EP0576795B2 - Verfahren und Vorrichtung zur Prozesssteuerung einer Druckgiessmaschine - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung zur Prozesssteuerung einer Druckgiessmaschine Download PDF

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EP0576795B2
EP0576795B2 EP93106696A EP93106696A EP0576795B2 EP 0576795 B2 EP0576795 B2 EP 0576795B2 EP 93106696 A EP93106696 A EP 93106696A EP 93106696 A EP93106696 A EP 93106696A EP 0576795 B2 EP0576795 B2 EP 0576795B2
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EP
European Patent Office
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piston
multiplier
casting
pressure
pressing
Prior art date
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EP93106696A
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French (fr)
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EP0576795A1 (de
EP0576795B1 (de
Inventor
Friedrich Dr.-Ing. Stummer
Rolf Ing. Frey (Grad.)
Albert Ing. Reinhardt (Fh)
Wolfgang Dipl.-Ing. Lutz
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Mueller Weingarten AG
Original Assignee
Mueller Weingarten AG
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Publication of EP0576795A1 publication Critical patent/EP0576795A1/de
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D17/00—Pressure die casting or injection die casting, i.e. casting in which the metal is forced into a mould under high pressure
    • B22D17/20—Accessories: Details
    • B22D17/32—Controlling equipment

Definitions

  • the invention relates to a method and an apparatus to carry out the process control process a die casting machine.
  • Three-phase system is therefore understood the course of the casting process, especially in the horizontal Cold chamber die casting machine with a pre-filling phase the casting chamber (first phase), one Mold filling phase of the mold (second phase) and one Postpress phase of the mold (third phase).
  • the known device according to DE-PS 20 21st 182 is also used as a two-circuit casting unit referred to as in the first circle during the first and second phase of the plunger and in the second Circle during the third working phase of the multiplier pistons with pressure medium from different piston accumulators be charged.
  • the known device of the multiplier piston with a Piston rod provided on both sides of the piston executed so that for the pressurization of the multiplier piston a front ring surface on Multiplier piston itself and another circular area on the rear piston rod. This has the advantage that separate regulation of the annular Pressure chamber on the multiplier piston and the additional one rear cylinder space behind the piston rod is made possible.
  • Pass valves provided by position transducers the piston rod of the plunger or on this connected piston rod of the casting piston attached are. This is done via the valve control first the rear cylinder space behind the rear Piston rod of the multiplier piston with pressure medium acted upon, which via the central bore to the cylinder space of the press cylinder and thus to Press plunger arrives (first and second working phase).
  • the third work phase is by a displacement sensor or by pressure-dependent Switch another passage valve to act on of the annular cylinder space of the Multiplier piston and the rear cylinder space opened with pressure medium, the center hole in Multiplier pistons automatically when the pressure rises closes.
  • the pressure medium in front of the plunger during the first and second working phase via an outlet hole in an oil tank without special regulation and pressure control pushed out and when resetting of the plunger again.
  • the Pressure medium in front of the multiplier piston in the cylinder chamber of the multiplier as it moves forward in the third work phase (reprint phase) also via a throttle valve in an oil tank promoted and when resetting the multiplier piston pumped back in accordingly.
  • the regulation and control of plungers and multiplier pistons therefore happens exclusively in the known device about the time the Print medium to the individual print rooms in the Press cylinder and in the multiplier cylinder or rear cylinder space, with additional throttle valves a certain amount regulation through a pressure drop enable. Another influence in the Control is due to the lack of control options not provided.
  • page 78 refers to a Through hole in the multiplier piston omitted and the pressurization of the plunger immediately made in the cylinder room behind.
  • a first pressure accumulator works directly on the cylinder space of the plunger, also called drive piston.
  • a second pressure accumulator acts on the Multiplier piston.
  • All known casting process monitoring methods have the disadvantage that during the casting process determined casting parameters not immediately can influence the casting process currently taking place, since a feedback of determined casting parameters is not provided.
  • the invention has for its object an improved Processes for casting process monitoring and especially for process control of a die casting machine and a corresponding device for Propose implementation of the procedure.
  • the method according to the invention or the corresponding one Device for performing the method has the compared to the known prior art Advantage that a so-called real-time controlled two-circuit casting unit is created with which one immediate influence on the casting parameters during of the casting process is made possible. This happens especially in that the movement of the plunger or drive piston for the casting piston controlled in every phase of its movement and can run regulated. The same applies to the movement of the multiplier piston during its movement in the third phase of work.
  • the plunger or Drive piston is in the associated press cylinder and the multiplier piston in the associated multiplier cylinder space quasi between a front and a rear adjustable pressure pads practically “clamped", so that during the three-phase movement the respective Piston in their forward movement or too Backward movement both in their speed as well as in their acceleration behavior separately and can be regulated in a coordinated manner.
  • the cylinder space in front of the plunger and in front of the Multiplier piston is therefore used as an adjustable pressure chamber used, the known in this regard Control in multiplier pistons improved accordingly is that an immediate feedback of the Control values can take place.
  • This control option can pressure peaks at the end of the mold filling phase Braking the plunger as well as possible Reverse control of the multiplier piston in interdependence of these movements is reduced or be prevented.
  • the third phase of work with the pressure build-up can by a Coordination of the movement of the two pistons in optimal a short time, the control times under 5 ms is done.
  • Any change in speed of the casting piston can therefore be controlled and regulated of the plunger alone in the first and second Working phase and the multiplier piston in the third Working phase by coordinating the two Amount of hydraulic fluid flowing into the cylinder chambers, where higher accelerations are possible than this with a hydraulic medium supply from only a hydraulic medium reservoir is possible.
