EP3892399B1 - Giesskolbensystem und giessverfahren für eine druckgiessmaschine - Google Patents

Giesskolbensystem und giessverfahren für eine druckgiessmaschine Download PDF

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EP3892399B1
EP3892399B1 EP21164291.3A EP21164291A EP3892399B1 EP 3892399 B1 EP3892399 B1 EP 3892399B1 EP 21164291 A EP21164291 A EP 21164291A EP 3892399 B1 EP3892399 B1 EP 3892399B1
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EP
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casting
system part
mass
additional mass
piston
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Peter Maurer
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Oskar Frech GmbH and Co KG
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Oskar Frech GmbH and Co KG
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Publication date
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Definitions

  • the invention relates to a casting piston system for a die casting machine, wherein the casting piston system includes a stationary system part and a system part which is moved relative to the stationary system part in a respective casting cycle for introducing molten material into a casting mold, which system part comprises a casting piston, a casting piston rod and a rod drive unit and is designed to brake at the end of a mold filling phase of the casting cycle under the action of pressure on the molten material, as well as to a casting method for a die casting machine with such a casting piston system.
  • Casting piston systems of this type and associated casting processes are generally known for use in die casting machines, in particular for die casting metal parts.
  • the respective casting cycle is usually made up of a pre-filling phase in which the melt material is transported or advanced to a casting mold inlet, a mold filling phase in which the melt material is pressed into the casting mold, and a holding pressure phase in which holding pressure is exerted on the melt material in the casting mold via the casting piston.
  • the melt material is transported to and into the casting mold by the corresponding melt-promoting movement of the moving system part relative to the stationary system part of the casting piston system.
  • the stationary system part is understood to mean the part of the casting piston system that is held stationary, for example on an associated machine structure of the die casting machine
  • the moving system part is understood to mean the part of the casting piston system that moves relative to the stationary system part for this melt transport, i.e. all components of the casting piston system that are moved for this purpose and braked at the end of the mold filling phase.
  • the moving system part is completely or at least largely braked in its forward movement pressing the melt into the mould, whereby any remaining forward movement or a certain springback or oscillation movement is stopped at the latest in the subsequent so-called holding pressure phase. is dismantled and the moving system part comes to a complete standstill at the latest, if not already at the end of the mold filling phase.
  • the moving system part usually includes the pouring piston, the pouring piston rod, to the front end of which the pouring piston is coupled, and the rod drive unit, which drives the pouring piston rod to transport the molten material through the pouring piston and typically comprises a drive piston and a pouring piston coupling, via which the pouring piston rod is coupled to the drive piston at its end opposite the pouring piston.
  • the drive piston is usually part of the so-called pouring unit, which refers to the driving part of the pouring piston system.
  • the pouring piston and the pouring piston rod are typically part of the so-called pouring set, which refers to the driven part of the pouring piston system.
  • a so-called multiplier unit or pressure intensifier unit which serves to provide the holding pressure in the holding pressure phase, can optionally be coupled to the drive piston as a further component of the pouring unit.
  • the stationary system part of the casting piston system includes in particular those components which serve to guide the movement of the components of the moving system part, e.g. a casting cylinder in which the drive piston is guided, and a casting chamber body which defines a cylindrical casting chamber, for example, in which the melt is initially located and in which the casting piston moves.
  • the moving system part is relatively abruptly decelerated in its forward movement by the melt material filling the mold, either completely or largely to a standstill, whereby a so-called first pressure peak is formed for the melt material in the mold.
  • This first pressure peak is important for the initial compaction of the melt material in the mold, particularly in areas of the mold or the resulting cast part that are relatively far away from a gate area in which the melt material enters the mold.
  • the pressure multiplication in the holding pressure phase often no longer has a sufficient effect on its own due to its technical time delay and the onset of melt solidification.
  • the typical mold filling time i.e.
  • the duration of the mold filling phase can be in the range of 10ms to 15ms, while in some cases Due to the design, the pressure multiplication effect is delayed by 15ms to 35ms in the holding pressure phase compared to the end of the mold filling phase.
  • the first pressure peak in the casting mold conflicting process goals are traditionally considered.
  • the first pressure peak should be large enough to achieve sufficient initial compaction of the melt material in the casting mold.
