DE69603939T2 - Hochgeschwindigkeitseinspritzventil für Druckluftformmaschinen - Google Patents

Description

• Die vorliegende Erfindung betrifft ein Einspritzventil der Art, wie es bei Druckgas-Formmaschinen verwendet wird, die zur Herstellung von Formsand-Gießformen mittels Druckwellen aus komprimierbaren Gasen verwendet werden.
• In den Einspritzkammern von Formmaschinen wird das komprimierte Gas in Speicherbehältern stromaufwärts des Einspritzventils gesammelt. Durch Aktivieren des Einspritzventils dehnt sich das Gas plötzlich in die Formkammer aus, wodurch eine Druckwelle erzeugt wird, die den Sand trifft und ihn gegen die Form verdichtet.
• Um gute Ergebnisse erzielen zu können, muss der Druckgradient sehr hoch sein, in der Größenordnung von Hunderten von Bar pro Sekunde, und die Expansionszeit muss minimal sein, in der Größenordnung von Zehntausendsteln einer Sekunde.
• Ein Nachteil herkömmlicher Einspritzventile besteht in ihrer relativ langen Interventionszeit, wodurch die Expansionsrate des Gases und dadurch der Druck auf den Formsand begrenzt werden kann, was folglich zu einer Reduzierung der Sandverdichtung und der Qualität des Formteils führt.
• Ein weiterer Nachteil herkömmlicher Ventile besteht in ihrer eingeschränkten Durchflussrate, was zur Anwendung verhältnismäßig großer Ventile zwingt, um zufriedenstellende Ergebnisse erzielen zu können.
• Ein weiterer Nachteil herkömmlicher Ventile besteht in dem hohen Verbrauch eines Arbeitsfluids für das Betätigen des Ventils und des Formabschnitts.
• Das Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, die vorstehend beschriebenen Nachteile zu beseitigen, indem ein Einspritzventil geschaffen wird, das sehr kurze Aktivierungs-Ansprechzeiten aufweist, um den Druckgradienten und daher die Kompression des Sandes während des Formens zu maximieren.
• Eine Aufgabe der Erfindung ist es, ein Hochleistungsventil zu schaffen, das Energieverluste und den Verbrauch des Arbeitsfluids auf ein Minimum reduziert.
• Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, ein Einspritzventil zu schaffen, das eine hohe Durchflussrate aufweist, stabil und zuverlässig und für die Anwendung unter Hochleistungsbedingungen geeignet ist.
• Dieses Ziel und diese Aufgaben werden erreicht durch ein Einspritzventil für Druckgas-Formmaschinen für Formsandformen, das einen Ventilkörper umfasst, der eine Hauptkammer mit einem Eintrittskanal umschließt, der mit einem externen pneumatischen System und einem Austrittskanal verbunden ist, der mit einer Einspritzkammer einer Formmaschine verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilkörper eine Sekundärkammer umfasst, die eine erste Öffnung aufweist, die selektiv mit dem pneumatischen System oder der Außenseite verbunden ist und wenigstens einen Durchgang, der mit der Hauptkammer verbunden ist, sowie einen Kolben, der in der Sekundärkammer gleiten kann und im Betrieb mit einem Verschluss verbunden ist, der in der Hauptkammer angeordnet ist und so angepasst ist, dass er mit der Ausgangsöffnung in Wechselwirkung steht, so dass die Öffnung geöffnet wird, wenn die erste Öffnung der Sekundärkammer mit der Außenseite verbunden wird.
• Das erfindungsgemäße Einspritzventil hat eine extrem kurze Aktivierungs- Ansprechzeit, die einen hohen Druckgradienten ermöglicht. Dies ist beim Druckgasformen für die optimale Verdichtung des Sandes um die Form herum entscheidend.
• Darüber hinaus weist das derart gestaltete Ventil eine hohe Leistungsfähigkeit und einen geringen Arbeitsfluidverbrauch auf.
• Eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Einspritzventils und des entsprechenden Arbeitsverfahrens ist nachstehend beschrieben und anhand eines nicht einschränkenden Beispiels anhand der beigefügten Zeichnung beschrieben, wobei:
• Fig. 1 eine Schnittansicht in verkleinertem Maßstab eines Einspritzventils nach dem Stand der Technik ist;
• Fig. 2 eine schematische Front-Teilschnittansicht des erfindungsgemäßen Einspritzventils ist;
• Fig. 3 eine Gesamtansicht des Ventils nach Fig. 2 ist, welches auf einer Formmaschine angebracht ist.
• Mit Bezug auf die vorgenannten Figuren umfasst das erfindungsgemäße Einspritzventil, das generell durch die Bezugsziffer 1 bezeichnet wird, einen Ventilkörper 2, der eine Hauptkammer 3 und eine Sekundärkammer 4 umschließt, die durch eine Zwischenwand 5 getrennt sind.
• Die Hauptkammer 3 weist einen Eintrittskanal 6, der mit einem pneumatischen System R verbunden ist, sowie einen Austrittskanal 7, der mit einer Einspritzkammer C einer Formmaschine verbunden ist, auf.