  • the casting drive 1 shown in FIG. 1 serves for actuating a casting set 2, consisting of a casting chamber 3 with molten metal contained therein 4 and a plunger 5 for inserting the Metal melt 4 in a not shown Mold cavity.
  • the casting piston 5 is via a casting piston rod 6 connected to the casting drive 1.
  • the Casting drive 1 consists of a front press cylinder 7, with a plunger 8 guided therein, which as Drive piston 8 for the associated piston rod 9 serves.
  • the piston rod 9 is with the casting piston rod 6 connected.
  • the press cylinder 7 has a front Cylinder chamber 10 and a rear cylinder chamber 11 on, which are separated by the plunger 8.
  • the front one Cylinder chamber 10 is radial and subsequent axial bore 12 in the cylinder head 13 with a Media port 14 connected.
  • a multiplier device closes the press cylinder 7 15, consisting of a closed Multiplier cylinder housing 16 with one in it axially displaceable multiplier piston 17, the Multiplier cylinder room in a front closed Cylinder chamber 18 and a rear closed Separates cylinder space 19.
  • the Multiplier piston 17 in a manner known per se forward, d. H. towards the pouring set 2, pointing first piston rod 20, which extends through the cylinder wall of the multiplier cylinder housing in the rear Cylinder chamber 11 of the press cylinder 7 into it extends.
  • the multiplier piston 17 also has a rear piston rod 21, which is also laterally into one via the multiplier cylinder housing rear cylinder space 22 of an additional connection housing 23 extends.
  • the multiplier piston 17 with front piston rod 20 and rear piston rod 21 is penetrated by a central longitudinal bore 24, in which a check valve 25 is arranged is.
  • a check valve 25 In the rearmost position of the multiplier piston 17 is the check valve 25 by means of a Longitudinal bore 24 protruding rod 26 from Valve seat pushed away and thus opened.
  • the rear cylinder space 19 of the multiplier cylinder is via the pressure medium connection 28, the rear Cylinder chamber 22 of the additional connection housing 23 via the pressure medium connection 29 with pressure medium acted upon.
  • Each position of the casting piston rod 6 or the piston rod 9 is by means of a distance / speed / acceleration measuring device 30 recorded.
  • a displaceable measuring rod 32 protrudes from the multiplier piston 17 parallel to the longitudinal axis of the corresponding one Measuring device 30.
  • the measuring device can be carried out, for example, as in DE 32 09 834 A1 is described.
  • a series of quickly controllable servo-proportional valves also called continuous valves, is used to manufacture a real-time controlled two-circuit casting unit.
  • continuous valve assemblies 33, 34 By using at least two continuous valve assemblies 33, 34 and by matching the corresponding piston surfaces A 1 of the plunger 8 and the annular surface A 2 of the multiplier piston 17 and the circular surfaces A 2.1 of the front piston rod 20 and A 2.2 of the rear piston rod 21 the motion sequence of the casting drive coordinates.
  • Figure 2 the basic structure or the arrangement of the casting drive is shown again.
  • the pressure in the pressure rooms 10, 11 and 18, 19 and 22 detected and be evaluated as a control signal.
  • the servo-proportional valve 33 accordingly regulates the pressure conditions in the front cylinder chamber 10 (pressure p 2 at the transducer 44) of the press cylinder 7 and causes the press piston 8 to be clamped between the pressure chamber 10 (pressure p 2 ) and the pressure chamber 11 (pressure p 1 ).
  • the latter can be detected by means of the p / U converter 45 and can therefore be regulated. The movement of the plunger 8 can thus be controlled.
  • servo proportional valve 34 a regulation of the rear pressure chamber 19 of the multiplier piston 17, preferably the front pressure chamber 18 of the multiplier piston also via a further servo proportional valve 35 is regulated.
  • These continuous valves can also be seen in Fig. 1 assigned p / U transducer shown be the pressure conditions in the pressure chambers 18, 19 to record and thus regulate.
  • both the plunger 8 and the multiplier piston 17 are “clamped” on both sides, so that a sensitive movement can take place in all axial directions, ie forwards and backwards.
  • the pressure in the individual pressure rooms continues to serve as the measured variable.
  • the associated measurement data from the measurement devices 30, 31 or the p / U transducers 44, 45 etc. lead via measurement lines 39, 40 to a computer 41 (see FIGS.
  • the continuous valve assemblies or servo proportional valves 33 to 36 are then controlled by the computer 41, so that the movement sequence of the casting drive can be checked and regulated in every phase during the casting process.
  • the corresponding pressure P F in the mold cavity or the corresponding temperature sensors T F in the melt can be detected by corresponding additional pressure sensors in the mold cavity and fed to the computer 41 via the control lines 42, 43.
  • Pressure peaks at the end of the mold filling phase can then be reduced or avoided altogether by braking the plunger 8 as well as by possibly reversing the multiplier piston 17 depending on these movements.
  • the build-up of the holding pressure can also take place in an optimally short time by coordinating the movements of these two pistons, the regulation of the proportional valves 33 to 36 taking place in a time of less than 5 ms.
  • the speed changes of the plunger 8 and thus the casting piston 5 to influence the Casting speed can be adjusted by tuning the Press cylinder 7 for loading the press piston 8 and to the multiplier cylinder to act upon the Multiplierork 17 inflowing amount of hydraulic medium be influenced, with higher accelerations of the two pistons are possible than with the Hydraulic medium supply from only one hydraulic medium reservoir is possible.
  • By the appropriate Clamping the two pistons becomes any Controlled and influenced movement of the casting drive.