  • an excessively large first pressure peak in the casting mold leads to what is known as over-spraying of the mold, which means that in the mold parting plane, i.e. in the plane separating the movable mold half and the stationary mold half, melt flows beyond the mold contour, which causes undesirable burr formation and the need for subsequent additional mechanical processing.
  • the patent specification EN 34 33 121 C1 discloses a casting piston system with a casting piston coupling, in which a hydraulic damping device for the rod drive unit with a damping chamber and a damping piston that can be moved in this chamber as well as a spring-loaded control piston is integrated, which can move a little further due to inertia at the end of the mold filling phase after the casting piston has been decelerated and only releases bores running between the damping chamber and a storage chamber in this damping case and otherwise blocks them.
  • a casting piston system in which the casting piston coupling has a pressure chamber in which an explosive Medium which can be caused to explode during the transition from the pre-filling phase to the mold filling phase in order to accelerate the casting piston rod together with the casting piston relative to the rod drive unit in order to carry out the mold filling phase.
  • the disclosure document DE 42 18 556 A1 discloses a casting piston system with a hydraulic dual-circuit casting drive for a press piston on the one hand and a multiplier piston on the other hand and with an associated valve control that uses quickly adjustable servo-proportional valves in order to be able to regulate the hydraulic medium quantities required to actuate the respective piston in a coordinated manner.
  • the patent specification DE 28 33 063 C2 discloses a casting piston system with a hollow casting piston and a casting piston damping between the piston rod and the casting piston, through which the piston rod can move together with an inner piston a short distance into the hollow casting piston when it is braked at the end of the mold filling phase at the same time as the casting piston.
  • the invention is based on the technical problem of providing a casting piston system of the type mentioned at the outset, which, compared to the prior art explained above, enables advantages in carrying out casting processes with a view to achieving a high quality of the cast parts produced, as well as a casting method for a die casting machine equipped with such a casting piston system.
  • the invention solves this problem by providing a casting piston system with the features of claim 1 and a casting method with the features of claim 10.
  • Advantageous developments of the invention are specified in the subclaims.
  • the moving system part of the casting piston system has a rigid mass that can be variably adjusted between different casting cycles.
  • variable, adjustable rigid mass is to be understood here as the so-called solid mass of the moving system part.
  • the change in this mass therefore causes a change in the rigid mass, while any changes in fluid or gaseous masses are not taken into account.
  • the mass of the moving system part essentially corresponds to the sum of the masses of the casting piston, casting piston rod and rod drive unit.
  • the moving system part consists of a moving main system part and an additional mass unit arranged to be movable relative to the main system part, which at the end of the mold filling phase of the casting cycle brakes a predeterminable delay time later than the main system part, i.e. comes to a complete or largely standstill in its forward movement.
  • the additional mass unit is to be understood as one or more rigid masses, i.e. solid masses or mass bodies, while any fluid or gaseous masses are not taken into account in this regard.
  • the rigid masses are also referred to as masses for short.
  • the effect of the impulse of the moving system part on the melt material in the casting mold at the end of the mold filling phase for a respective casting cycle can be modified in its temporal course by the rigid additional mass unit braking later than the main system part and consequently the force provided by the additional mass unit
  • the impulse effect on the melt material in the casting mould occurs with a corresponding delay compared to the impulse effect caused by the braking of the moving main system part.
  • the effect of the impulse of the moving system part on the melt material in the casting mold resulting from the braking of the moving system part at the end of the mold filling phase of the respective casting cycle determines or at least significantly influences the first pressure peak for the melt material in the casting mold and thus the initial compaction of the casting part resulting from the solidification of the melt material in the casting mold and consequently the properties or quality of the casting part.
  • the casting piston speed does not need to be changed for this variable change and thus optimization of the impulse effect of the moving system part on the melt material in the casting mold and can therefore be optimized in the conventional way with regard to other criteria, in particular with regard to the flow behavior of the melt material during transport to and into the casting mold as well as with regard to minimal air turbulence and minimal mold wear and short mold filling times.
  • the casting piston system according to the invention thus enables optimization of the casting process for the respective cast parts produced, in particular with regard to the quality of the cast part and/or cost-effectiveness, by variably adjusting the impulse effect of the moving system part on the melt material in the casting mold at the end of the mold filling phase, regardless of the course of the casting piston speed during the mold filling phase.