• Die Sekundärkammer 4 weist eine erste Öffnung 8 auf, die mit einem externen Rohr 8' verbunden werden kann, sowie einen Durchlass 9, der mit der Hauptkammer 3 verbunden ist und durch wenigstens ein in der Zwischenwand 5 vorgesehenes Loch gebildet ist.
• Ein Kolben 10 ist in die Sekundärkammer 4 verschiebbar eingesetzt und ist in Betrieb über einen axialen Schaft 11 mit einem Verschluss 12, der in der Hauptkammer 3 angeordnet ist und mit dem Austrittskanal 7 wechselwirkt, verbunden.
• Der Kolben 10 weist eine erste Fläche 10' auf, die auf die erste Öffnung 8 gerichtet ist, sowie eine zweite Fläche 10", die der ersten Fläche 10' gegenüberliegt und auf die zweite Öffnung 9 gerichtet ist.
• Der Durchmesser des Kolbens 10 ist größer als der Durchmesser des Verschlusses 12, so dass die Summe der durch die Drücke ausgeübten Kräfte, die auf die gegenüberliegenden Flächen 10' und 10" des Kolbens und auf den Verschluss 12 wirken, dazu beitragen, den Verschluss normalerweise gegen den Austrittskanal 7 geschlossen zu halten.
• Eine zentrale Hülle 13 ist an der Zwischenwand 5 befestigt und weist ein Durchgangsloch 14 auf, in das der axiale Schaft 11 verschiebbar eingesetzt ist.
• Erfindungsgemäß ist eine externe Ventileinrichtung zum Betätigen und Neuanordnen des Einspritzventils vorgesehen, wobei die erste Öffnung 8 der Sekundärkammer 4 selektiv und alternierend mit dem pneumatischen System R oder der Außenseite verbunden ist.
• Die Ventileinrichtung kann zum Beispiel durch ein elektrisch oder pneumatisch betriebenes, normalerweise geöffnetes, pneumatisches Dreiwegeventil eines an sich bekannten und handelsüblichen Typs aufgebaut sein.
• Die Betätigung des Ventils V kann durch eine automatische Steuerungseinheit U der Formmaschine gesteuert werden.
• Während der Benutzung wird durch Betätigen des Ventils V der Bereich der Sekundärkammer 4, der oberhalb des Kolbens 10 liegt, mit dem Austritt verbunden. Folglich drückt der auf die zweite Fläche 10" des Kolbens 10 wirkende Druck den Kolben 10 zur ersten Öffnung 8, was das schnelle Anheben des Verschlusses 12 vom Austrittskanal 7 bewirkt und dadurch das unverzügliche Abführen des Druckfluids in die Einspritzkammer C erlaubt.
• Zweckdienlicherweise ist die maximale Hublänge des Kolbens 10 kürzer als der Mindestabstand zwischen einem Verschluss 12 und einer Zwischenwand 5, so dass eine Kollision der letztgenannten beiden Teile 12 und 5 vermieden werden kann.
• Ferner weist der Kolben 10 eine hubbegrenzende, stoßdämpfende Einrichtung 15 auf, die an seiner oberen Fläche 10' befestigt ist und so ausgebildet ist, dass sie den Aufprall gegen die zugewandte Wand der Sekundärkammer 4 dämpft.
• Um die perfekte Gasdichtheit des erfindungsgemäßen Ventils sicherzustellen, ist eine erste pneumatische Dichtungseinrichtung 16 vorgesehen, die mit dem Verschluss 12 verbunden ist und aus einem Dichtungsring besteht, der stirnseitig mit den Rändern des Austrittskanals 7 zusammenwirkt.
• Ebenso ist eine zweite Dichteinrichtung 17 vorgesehen, die mit dem Kolben 10 verbunden ist und aus zwei lippenförmigen Dichtungsringen besteht, die an den gegenüberliegenden Enden des Kolbens 10 befestigt sind und mit der Innenwand der Sekundärkammer 4 zusammenwirken.
• Das erfindungsgemäße Einspritzventil reduziert die Arbeitsfluidverluste auf ein Minimum und weist daher eine hohe Leistungsfähigkeit auf; darüber hinaus ist es robust, für Hochleistungsbetrieb geeignet und von einfacher Bauweise.
• Testversuche haben gezeigt, dass die Aktivierungs-Ansprechzeit des erfindungsgemäßen Ventils deutlich unter der ähnlicher Ventile nach dem Stand der Technik liegt.
• Dies ermöglicht es, dass sehr hohe Druckgradienten in der Einspritzkammer der Formmaschine erreicht werden können, wodurch die Produktivität und die Qualität des Druckgas-Formens im Hinblick auf bekannte ähnliche Ventile, die auf diesem Herstellungsgebiet verwendet werden, verbessert werden.
• Das erfindungsgemäße Einspritzventil kann Abwandlungen und Änderungen unterliegen, die alle innerhalb des Umfangs des Erfindungskonzepts liegen, wie er durch die Ansprüche ausgedrückt ist. Sämtliche Einzelheiten können durch technische Entsprechungen ersetzt werden. Die Materialien, die Formen und die Maße sind beliebig, ohne dass dadurch der Umfang der Erfindung aufgegeben wird.
• Wenn den in einem der Ansprüche genannten technischen Merkmalen Bezugsziffern folgen, so sind diese Bezugsziffern zu dem einzigen Zweck eingefügt worden, die Verständlichkeit der Ansprüche zu verbessern, woraus folgt, dass derartige Bezugsziffern keinerlei einschränkende Wirkung auf den Umfang jedes Elements haben, das beispielsweise durch eine derartige Bezugsziffer identifiziert wird.