  • the piston surfaces A 2.1 and A 2.2 are to be designed so that, for. B. during the forward movement of the multiplier piston, the amount of the medium flowing in at A 2.2 , ie the rear piston rod of the multiplier piston, to the amount of the medium displaced at A 2.1 are in the range of the ratio 0.8 to 1.2: 1.
  • the circular cylinder area A 1 of the plunger 8 relates to the sum of the areas from A 2 + A 2.2 in a ratio of 1: 2.5 to 4. This coordination of the areas enables optimal operation of the casting drive
  • the diagrams shown in FIG. 3 relate to Soil value requirements for controlling a casting process.
  • v f (s) as the target value specification of the speed of the casting piston over the casting piston path.
  • the values s 1 to s 4 represent certain waypoints of the casting piston, and a certain speed can be assigned to each waypoint. For example, in point s 4 the casting piston speed is braked to a residual speed shortly before the mold filling end.

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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens zur Prozeßsteuerung einer Druckgießmaschine.
Aus der DE-PS 20 21 182 der Anmelderin ist eine Vorrichtung zum Einstellen der Preßkolbengeschwindigkeiten und -drücke bei Druckgießmaschinen bekannt geworden, welche nach dem sogenannten Drei-Phasen-System bei Kaltkammer-Druckgießmaschinen arbeitet. Diese Betriebsart wird zum Einstellen der beim Druckgießen erforderlichen unterschiedlichen Preßkolbengeschwindigkeiten und -drücke angewandt, wobei in der ersten und zweiten Arbeitsphase nur der auf den Gießkolben einwirkende Preßkolben des Preßzylinders über Druckmittelleitungen beaufschlagt wird und während der dritten Arbeitsphase eine Beaufschlagung eines als Stufenkolben ausgebildeten Multiplikatorkolbens erfolgt. Dabei wird bei dieser bekannten Einrichtung der Preßkolben in der ersten und zweiten Arbeitsphase über eine Bohrung mit Rückschlagventil im Multiplikatorkolben mit Druckmedium beaufschlagt. Aufgrund des wachsenden Drucks im Zylinderraum des Preßzylinders schließt sich die Bohrung im Multiplikatorkolben, so daß der Multiplikatorkolben während der dritten Phase (Nachdruckphase) mit seiner Kolbenflächenübersetzung auf den Preßkolben und damit auf den Gießkolben einwirkt.
Unter Drei-Phasen-System versteht man demnach den Ablauf des Gießverfahrens insbesondere bei waagrechter Kaltkammer-Druckgießmaschine mit einer Vorfüllphase der Gießkammer (erste Phase), einer Formfüllphase der Gießform (zweite Phase) und einer Nachdruckphase der Gießform (dritte Phase).
Die bekannte Einrichtung gemäß der DE-PS 20 21 182 wird darüber hinaus als Zweikreis-Gießaggregat bezeichnet, da im ersten Kreis während der ersten und zweiten Arbeitsphase der Preßkolben und im zweiten Kreis während der dritten Arbeitsphase der Multiplikatorkolben mit Druckmedium aus unterschiedlichen Kolbenspeichern beaufschlagt werden. Dabei wird bei der bekannten Einrichtung der Multiplikatorkolben mit einer beidseitig des Kolbens vorgesehenen Kolbenstange ausgeführt, so daß sich für die Druckbeaufschlagunng des Multiplikatorkolbens eine vordere Ringfläche am Multiplikatorkolben selbst und eine weitere Kreisfläche an der hinteren Kolbenstange ergibt. Dies hat den Vorteil, daß eine gesonderte Regelung des ringförmigen Druckraums am Multiplikatorkolben und des zusätzlichen hinteren Zylinderraums hinter der Kolbenstange ermöglicht wird. Zur Regelung dieser Druckräume sind Durchlaßventile vorgesehen, die durch Weggeber an der Kolbenstange des Preßkolbens oder an der hiermit verbundenen Kolbenstange des Gießkolbens angebracht sind. Dabei wird über die Ventilsteuerung zunächst der hintere Zylinderraum hinter der hinteren Kolbenstange des Multiplikatorkolbens mit Druckmedium beaufschlagt, welches über die Zentralbohrung zum Zylinderraum des Preßzylinders und damit zum Preßkolben gelangt (erste und zweite Arbeitsphase). Während der dritten Arbeitsphase (Nachdruckphase) wird durch einen Weggeber oder durch druckabhängiges Schalten ein weiteres Durchlaßventil zur Beaufschlagung des ringförmigen Zylinderraums des Multiplikatorkolbens und des hinteren Zylinderraums mit Druckmedium geöffnet, wobei die Mittelbohrung im Multiplikatorkolben sich bei Druckanstieg selbsttätig verschließt.
Bei dieser bekannten Vorrichtung wird das Druckmedium vor dem Preßkolben während der ersten und zweiten Arbeitsphase über eine Auslaßbohrung in einen Ölbehälter ohne besondere Regelung und Druckbeeinflussung herausgeschoben und bei der Rückstellung des Preßkolbens wieder eingelassen. Das Druckmedium vor dem Multiplikatorkolben im Zylinderraum des Multiplikators wird bei dessen Vorwärtsbewegung in der dritten Arbeitsphase (Nachdruckphase) ebenfalls über ein Drosselventil in einen Ölbehälter befördert und bei der Rückstellung des Multiplikatorkolbens entsprechend wieder eingepumpt. Die Regelung und Steuerung von Preßkolben und Multiplikatorkolben geschieht deshalb bei der bekannten Vorrichtung ausschließlich über den Zeitpunkt der Zuschaltung des Druckmediums zu den einzelnen Druckräumen im Preßzylinder sowie im Multiplikatorzylinder bzw. zum hinteren Zylinderraum, wobei zusätzliche Drosselventile eine gewisse Mengenregulierung durch einen Druckabfall ermöglichen. Eine sonstige Beeinflussung in der Steuerung ist aufgrund der fehlenden Regelmöglichkeiten nicht vorgesehen.