  • the casting process according to the invention allows the casting process and thus in particular the quality of the cast parts produced to be optimized both by optimizing the speed course of the casting piston during the casting cycle and by independently optimizing the impulse effect of the moving system part of the casting piston system on the melt material in the casting mold at the end of the mold filling phase.
  • the casting method according to the invention which is suitable for a die casting machine equipped with the casting piston system according to the invention, wherein according to the method at least one casting parameter of a respective casting cycle is recorded, preferably one which determines the quality of the cast part to be produced essentially determines or co-determines and/or which is indicative thereof, and/or one which influences the effectiveness of the casting process, and the mass of the moving system part and/or the delay time for the relatively movable additional mass unit is variably adjusted for one or more future casting cycles depending on the at least one recorded casting parameter.
  • the casting piston system has a control unit that is set up to determine the mass of the moving system part that is to be set as optimal for the upcoming casting cycle(s) and/or the delay time of the additional mass unit that is arranged to be movable relative to the main system part that is to be set as optimal for the upcoming casting cycle(s), preferably by evaluating actual values of one or more casting parameters that were recorded by sensors or otherwise for one or more previous casting cycles, in particular those casting parameters that the person skilled in the art knows influence or represent the quality of the cast part produced and/or the effectiveness of the casting process.
  • the control unit is able to automatically optimize the casting process or the casting cycles, if necessary iteratively and/or using computer simulations that have been carried out beforehand.
  • the casting piston system comprises one or more additional mass bodies, each of which is designed to be detachably attached to the moving system part and, when attached, forms part of the moving system part.
  • the mass and consequently the momentum of the moving system part, which acts on the melt material in the casting mold at the end of the mold filling phase, can thus be variably selected for the respective casting cycle by selecting one or more of these predetermined additional mass bodies and by detachably attaching the selected additional mass body or bodies to the moving system part.
  • the additional mass body can form the additional mass unit mentioned if it is arranged so as to be relatively movable relative to the main system part.
  • the additional mass body can be an additional mass that is rigidly attached to the rest of the moving system part and can be detachable.
  • the additional mass bodies are provided, of which at least two additional mass bodies have a different mass. This offers a good prerequisite for minimizing the number of such additional mass bodies to be provided in order to be able to set the mass of the moving system part differently within a certain, predeterminable value range.
  • the additional mass bodies can differ in their respective mass in binary steps, i.e. by powers of the number 2, or alternatively in a differently graded distribution.
  • the additional mass bodies can each have the same mass, i.e. they can then be realized as identical parts, for example.
  • the casting piston system includes a control unit that is set up to automatically select an additional mass body to be attached to the moving system part. For this selection, the control unit preferably uses information about casting parameters relevant to the casting process for an upcoming casting cycle and/or from one or more previous casting cycles.
  • the stationary system part has an additional mass storage unit for the provision of the additional mass body(s).
  • An additional mass selected for this use is taken from the storage unit on the stationary system part and coupled to the moving system part.
  • the additional mass body(s) can be provided externally or separately from the casting piston system, e.g. at another position of a machine structure of the die casting machine on which the casting piston system is provided.
  • the casting piston system has an additional mass handling unit which is designed to automatically attach and remove a respective additional mass body to and from the moving system part.
  • This handling unit can be implemented, for example, by a fully automatic handling robot or alternatively by a semi-automatic, partially user-operated handling device.
  • the casting piston system comprises a set of several casting pistons with predefined different masses, which are designed for interchangeable use as casting pistons of the moving system part in order to be able to variably adjust the mass of the moving system part between different casting cycles, whereby the casting pistons differ in their mass by predefined mass increments.
  • the best-fitting casting piston can be selected from the set of several casting pistons with predefined different masses and used as the casting piston of the moving system part.
  • the mass increments can be specified in any desired manner, e.g. all of the same size or at least partially of different sizes.
  • the casting pistons In order to be able to keep the casting chamber unchanged, it is preferred if the casting pistons have the same external diameter in this embodiment of the invention. In addition, since the selection of materials suitable for the casting pistons is relatively limited due to the requirements placed on them in terms of strength and direct melt contact, the achievable mass variation of the casting pistons generally remains correspondingly limited in this case, which makes this implementation of the invention preferably suitable for smaller mass changes.
  • the casting piston system contains a set of several casting piston rods with predefined different masses, which are designed for interchangeable use as casting piston rods of the moving system part, whereby the casting piston rods differ in their mass by predefined mass increments.