Claims (10)

1. Einspritzventil für Druckluftformmaschinen für Formsand-Gießereiformen, das ein Ventilgehäuse (2) aufweist, das eine Hauptkammer (3) mit einer Eintrittsöffnung (6), die mit einem äußeren pneumatischen System (R) verbunden ist, und einer Auslaßöffnung (7) umfaßt, die mit einer Einspritzkammer (C) der Formmaschine verbunden ist, dadurch gekennzeichnet daß das Ventilgehäuse eine zusätzliche Kammer (4) aufweist, die eine erste Öffnung (8), die wahlweise mit dem pneumatischen System (R) oder mit der Außenseite verbunden ist, und mindestens einen Durchlaß (9), der mit der Hauptkammer (3) verbunden ist, und einen Kolben (10) besitzt, der in der zusätzlichen Kammer (4) gleiten kann und wirksam an einen Verschluß (12) gekoppelt ist, der in der Hauptkammer (3) angeordnet und angepaßt ist, um mit der Auslaßöffnung (7) zusammenzuwirken, um diese Öffnung zu öffnen, wenn die erste Öffnung (8) der zusätzlichen Kammer (4) mit der Außenseite verbunden ist.

2. Einspritzventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (10) und der Verschluß (12) mittels einer starren axialen Stange (11) wirksam miteinander gekoppelt sind.

3. Einspritzventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Hauptkammer (3) und die zusätzliche Kammer (4) durch eine Zwischenwand (5) getrennt sind, die eine zentrale Manschette (13) trägt, die mit einer Ausnehmung (14) versehen ist für das Gleiten der axialen Stange (11).

4. Einspritzventil nach Ansprüchen 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchlaß (9) der zusätzlichen Kammer (4) mindestens eine Öffnung aufweist, die in der Zwischenwand (5) ausgebildet ist.

5. Einspritzventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (10) einen größeren Durchmesser als der Verschluß (12) aufweist.

6. Einspritzventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der größte Hub des Kolbens (10) kürzer ist als die kleinste Distanz zwischen dem Verschluß (12) und der Zwischenwand (5).

7. Einspritzventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (10) eine erste Oberfläche (10'), die gegen die erste Öffnung (8) gerichtet ist, und eine zweite Oberfläche (10") besitzt, die gegenüber der ersten Oberfläche (10') liegt und gegen den Durchlaß (9) ausgerichtet ist.

8. Einspritzventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventil ein hubbegrenzendes, stoßdämfendes Mittel (15) besitzt, das auf der oberen Oberfläche (10') des Kolbens (10) angebracht ist.

9. Einspritzventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventil ein erstes pneumatisches Dichtungsmittel (16), das mit dem Verschluß (12) verbunden ist, um stirnseitig mit der Auslaßöffnung (7) zusammenzuarbeiten, und ein zweites pneumatisches Dichtungsmittel (17) besitzt, das auf dem Kolben (10) befestigt ist, um mit der Innenseite der zusätzlichen Kammer (4) zusammenzuarbeiten.

10. Einspritzventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventil ein geregeltes äußeres Ventilmittel (V) besitzt, das geeignet ist, um die erste Öffnung (8) der zusätzlichen Kammer (4) wahlweise und alternierend mit dem pneumatischen System (R) oder der Außenseite zu verbinden.