Aus der Literaturstelle Ernst Brunnhuber: "Praxis der Druckgußfertigung", 3. Auflage, 1980, sind ebenfalls Multiplikatoranordnungen bekannt geworden, die auf den Seiten 70 bis 78 näher erläutert sind. Insbesondere sind auf den Seiten 73, 75 Multiplikatoranordnungen an einem Gießantrieb gezeigt, mittels welcher ebenfalls im Drei-Phasen-System gearbeitet werden kann. Dabei erfolgt die Zuschaltung des Druckspeichers für die Nachdruckphase ebenfalls über einen Impuls vom Gießkolben durch Öffnung eines Schußventils. In der Darstellung auf Seite 75 dieser Literaturstelle wird darüber hinaus eine zusätzliche Regelung des Multiplikatordruckes durch einen Gegendruck mittels eines weiteren Druckspeichers vorgeschlagen, mittels welchem die Vorwärtsbewegung des Multiplikatorkolbens abgebremst und damit Druckspitzen vermieden werden. Hierdurch kann in gewissem Umfang eine Regelung der Druckaufbauzeit in der dritten Arbeitsphase ermöglicht werden. Gemäß der Literaturangabe werden Druckanstiegszeiten durch die Druckspeicher von ca. 10 ms oder auch weniger erzielt. Ein entsprechendes Druck-Zeit-Diagramm ist auf der Seite 77 der Literaturstelle Brunnhuber zur Erläuterung angegeben.
Bei einer Ausführungsform gemäß der Darstellung in der Literaturstelle Brunnhuber, Seite 78, wird auf eine Durchgangsbohrung im Multiplikatorkolben verzichtet und die Druckbeaufschlagung des Preßkolbens unmittelbar im dahinterliegenden Zylinderraum vorgenommen. In diesem Fall wirkt ein erster Druckspeicher unmittelbar auf den Zylinderraum des Preßkolbens, auch Antriebskolben genannt. Ein zweiter Druckspeicher wirkt durch den entsprechenden Impuls auf den Multiplikatorkolben.
Neben den genannten Literaturstellen sind eine Vielzahl von Literaturstellen bekannt geworden, die sich mit der Prozeßsteuerung sowohl beim Spritzgießen als auch beim Druckgießen beschäftigen. Insbesondere aus der Literaturstelle Klein: "Automatische Gießprozeßüberwachung beim Druckgießen", Gießerei 68, (1981), Nr. 18, Seite 531 ff., ist eine solche Gießprozeßüberwachung bekannt geworden, bei welcher eine Vielzahl von Parametern, wie Formfüllzeit, Druckaufbauzeit, Druck der Schmelze, Formfüllungsgrad, Temperatur der Schmelze usw., als Ist-Werte erfaßt und mit vorgegebenen Soll-Werten verglichen werden.
Bei einer schlechten Qualität des Erzeugnisses werden die ist-Werte und ggf. auch die Soll-Werte korrigiert, um in nächstfolgenden Gießvorgängen eine Verbesserung des Gießergebnisses zu erzielen. Die Gießbedingungen werden demnach während des Druckgießprozesses überwacht und in nachfolgenden Gießprozessen ggf. korrigiert.
Alle bekannten Gießprozeßüberwachungsmethoden haben den Nachteil, daß die während des Gießprozesses ermittelten Gießparameter nicht unmittelbar auf den gerade stattfindenden Gießprozeß einwirken können, da eine Rückkopplung von ermittelten Gießparametern nicht vorgesehen ist.
Aus der DE-3142811 A1 ist weiterhin ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Regelung der Gießkolbenbewegung während des Einpreßvorganges an einer Druckgießmaschine bekannt geworden, bei welchem die Bewegungen sowahl des Preßkolbens als auch des Multiplikatorkolbens durch ein jeweils zugeordnetes Proportionalventil gesteuert bzw. geregelt wird. Über ein zusätzliches Preßkolbenablunfventil kann ein Albremsen des Gießkolbens am Ende des Formfüllphase gesteuert werden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Verfahren zur Gießprozeßüberwachung und insbesondere zur Prozeßregelung einer Druckgießmaschine sowie eine entsprechende Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens vorzuschlagen.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der jeweiligen Schutzrechtsansprüche 1 und 11 gelöst.
In den Unteransprüchen sind vorteilhafte und zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung angegeben.
Das erfindungsgemäße Verfahren bzw. die entsprechende Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens hat gegenüber dem bekannten Stand der Technik den Vorteil, daß ein sogenanntes echtzeit-geregeltes Zweikreis-Gießaggregat geschaffen wird, mit welchem eine unmittelbare Beeinflussung der Gießparameter während des Gießprozesses ermöglicht wird. Dies geschieht insbesondere dadurch, daß die Bewegung des Preßkolbens bzw. Antriebskolbens für den Gießkolben in jeder Phase seiner Bewegung kontrolliert und geregelt ablaufen kann. Das gleiche gilt für die Bewegung des Multiplikatorkolbens während dessen Bewegung in der dritten Arbeitsphase. Der Preßkolben oder Antriebskolben wird im zugehörigen Preßzylinder und der Multiplikatorkolben im zugehörigen Multiplikatorzylinderraum quasi zwischen einem vorderen und einem hinteren regelbaren Druckpolster quasi "eingespannt", so daß während der Drei-Phasen-Bewegung die jeweiligen Kolben in ihrer Vorwärtsbewegung oder auch Rückwärtsbewegung sowohl in ihrer Geschwindigkeit als auch in ihrem Beschleunigungsverhalten separat und aufeinander abgestimmt geregelt werden können. Der Zylinderraum vor dem Preßkolben und vor dem Multiplikatorkolben wird demnach als regelbarer Druckraum verwendet, wobei die diesbezüglich bekannte Regelung bei Multiplikatorkolben dahingehend verbessert wird, daß eine unmittelbare Rückkopplung der Regelwerte erfolgen kann.