  • the best-fitting casting piston rod can be selected from the set of several casting piston rods with predefined different masses and used as the casting piston rod of the moving system part.
  • the mass increments can be specified in any desired manner, e.g. all the same size or at least partially different sizes.
  • the casting piston rods with predefined different masses are designed for use with the same casting piston or at least with casting pistons of the same outer diameter and preferably also for use with the same casting chamber, so that by exchanging the casting piston rod, the mass of the moving system part can be changed as desired without requiring a different casting chamber or a casting piston with a different outer diameter.
  • an outer diameter that is the same across the depth of immersion in the casting chamber is preferably selected for the casting piston rods of different weights.
  • the different masses can be provided, for example, by using materials of different weights and/or by designing the casting piston rods differently in their axial area outside their depth of immersion in the casting chamber, particularly with regard to their outer diameter.
  • Immersion depth is understood here to be the axial area of the casting piston rods with which they can maximally immerse themselves in the casting chamber, i.e. with the casting piston moved forward as far as possible at the end of the holding pressure phase. Since the casting piston rod is a component of the casting piston system that is usually relatively easy to replace and also contributes a significant proportion to the total mass of the moving system part, this implementation of the invention can be particularly advantageous for numerous applications.
  • the casting piston system contains a set of several casting piston couplings with predefined different masses, which are designed for interchangeable use as a casting piston coupling of the rod drive unit of the moving system part, wherein the casting piston couplings differ in their mass by predefined mass increments.
  • the best-fitting casting piston coupling can be selected from the set of several casting piston couplings with predefined different masses and used as the casting piston coupling of the moving system part.
  • the mass increments can be specified in any desired manner, e.g. all the same size or at least partially different sizes.
  • the use of casting piston couplings of different weights does not require any changes to the casting chamber.
  • the casting piston system contains a set of several casting piston drive pistons with predefined different masses, which are set up for interchangeable use as a casting piston drive piston of the rod drive unit of the moving system part, wherein the casting piston drive pistons differ in their mass by predefined mass increments.
  • the best-fitting casting piston drive piston can be selected from the set of several casting piston drive pistons with predefined different masses and used as the casting piston drive piston of the moving system part.
  • the mass increments can be specified in any desired manner, e.g. all the same size or at least partially different sizes.
  • the use of casting piston drive pistons of different weights does not require any changes to the casting chamber.
  • the additional mass unit of the moving system part which is arranged to be movable relative to the main system part, contains an additional mass body which is arranged to slide between an initial position and an end position on the moving main system part, the initial position being defined by an initial end stop on the moving main system part and/or the end position being defined by an impact end stop on the moving main system part.
  • the additional mass unit initially continues to move from the initial position at a substantially unchanged speed due to its mass inertia and then brakes when the impact end stop is reached in order to deploy its impulse effect on the main system part and via this on the melt material in the mold with a corresponding delay.
  • the relatively movable additional mass unit can comprise several individual such additional mass bodies, each with its own, preferably variable, sliding stroke, depending on the requirements and application.
  • the sliding additional mass bodies can differ in their sliding stroke, whereby they exert their impulse effect on the melt material in the mold at different times at the end of the mold filling phase. which allows a large variability of the time course of the impulse effect of the moving system part on the melt material in the casting mold.
  • the initial end stop on the moving main system part is adjustable.
  • the impact end stop on the moving main system part is adjustable.
  • the sliding stroke of the additional mass unit can be variably adjusted manually or automatically depending on the casting speed at which the moving system part moves during the mold filling phase before braking. This means that, for example, the delay time of the additional mass unit can be kept essentially constant if necessary, even if the casting speed is changed to adapt to other conditions, e.g. using a different casting mold and/or a different casting melt material.
  • the casting piston system includes a locking unit for releasably locking the additional mass body in the initial position or in the final position or at a predeterminable locking position between the initial position and the final position.
  • the locking unit When the locking unit is activated, it locks the additional mass body in the relevant position and thereby makes it an additional mass body that is rigidly coupled to the moving main system part and then exerts its impulse effect on the melt material in the casting mold at the end of the mold filling phase at the same time as the rest of the moving system part. After this locking is released, the additional mass body can again function as an additional mass unit that acts on the melt material in the casting mold with a delay compared to the rest of the moving system part.
  • FIG.1 A casting piston system according to the invention for a die casting machine is shown schematically, wherein the casting piston system has a stationary system part 1 and a moving system part 2.
