer häufig erforderlichen Rinne übernehmen. Solche Rinnen sind eventuell notwendig, um die Abstände zwischen der Dosiervorrichtung 1, 14 und der Gießkammer-Füllöffnung 32 zu überbrücken.

Der Vorbehälter 23 bzw. Zwischenbehälter 23 kann mit an sich allen bekannten Dosiervorrichtungen beschickt werden. Dies sind beispielsweise mechanische Dosiervorrichtungen wie sie in Fig. 3 und 4 gezeigt sind. Dies können auch bekannte Druckdosieröfen, elektromagnetische Dosierpumpen oder hydrostatische bzw. strömungsmechanische Dosierpumpen sein, die die notwendige Schmelzmenge mit relativ hoher Dosiergenauigkeit liefern.

Der Deckel 35 zur Abdeckung des Vorbehälters 23 weist eine entsprechende Einfüllöffnung 36 für das Befüllen und eine Auslaßöffnung 34 für das Entleeren der Schmelze 21 auf. Die Abdeckung gewährleistet eine weitgehend desoxidierende Atmosphäre innerhalb des Vorbehälters 23, verbunden mit einem geringen Wärmeverlust. Mittels Heizschlangen 37 kann der Vorbehälter 23 zusätzlich beheizt sein.

Die gesamte Vordosiereinrichtung nach Fig. 2 kann mittels einer zusätzlichen Verschiebeeinrichtung 38 bei einer Unterbrechung des Gießvorgangs bewegt werden. Dies ist beispielsweise bei einer Störung innerhalb der Gießform oder der Gießmaschine erforderlich. Aufgrund der hierdurch eintretenden zeitlichen Unterbrechung kann die in dem Vorbehälter 23 bereits eingebrachte Schmelze durch die Dauer der Unterbrechung so weit abkühlen, daß sie nicht mehr verwendbar ist. Die Schmelze muß deshalb entweder zurück in die mechanische Dosiervorrichtung 1, 14 oder in eine dazu vorgesehene zusätzliche Aufnahme 39 geführt werden. Dies kann z. B. eine Rückführrinne 39 oder ein sonstiger Behälter sein. Die Kippbewegung kann dabei wiederum mittels des Hubzylinders 27 erfolgen.

Die Erfindung ist nicht auf das dargestellte und beschriebene Ausführungsbeispiel beschränkt. Sie umfaßt auch vielmehr alle fachmännischen Weiterbildungen und Verbesserungen ohne eigenen erfinderischen Gehalt.

Claims (9)

1. Dosier- und Beschickungseinrichtung für Druckgießmaschinen, die zur Überführung von Metallschmelze aus einem Warmhalteofen in die Gießkammer einer Druckgießmaschine dient, mit einem gesteuert verfahrbaren Dosierbehälter, insbesondere einem Dosier- oder Gießlöffel zur dosierten Aufnahme der Metallschmelze und zur Überführung in die Gießkammer, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallschmelze (21) vor dem Zuführen in die Gießkammer (33) mittels einer Wiegeeinrichtung (22, 22′) einer gesonderten Abwiegung unterziehbar ist, daß das so ermittelte Gewicht oder das hieraus bestimmbare Volumen der Schmelze (21) der Steuerung bzw. Regelung einer Druckgießmaschine zuführbar ist, und daß eine Rechner- und Steuereinheit die Gießparameter der Druckgießmaschine in Abhängigkeit der abgewogenen Metallschmelze steuert.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, mit einem Dosiergerät (1, 14), welches wenigstens einen verfahrbaren oder schwenkbaren Arm (4, 5, 18) aufweist, an dessen Ende ein drehbar oder schwenkbar gelagerter Dosierbehälter, insbesondere Dosierlöffel (9) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Arm (4, 5, 7) und dem Dosierlöffel (9) eine Wiegeeinrichtung (22) angeordnet ist, mittels welcher das Gewicht bzw. das Volumen der Metallschmelze (21) bestimmbar und an die Druckgießmaschinensteuerung weiterleitbar ist.

3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Dosiergerät (1) mit zwei gegenläufig arbeitenden Doppelschwenkarmen (4, 5) versehen ist, die an einem Drehturm (2) befestigt sind, wobei der Dosierlöffel (9) am Ende jedes Schwenkarms (4, 5) drehbar bzw. schwenkbar befestigt ist.

4. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Dosiergerät (14) als Lineareinheit (15) ausgebildet ist, mit einem längsverschiebbaren, vertikal ausgerichteten und verfahrbaren Arm (18), an dessen unteren Ende der Dosierlöffel (9) drehbar bzw. schwenkbar gelagert ist.

5. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallschmelze von einer an sich bekannten Dosiervorrichtung (1, 14) einem Zwischen- bzw. Vorbehälter (23) zuführbar ist, der mit einer separaten Wiegevorrichtung (22′) zur Abwiegung der Metallschmelze (21) verbunden ist und daß die Metallschmelze von dem Zwischen- bzw. Vorbehälter (23) der Gießkammer (33) einer Druckgießmaschine zuführbar ist, wobei das Gewicht oder das Volumen der Schmelze (21) als Parameter beim Druckgießprozeß dient.

6. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Zwischen- bzw. Vorbehälter (23) als kippbarer Behälter ausgebildet ist, wobei der Behälter (23) an einem L-förmigen Rahmengestell (24) an einer Behälterseite gelagert ist (Lager 25) und ein Hubzylinder (27) als Kippvorrichtung an der anderen Behälterseite angreift.

7. Einrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Zwischenbehälter an seiner Oberseite eine geschlossene Abdeckung (35) aufweist.

8. Einrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Zwischenbehälter eine zusätzliche Heizeinrichtung (37) aufweist.

9. Einrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß dem Zwischen- bzw. Vorbehälter (23) eine Metall- Schmelzen-Rückführeinrichtung (39) zugeordnet ist, zur Rückführung nicht einsetzbarer Metallschmelze (21) in einen Warmhalteofen.