Diese Regelung ist durch den Einsatz von äußerst schnell reagierenden sogenannten Servo-Proportional-Regelventilen in den jeweiligen Steuerkreisen möglich, die auch als sogenannte "Stetig-Ventile" bezeichnet werden.
Durch diese Regelungsmöglichkeit können Druckspitzen am Ende der Formfüllphase sowohl durch Abbremsen des Preßkolbens als auch durch eventuelles Rückwärtssteuern des Multiplikatorkolbens in gegenseitiger Abhängigkeit dieser Bewegungen abgebaut bzw. verhindert werden. Auch die dritte Arbeitsphase mit dem Nachdruckaufbau kann durch eine Abstimmung der Bewegung der beiden Kolben in optimal kurzer Zeit erfolgen, wobei die Regelzeiten unter 5 ms erfolgt.
Jegliche Geschwindigkeitsänderung des Gießkolbens kann demnach durch eine Steuerung und Regelung des Preßkolbens allein in der ersten und zweiten Arbeitsphase und des Multiplikatorkolbens in der dritten Arbeitsphase durch Abstimmung der zu diesen beiden Zylinderräumen zufließenden Hydraulikmenge erfolgen, wobei höhere Beschleunigungen möglich sind, als dies mit einer Hydraulikmediumversorgung aus nur einem Hydraulikmediumreservoir möglich ist.
Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung sind in der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels der Erfindung angegeben. Im einzelnen zeigt
Figur 1
eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens zur erfindungsgemäßen Prozeßsteuerung,
Figur 2
weitere Einzelheiten aus Figur 1,
Figur 3
einen zentralen Rechner mit Regelfunktion für zu verarbeitenden Daten.
Beschreibung der Erfindung:
Der in der Figur 1 dargestellte Gießantrieb 1 dient zur Betätigung einer Gießgarnitur 2, bestehend aus einer Gießkammer 3 mit darin enthaltener Metallschmelze 4 und einem Gießkolben 5 zum Einschub der Metallschmelze 4 in einen nicht näher dargestellten Formhohlraum. Der Gießkolben 5 ist über eine Gießkolbenstange 6 mit dem Gießantrieb 1 verbunden. Der Gießantrieb 1 besteht aus einem vorderen Preßzylinder 7, mit einem darin geführten Preßkolben 8, der als Antriebskolben 8 für die zugehörige Kolbenstange 9 dient. Die Kolbenstange 9 ist mit der Gießkolbenstange 6 verbunden. Der Preßzylinder 7 weist einen vorderen Zylinderraum 10 und einen hinteren Zylinderraum 11 auf, die durch den Preßkolben 8 getrennt sind. Der vordere Zylinderraum 10 wird über eine radiale und nachfolgend axiale Bohrung 12 im Zylinderkopf 13 mit einem Druckmediumanschluß 14 verbunden.
Dem Preßzylinder 7 schließt sich eine Multiplikatoreinrichtung 15 an, bestehend aus einem geschlossenen Multiplikatorzylindergehäuse 16 mit einem darin axial verschiebbaren Multiplikatorkolben 17, der den Multiplikatorzylinderraum in einen vorderen geschlossenen Zylinderraum 18 und einen hinteren geschlossenen Zylinderraum 19 auftrennt. Dabei weist der Multiplikatorkolben 17 in an sich bekannter Weise eine nach vorne hin, d. h. zur Gießgarnitur 2 hin, weisende erste Kolbenstange 20 auf, die sich durch die Zylinderwandung des Multiplikatorzylindergehäuses in den hinteren Zylinderraum 11 des Preßzylinders 7 hinein erstreckt. Der Multiplikatorkolben 17 weist darüber hinaus eine hintere Kolbenstange 21 auf, die sich ebenfalls über das Multiplikatorzylindergehäuse seitlich in einen hinteren Zylinderraum 22 eines zusätzlichen Anschlußgehäuses 23 erstreckt. Der Multiplikatorkolben 17 mit vorderer Kolbenstange 20 und hinterer Kolbenstange 21 wird durch eine zentrale Längsbohrung 24 durchsetzt, in welchem ein Rückschlagventil 25 angeordnet ist. In der hintersten Stellung des Multiplikatorkolbens 17 wird das Rückschlagventil 25 mittels einer durch die Längsbohrung 24 hindurchragenden Stange 26 vom Ventilsitz weggedrückt und damit geöffnet.
Der hintere Zylinderraum 19 des Multiplikatorzylinders ist über den Druckmediumanschluß 28, der hintere Zylinderraum 22 des zusätzlichen Anschlußgehäuses 23 über den Druckmediumanschluß 29 mit Druckmedium beaufschlagbar.
Jede Position der Gießkolbenstange 6 bzw. der Kolbenstange 9 wird mittels einer Weg/Geschwindigkeits/Beschleunigungs-Meßeinrichtung 30 erfaßt. Gleiches gilt für die Meßeinrichtung 31 zur Erfassung jeglicher Position sowie des Weges, der Geschwindigkeit, der Beschleunigung des Multiplikatorkolbens 17. Hierfür ragt eine verschiebbare Meßstange 32 vom Multiplikatorkolben 17 parallel zur Längsachse zur entsprechenden Meßeinrichtung 30. Die Meßeinrichtung kann beispielsweise ausgeführt werden, wie es in der DE 32 09 834 A1 beschrieben ist.