  • the stationary system part 1 comprises, for example, as shown, a casting chamber 12 and a casting piston drive cylinder 13, the latter often also referred to as the casting cylinder for short.
  • the casting chamber 12 opens as usual into a casting mold 14, which is formed by a fixed and a movable casting mold half of the die casting machine.
  • the moving system part 2 is movable relative to the stationary system part 1 in order to introduce molten material into the casting mold 14 in a respective casting cycle, for which purpose it comprises a casting piston 3, a casting piston rod 4 and a rod drive unit 5 and is designed to brake at the end of a mold filling phase of the casting cycle under pressure on the molten material.
  • the casting piston 3 is arranged in a fluid-tight manner and can move axially in the, for example, cylindrically designed casting chamber 12.
  • the casting piston rod 4 carries the casting piston 3 at its front end region and is coupled at its rear end region to the rod drive unit 5, specifically to a casting piston coupling 9 of the rod drive unit 5.
  • the casting piston coupling 9 couples the casting piston rod 4 to a front end region of a casting piston drive piston 10 of the rod drive unit 5, which is guided axially movably in the casting piston drive cylinder 13.
  • the casting piston drive piston 10 is optionally coupled to a pressure multiplier unit (not shown).
  • the moving system part 2 has a rigid mass that can be variably adjusted between different casting cycles and/or consists, as in the embodiment of Fig.5 , consisting of a moving main system part 2a and a rigid additional mass unit Z E arranged to be movable relative to the main system part 2a, which is designed to brake at the end of the mold filling phase of the casting cycle a predeterminable delay time later than the main system part 2a.
  • the casting piston system according to the invention includes one or more rigid additional mass bodies, each of which is designed for detachable attachment to the moving system part 2 and, in the attached state, forms a component of the moving system part 2 that is rigidly coupled in terms of movement.
  • Fig.1 shows a related design variant in which such an additional mass body ZK can be detachably attached to the casting piston drive piston 10 of the moving system part 2. is attached.
  • Fig.2 shows a related design variant in which such an additional mass body ZK is detachably attached specifically to the casting piston coupling 9 of the moving system part 2.
  • Fig.3 shows a related design variant in which such an additional mass body ZK is detachably attached specifically to the casting piston rod 4 of the moving system part 2.
  • Fig.4 shows a related design variant in which several such additional mass bodies ZK 1, ZK 2 , ZK 3 can be optionally attached detachably to the moving system part 2, e.g.
  • Fig.4 shows a situation in which only a first additional mass body ZK 1 is detachably attached to the moving system part 2, here specifically to the casting piston coupling 9.
  • the assembly and disassembly of the one or more additional mass bodies ZK or ZK 1, ZK 2 , ... takes place without tools and/or using a quick-change or quick-clamping system.
  • any integer multiple of the smallest mass of the lightest additional mass body can then be set with a comparatively small number of additional mass bodies to be provided for the total mass of all additional mass bodies ZK 1, ZK 2 , ...
  • the stationary system part 2 an additional mass storage unit 6 for storing Provision of the additional mass body(s) ZK or ZK 1, ZK 2 , ....
  • an additional mass storage unit 6 for storing Provision of the additional mass body(s) ZK or ZK 1, ZK 2 , ....
  • the additional mass bodies ZK 1, ZK 2 , ... are removably suspended from an additional mass holder 6a acting as an additional mass storage unit 6, which in turn is arranged on the stationary system part 1, e.g. on the casting piston drive cylinder 13, or alternatively on another stationary, fixed component of the relevant die casting machine.
  • the additional mass bodies ZK 1, ZK 2 , ... stored in this way can then be removed from the additional mass storage unit 6 individually or in any combination as required and removably attached to the moving system part 2 in order to carry out the relevant casting cycle with the desired total mass of the moving system part 2.
  • the casting piston system comprises an additional mass handling unit 7, which is designed to automatically attach the respective additional mass body ZK or ZK 1, ZK 2 , ... to the moving system part 2 and to automatically remove the respective additional mass body ZK or ZK 1, ZK 2 , ... from the moving system part 2.
  • an additional mass handling unit 7 is in Fig.4 for the embodiment there is shown in block diagram form. It can, for example, comprise a conventional handling robot that is specifically configured to carry out the necessary handling measures. Alternatively, the attachment and removal of the respective additional mass body ZK, ZK 1, ZK 2 , ... to or from the moving system part 2 can be carried out by appropriate operating personnel.
  • the casting piston system comprises, as in Fig.6 illustrates a set of several in Fig.6 block diagrammatically represented casting pistons 3 1 to 3 n1 with predefined different masses, which differ in their mass by predefined mass increments and are designed for interchangeable use as casting pistons 3 of the moving system part 2, and/or a set of several in Fig.6 block diagrammatically represented casting piston rods 4 1 to 4 n2 with predefined different masses, which differ in their mass by predefined mass increments and are designed for interchangeable use as casting piston rod 4 of the moving system part 2, and/or a set of several in Fig.6 block diagrammatically reproduced casting piston couplings 9 1 to 9 n3 with predefined different masses, which are in their mass by predefined mass increments and are designed for interchangeable use as a casting piston coupling 9 of the rod drive unit 5 of the moving system part 2, and/or a set of several in Fig.6 block diagrammatically represented casting piston drive pistons 10 1 to 10 n4 with predefined
  • the actually used casting piston 3 can be selected from the number n1 of existing casting pistons 3 1 to 3 n1 of different masses and/or the actually used casting piston rod 4 from the number n2 of casting piston rods 4 1 to 4 n2 of different masses and/or the actually used casting piston coupling 9 from the number n3 of casting piston couplings 9 1 to 9 n3 of different masses and/or the actually used casting piston drive piston 10 from the number n4 of casting piston drive pistons 10 1 to 10 n4 of different masses.
  • all four sets can be present in a given casting piston system, or only one of the four sets or any two or three of the four sets can be provided.
  • the mass of the moving system part 2 can be varied between different casting cycles by selecting a different casting piston and/or a different casting piston rod and/or a different casting piston coupling and/or a different casting piston drive piston.
  • the detachable attachment of one or more additional mass bodies to the moving system part 2 can also be provided, in the example shown by Fig.6 by the additional mass body ZK detachably attached to the casting piston rod 4.
  • this design type can be supplemented if required by the above-mentioned additional mass unit Z E , which is arranged so as to be movable relative to the moving main system part 2a.
  • the mass increments by which the relevant casting pistons 3 1 to 3 n1 , casting piston rods 4 1 to 4 n2 , casting piston couplings 9 1 to 9 n3 or casting piston drive pistons 10 1 to 10 n4 differ in their mass can be suitably predefined depending on the circumstances or requirements. It is generally expedient to keep the mass increments between any two components that are consecutive in terms of their mass and/or the overall mass difference between the lightest and the heaviest component of the respective set within predetermined limits.
  • the additional mass unit Z E arranged to be movable relative to the system main part 2a has an additional mass body Z M arranged to be slidable between an initial position and an end position on the moving system main part 2, wherein the initial position is defined by an initial end stop IA on the moving system main part 2a and/or the end position is defined by an impact end stop AA on the moving system main part 2a.
  • Fig.5 shows a corresponding embodiment which has both the initial end stop IA and the impact end stop AA on the moving system main part 2.
  • At least the initial end stop IA or the impact end stop AA on the moving system main part 2 is adjustable, whereby an adjustability of both end stops IA, AA can also be provided.
  • the end stop adjustment can be carried out manually as required, e.g. by a manually operated screw spindle, or automatically by a corresponding actuator mechanism.
  • the impact end stop AA is provided on the casting piston coupling 9, while the initial end stop IA is provided by an initial end stop body 8 which is axially adjustably fixed to the casting piston drive piston 10.
  • the additional mass body Z M can therefore move relative to the rest of the moving system part, i.e. relative to the moving main system part 2a, by a sliding stroke or stroke H corresponding to the axial distance between the initial position and the final position. If the moving main system part 2a moves together with the additional mass body Z M at a defined feed rate during the mold filling phase and the moving main system part 2a brakes at the end of the mold filling phase, the sliding additional mass body Z M initially maintains this feed rate until it has covered its stroke H from the initial position to the final position and then brakes at the impact end stop AA.
  • the additional mass body Z M thus brakes at the end of the mold filling phase of the casting cycle a predetermined delay time later than the main system part 2a, which results from the quotient of the stroke H divided by the feed rate of the moving system part 2 at the end of the mold filling phase directly before the braking of the moving main system part 2a.