Der prinzipielle Aufbau des Gießantriebs für die Gießgarnitur ist auch in der eingangs erwähnten Patentschrift PS 20 21 182 der Anmelderin beschrieben. Auf den gesamten Inhalt dieser Patentschrift wird, soweit er für die vorliegenden Erfindung maßgeblich ist, hiermit ausdrücklich Bezug genommen.
Erfindungsgemäß wird zur Herstellung eines echtzeitgeregelten Zweikreis-Gießaggregats eine Reihe von schnell regelbaren Servo-Proportional-Ventilen, auch Stetig-Ventile genannt, verwendet. Durch den Einsatz von wenigstens zwei Stetig-Ventil-Baugruppen 33, 34 sowie durch Abstimmung der entsprechenden Kolbenflächen A1 des Preßkolbens 8 und der Kreisringfläche A2 des Multiplikatorkolbens 17 sowie der Kreisflächen A2.1 der vorderen Kolbenstange 20 und A2.2 der hinteren Kolbenstange 21 wird der Bewegungsablauf des Gießantriebs koordiniert. In Figur 2 ist der prinzipielle Aufbau bzw. die Anordnung des Gießantriebs nochmals dargestellt.
Mittels p/U-Meßwertumformer kann der Druck in den Druckräumen 10, 11 bzw. 18, 19 bzw. 22 erfaßt und als Regelsignal ausgewertet werden.
Das Servo-Proportional-Ventil 33 regelt demnach die Druckverhältnisse im vorderen Zylinderraum 10 (Druck p2 am Meßwertumformer 44) des Preßzylinders 7 und bewirkt eine Art Einspannung des Preßkolbens 8 zwischen dem Druckraum 10 (Druck p2) und dem Druckraum 11 (Druck p1). Letzteres ist mittels des p/U-Umformers 45 erfaßbar und dadurch regelbar. Die Bewegung des Preßkolbens 8 kann damit kontrolliert erfolgen.
Gleichermaßen erfolgt durch das Servo-Proportional-Ventil 34 eine Regelung des hinteren Druckraums 19 des Multiplikatorkolbens 17, wobei vorzugsweise der vordere Druckraum 18 des Multiplikatorkolbens ebenfalls über ein weiteres Servo-Proportional-Ventil 35 geregelt wird. Auch diesen Stetigventilen können in Fig. 1 näher dargestellte p/U-Meßwertumformer zugeordnet sein, um die Druckverhältnisse in den Druckräumen 18, 19 zu erfassen und damit zu regeln.
Schließlich wird zur Regelung des hinteren Zylinderraums 22 ebenfalls die Regelung eines schnell schaltenden Servo-Proportional-Ventils 36 am Druckmediumanschluß 29 herangezogen, so daß die Beaufschlagung des Druckraumes 22 über einen ersten Druckspeicher 37 und die Beaufschlagung des Druckraumes 19 über einen zweiten Druckspeicher 38 über eine schnell schaltende Proportional-Ventilsteuerung erfolgen kann. Auch hier können zusätzliche p/U-Meßwertumformer eingesetzt werden.
Durch diese Maßnahmen wird sowohl der Preßkolben 8 als auch der Multiplikatorkolben 17 beidseitig "eingespannt", so daß eine feinfühlige Bewegung in allen axialen Richtungen, d. h. vorwärts und rückwärts, erfolgen kann. Die Steuerung bzw. Regelung des Gieß-antriebs erfolgt durch die laufende Bestimmung der Lage "s", der Geschwindigkeit "v" oder der Beschleunigung sowohl der Gießkolbenstange 6 als auch des Multiplikatorkolbens 17 während des Gießprozesses, wie dies auch in den beiden Diagrammen v = f(s) , p = f(t) in Figur 4 prinzipiell dargestellt ist. Als Meßgröße dient weiterhin der Druck in den einzelnen Druckräumen. Die zugehörigen Meßdaten aus den Meßeinrichtungen 30, 31 bzw. den p/U-Meßwertumformern 44, 45 usw. führen über Meßleitungen 39, 40 zu einem Rechner 41 (siehe Figur 1 und 4), in welchem die übrigen erforderlichen Gießparameter ebenfalls erfaßt und ausgewertet werden. Die Stetig-Ventil-Baugruppen bzw. Servo-Proportional-Ventile 33 bis 36 werden dann vom Rechner 41 angesteuert, so daß der Bewegungsablauf des Gießantriebs in jeder Phase während des Gießprozesses kontrolliert und geregelt werden kann. Beispielsweise können durch entsprechende zusätzliche Drucksensoren im Formenhohlraum der dortige Druck PF oder durch entsprechende Temperatursensoren die dortige Temperatur TF der Schmelze erfaßt und über die Steuerleitungen 42, 43 dem Rechner 41 zugeführt werden. Druckspitzen am Ende der Formfüllphase können dann sowohl durch Abbremsen des Preßkolbens 8 als auch durch ein eventuelles Rückwärtssteuern des Multiplikatorkolbens 17 in jeweils gegenseitiger Abhängigkeit dieser Bewegungen abgebaut oder ganz vermieden werden. Auch der Nachdruckaufbau kann durch Abstimmung der Bewegungen dieser beiden Kolben in optimal kurzer Zeit erfolgen, wobei die Regelung der Proportional-Ventile 33 bis 36 in einer Zeit unterhalb von 5 ms erfolgt.