  • the delay time by which the additional mass body Z M brakes later than the main system part 2a can be specified variably in the desired manner according to the functional relationship with the stroke H explained above, without the need to change the feed rate for the moving system part 2.
  • the relatively movable additional mass unit Z E consists solely of the additional mass body Z M
  • the relatively movable additional mass unit Z E contains one or more additional mass bodies which are arranged in a desired manner relative to the moving system main part 2a.
  • one or more additional mass bodies of the type of the additional mass body ZK of the Fig. 1 to 3 or according to the type of additional mass body ZK 1, ZK 2 , ... of Fig.4 which are designed for detachable attachment to the moving system part 2 and, when attached, form a component of the moving system part 2 which is rigidly coupled to the rest of the moving system part.
  • the feed rate of the moving system part 2 towards the end of the mold filling phase is 5 m/s and the rigid mass of the moving system main part 2a is 100 kg, the mass of the additional mass unit Z E is 20 kg and the sliding stroke H of the additional mass unit Z E is 50 mm.
  • the additional mass unit Z E then imparts an additional impulse of 20% to the melt material in relation to the impulse of the rigid mass of the moving system main part 2a, with this impulse transfer starting 10 ms after the impulse transfer by the braking of the moving system main part 2a.
  • the delayed impulse transfer effect can bridge the time period between the first pressure peak, which is due to the impulse transfer of the rigid mass of the moving system main part 2s at the time of the end of the mold filling, and an effect of an optional pressure multiplier device, which typically only begins approx. 20ms to 35ms after the end of the mold filling, in a process-efficient manner, without the first pressure peak being excessive, so that any over-spraying of the mold can be avoided.
  • the delayed time of the additional impulse transfer to the melt material by the additional mass unit Z E can be influenced in a targeted manner depending on the circumstances or the casting parameters, in particular depending on the casting piston speed and the structural casting arrangement. By adjusting the end stop, ie adjusting the sliding stroke H, the delayed impulse transfer effect can be adjusted if necessary for the purpose of process optimization for the successive casting cycles can be set variably.
  • the mass of the additional mass unit Z E can also be varied, e.g. by exchanging the additional mass unit Z E or by constructing the additional mass unit Z E from a variable number of additional mass bodies that can optionally be coupled to the moving main system part 2a in a relatively movable manner. In this way, the strength and/or the time of this additional impulse transfer to the melt material at the end of the mold filling phase can be set so that the desired optimal cast part quality is achieved, which can be determined empirically or by computer simulation, for example.
  • the moving system part 2 contains several additional mass units Z ⁇ that are arranged to be relatively movable relative to the main system part 2a and that brake at the end of the mold filling phase of the casting cycle by an individually predeterminable delay time later than the main system part 2a.
  • the mass of each additional mass unit Z E and thus the strength of the additional impulse transfer to the melt material that it causes, as well as the time at which it transfers the additional impulse to the melt material by braking can be individually determined. If required, this design variant can be used to provide a staggered, successive additional impulse transfer to the melt material by the several additional mass units Z ⁇ that are braked one after the other.
  • the casting piston system as for the embodiment of Fig.5 shown, a locking unit 11 for releasably locking the additional mass body Z M in the initial position or in the final position or at a predeterminable locking position between the initial position and the final position.
  • the locking unit 11 is exemplary in the implementation of Fig.5 formed by a locking latch device with a locking latch which is pivotably mounted on the casting piston coupling 9 and which engages in a suitable latch receptacle on the additional mass body Z M when the additional mass body Z M has reached its end position, ie in this case the impact end stop AA on the casting piston coupling 9.
  • the locking unit 11 ensures that the additional mass body Z M is held in place after reaching its impact end stop AA. After the casting process has been completed the locking mechanism is released so that the additional mass body Z M can return to its initial position.
  • the return movement of the additional mass body Z M can optionally be carried out, as in the example of Fig.5 realized, supported by a return spring arrangement 15, which in this example is held on the one hand on the additional mass body Z M and on the other hand in a receptacle in the casting piston coupling 9.
  • Fig.7 illustrates in a schematic flow diagram form a casting process according to the invention only with the process steps of interest here for a die casting machine which is equipped with a casting piston system according to the invention, e.g. in an embodiment according to the type of one of the Fig. 1 to 6 is equipped.
  • one or more casting parameters are recorded for the execution of a respective casting cycle, which are derived from one or more previous casting cycles and/or are specified for the upcoming casting cycle.