Die Geschwindigkeitsänderungen des Preßkolbens 8 und damit des Gießkolbens 5 zur Beeinflussung der Gießgeschwindigkeit kann durch Abstimmung der zum Preßzylinder 7 zur Beaufschlagung des Preßkolbens 8 und zum Multiplikatorzylinder zur Beaufschlagung des Multiplikatorkolbens 17 zufließenden Hydraulikmediummenge beeinflußt werden, wobei höhere Beschleunigungen der beiden Kolben möglich sind, als dies mit der Hydraulikmediumversorgung aus nur einem Hydraulikmediumreservoir möglich ist. Durch die entsprechende Einspannung der beiden Kolben wird dabei jegliche Bewegung des Gießantriebs kontrolliert und beeinflußt.
Vor allem die Kolbenflächen A2.1 und A2.2 sind so auszulegen, daß, z. B. bei der Vorwärtsbewegung des Multiplikatorkolbens, die Menge des bei A2.2, d. h. der hinteren Kolbenstange des Multiplikatorkolbens, zur Bewegung zufließenden Mediums zur Menge des bei A2.1 verdrängten Mediums im Bereich des Verhältnisses 0,8 bis 1,2 : 1 liegen. Dabei verhält sich die Kreiszylinderfläche A1 des Preßkolbens 8 zur Summe der Flächen aus A2 + A2.2 im Verhältnis von 1 : 2,5 bis 4. Diese Abstimmung der Flächen ermöglicht einen optimalen Betrieb des Gießantriebs
Die in Fig. 3 dargestellten Diagramme betreffen Soil-Wert-Vorgaben zur Regelung eines Gießprozesses.
Die in dem Diagramm p = f(t) dargestellten Kurven 1 bis 4 stellen Beispiele für Soll-Wert-Vorgaben dar und zwar den Soll-Wert vom Druckverlauf p über die Zeit t. Diese Druckverläufe p = f(t) können während des Betriebs geregelt gefahren werden.
Gleiches gilt für das Diagramm v = f(s) als Soll-Wert-Vorgabe der Geschwindigkeit des Gießkolbens über den Gießkolbenweg. Die Werte s1 bis s4 stellen bestimmte Wegpunkte des Gießkolbens dar, wobei zu jedem Wegpunkt eine bestimmte Geschwindigkeit zugeordnet werden kann. Beispielsweise wird im Punkt s4 die Gießkolbengeschwindigkeit kurz vor Formfüllende auf eine Restgeschwindigkeit abgebremst. Diese Vorgänge werden ebenfalls geregelt gefahren.

Claims (13)

  1. Verfahren zur Prozeßsteuerung einer Druckgießmaschine, mit einer Gießkammer (3) für die Metallschmelze (4) und einem Gießkolben (5), mit einem der Gießkammer (3) nachgeschalteten Preßzylinder (7) mit Preßkolben (8) zum Antrieb des Gießkolbens (5) und mit einer dem Preßzylinder (7) nachgeschalteten Multiplikatoreinrichtung (15) mit darin geführtem Multiplikatorkolben (17), wobei der Gießantrieb (1) als Zweikreis-Gießaggregat ausgebildet ist und wobei ein Druckmedium mittels einer ersten Ventilsteuerung (36) unmittelbar auf den Preßkolben (8) und mittels einer weiteren Ventilsteuerung (34) auf den Multiplikatorkolben (17) einwirkt, wobei der Zweikreis-Gießantrieb mittels schnell regelbaren Servo-Proportional-Ventilen (33 bis 36) (Stetigventilen) gesteuert wird, wobei die Steuerung mittels wenigstens im Zu- bzw. Ablauf (14) zum Druckraum (10) vor dem Preßkolben (8) sowie im Zu- bzw. Ablauf (28) des Druckraums (19) hinter dem Multiplikatorkolben (17) jeweils einem angeordneten Servo-Proportional-Ventil (33, 34) erfolgt, wobei die gesamten Bewegungen des Preßkolbens (8) und damit des Gießkolbens (5) sowie die Bewegungen des Multiplikatorkolbens (17) über Weg/Geschwindigkeits-Meßeinrichtungen (30, 31) sowie die Drücke in den Druckräumen von Preßzylinder (7) und Multiplikatoreinrichtung (15) erfaßt werden, wobei die Steuerung bzw. Regelung der Servo-Proportional-Ventile (33, 34) in Abhängigkeit zueinander und in Abhängigkeit der Bewegungen des Preßkolbens (8) bzw. des Multiplikatorkolbens (17) sowie der Drücke und ggf. weiterer Gießparameter im Formhohlraum mittels eines Rechners (41) erfolgt, so daß der laufende Einspritzvorgang während der Vorfüllphase und der Formfüllphase und der Nachdruckphase durch eine gesteuerte Bewegung des Preßkolbens (8) im Zusammenhang mit der Bewegung des Multiplikatorkolbens (17) unter geforderten Sollwerten abläuft.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Multiplikatoreinrichtung (15) einen Multiplikatorkolben (17) mit einer wirksamen hinteren, kreisringförmigen Druckfläche A2 in einem geschlossenen Multiplikatorzylindergehäuse (16) aufweist, wobei eine erste vordere Kolbenstange (20) des Multiplikatorkolbens (17) mit einer wirksamen vorderen Druckfläche A2.1 in den Druckraum (11) des Preßzylinders (7) und eine zweite, hintere Kolbenstange (21) des Multiplikatorkolbens (17) mit einer wirksamen Druckfläche A2.2 in einen weiteren, hinteren Druckraum (22) mündet und wobei der Multiplikatorkolben (17) mit seinen beiden, eine gemeinsame Längsachse aufweisenden Kolbenstangen (20, 21) eine Längsbohrung (24) mit Rückschlagventil (25) aufweist.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß im Zu- bzw. Ablauf des vor dem Multiplikatorkolbens (17) angeordneten Druckraums (18) ein weiteres schnell regelbares Servo-Proportional-Ventil (35) und/oder im Zu- bzw. Ablauf des hinteren Druckraums (22) für die hintere Kolbenstange (21) ein weiteres schnell regelbares Servo-Proportional-Ventil (36) vorgesehen ist.
  4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß mittels der Servo-Proportional-Ventilsteuerung am Preßzylinder (7) und an der Multiplikatoreinrichtung (15) am Ende der Formfüllphase eine Abbremsung des Preßkolbens (8) durch eine Gegendruckbeaufschlagung des Preßkolbens (8) im Druckraum (10) erfolgt, um Druckspitzen in der Gießform zu minimieren.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß mittels der Servo-Proportional-Ventilsteuerung an der Multiplikatoreinrichtung (15) eine Abbremsung bzw. eine Rückwärtssteuerung des Multiplikatorkolbens (17) erfolgt, um Druckspitzen in der Gießform zu minimieren.
  6. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mittels der Servo-Proportional-Ventilsteuerung die Bewegung des preßkolbens (8) gegenüber der Bewegung des Multiplikatorkolbens innerhalb optimal kurzer Zeiten von t ≤ 0,5 ms derart aufeinander abgestimmt ist, daß optimale Nachdruckwerte in der dritten Arbeitsphase erzielbar sind.
  7. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Preßkolben (8) und/oder der Multiplikatorkolben (17) während seiner Bewegung ständig zwischen zwei Druckpolstern "eingespannt" ist, wobei vorzugsweise die beidseitigen Druckpolster der Druckräume (10, 11) bzw. (18, 19) und damit die Bewegungen der Kolben (8, 17) mittels einer Servo-Proportional-Ventilsteuerung der Ventile (33) bis (36) innerhalb einer Regelzeit von vorzugsweise t ≤ 5 ms regelbar sind.
  8. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Preßkolben (8) und/oder der Multiplikatorkolben (17) innerhalb einer Zeitspanne t ≤ 5 ms in seiner Geschwindigkeit veränderbar ist
  9. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis der Kolbenfläche A2.1 der vorderen Kolbenstange (20) zur Kolbenfläche A2.2 der hinteren Kolbenstange (21) derart bemessen ist, daß bei der Vorwärtsbewegung des Multiplikatorkolbens (17) die Menge m1 des zur hinteren Kolbenstange (21) zufließenden Druckmediums zur Menge m2 des bei der vorderen Kolbenstange (20) im Druckraum (11) verdrängten Druckmediums ein Verhältnis aufweist von m1 : m2 = 0,8 bis 1,2 : 1.
  10. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die wirksame Druckfläche A1 des Preßkolbens (8) im Druckraum (11) zur Flächendifferenz der Multi-plikatorkreisringfläche A2 im Ringraum (19) zuzüglich der wirksamen Druckfläche A2.2 der hinteren Kolbenstange (21) im Druckraum (22) ein Verhältnis aufweist von A1 : (A2 + A2.2) = 1 : (2,5 bis 4).
  11. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, mit einer Gießgarnitur (2), einem nachgeschalteten Gießantrieb (1), bestehend aus einem Preßzylinder (7) mit Preßkolben (8) und einer Multiplikatoreinrichtung (15) mit Multiplikatorkolben (17), wobei der Gießantrieb als Zweikreis-Gießaggregat ausgebildet ist, wobei eine Ventilsteuerung für den Zweikreis-Gießantrieb vorgesehen ist, die aus schnell regelbaren Servo-Proportional-Ventilen Stetigventile (33 bis 36) mit einer Regelzeit t ≤ 5 ms besteht, wobei wenigstens der Zu- bzw. Ablauf des Preßzylinders (7) sowie der Zu- bzw. Ablauf der Multiplikatoreinrichtung (15) mit schnell regelbaren Servo-Proportional-Ventilen (33, 34) versehen ist und wobei die gesamten Bewegungen der Gießkolbenstange (6) und des Multiplikatorkolbens (17) über Weg/Geschwindigkeits-Meßeinrichtungen (30, 31) erfaßbar sind und wobei ein Rechner zur Steuerung bzw. Regelung der Servo-Proportional-Ventile in Abhängigkeit der Bewegungen der Gießkolbenstange (6) und des Multiplikatorkolbens (17) vorgesehen ist und wobei der Druck in den Druckräumen (10, 11) bzw. (18, 19) zur "Einspannung" des Preßkolbens (8) bzw. des Multiplikatorkolbens (17) mittels Meßwertunfformern (44, 45 uzw.) erfaßbar und als ist-Wert dem Rechner (41) zuführbar ist.
  12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Multiplikatoreinrichtung (15) mit einem Multiplikatorkolben (17) und einer hiermit verbundenen vorderen Kolbenstange (20) und einer hinteren Kolbenstange (21) sowie einer zentralen Längsbohrung (24) mit Rückschlagventil (25) vorgesehen ist, wobei der vordere Druckraum (18) und der hintere Druckraum (19) zur Einspannung des Multiplikatorkolbens (17) mittels Servo-Proportional-Ventilen (34, 35) regelbar ist.
  13. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der hinter der hinteren Kolbenstange (21) des Multiplikatorkolbens liegende Druckraum (22) mittels einer Servo-Proportional-Ventilsteuerung (36) als Druckraum regelbar ist.
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