  • This casting parameter recording is carried out by a machine control with which the die casting machine is typically equipped and which also forms or includes a control unit for the casting piston system.
  • the control unit for the casting piston system is, as is also known per se, set up to control or regulate the respective casting process.
  • the control unit in the casting piston system determines the mass of the moving system part 2 to be set as optimal for the upcoming casting cycle(s) and/or the delay time of the additional mass unit Z ⁇ arranged to be relatively movable relative to the moving main system part 2a to be set as optimal for the upcoming casting cycle(s).
  • the control unit preferably evaluates actual values of one or more casting parameters recorded by sensors or otherwise and belonging to one or more previous casting cycles, in particular those casting parameters which influence or represent the quality of the cast part produced and/or the effectiveness of the casting process.
  • the control unit is thus able to optimize the casting cycle automatically, depending on the design of the control, purely in a controlling and/or iterative manner and/or using computer simulations carried out in advance and/or by means of real-time control interventions during the respective casting process.
  • the mass of the moving system part 2 and/or the delay time for the relatively movable additional mass unit Z E are variably set for one or more future casting cycles depending on the at least one recorded casting parameter.
  • the casting process is then carried out with a correspondingly optimized casting process control.
  • control unit is set up by an algorithm suitably stored in it to determine the associated impulse or an impulse equivalent relevant for the impulse transfer to the melt material from the pouring piston position, the pouring piston speed, i.e. the feed speed of the moving system part 2, and the mass of the moving system part 2 or the mass of the moving main system part 2a and the mass of the sliding additional mass unit Z E as part of the process-compliant implementation of the casting processes and to make it available for further processing.
  • This can also be used, for example, to visually or otherwise display or represent the determined impulse transfer effect as a measure of the compaction effect of the first pressure peak taking place in the melt at the end of the mold filling phase.
  • control unit in corresponding designs is set up to determine the required mass for the moving system part 2 or for the moving system main part 2a and the relatively movable additional mass unit Z ⁇ for a desired height of the first pressure peak depending on the influencing factors present in the given die casting machine or the given casting piston system, or to determine it empirically or by computer simulation using an associated characteristic map specific to the cast part to be produced.
  • control unit can be designed to determine the optimal additional mass without knowledge of the actual pressure peak, in this case e.g. empirically based on the evaluated cast part quality, whereby the casting piston speed is varied without changing the impulse effect.
  • one or more of the following factors are used as influencing factors: The preselected or actual casting piston speed in the mold filling phase; the mass of the moving system part 2 without relatively movable additional mass unit Z ⁇ and without detachably attached additional mass bodies ZK, ZK 1 , ...; the Closing force of the mold closing unit of the die casting machine; the blasting area of the cast part and/or sprue; the weight of the cast part and/or sprue; the cast part characteristics, particularly with regard to wall thicknesses; the composition of the melt material; the effective casting piston diameter in the casting chamber 12; the dimensions of the casting piston drive, particularly with regard to diameter and hydraulic effective areas; the hydraulic drive pressure of the casting piston drive; the parameters of the optional pressure multiplier device, particularly with regard to dimensions and hydraulic effective areas of the multiplier unit, pressure profile specification and multiplier system pressure; and the current and/or maximum possible value for the sliding stroke H in the case of an existing, relatively movable additional mass unit Z ⁇ .
  • control unit can be set up to determine the associated value for the sliding stroke H for a desired height of the first pressure peak with a known mass of the relatively movable, existing additional mass unit Z E depending on the influencing factors mentioned or to determine it from a characteristic map determined empirically or by computer simulation and specific to the cast part to be produced.
  • an analogous procedure can be followed if the actual pressure peak is not known, but the impulse transfer effect is empirically assessed as good and only the casting piston speed is to be varied without changing the impulse transfer effect.
  • An additional influencing factor here if a locking unit 11 is present, is its locking state, i.e. whether the relatively movable additional mass unit Z E or the relatively movable additional mass body Z M is locked by the locking unit 11 or not.
  • the recording of the casting parameters is supported by suitable sensors, which are easily understood by the expert with knowledge of the sensor tasks.
  • the sensors can in particular contain one or more of the following sensors: one or more limit switches for detecting the presence of rigid coupled additional mass body ZK, ZK 1 , ...
  • wired and/or wireless identification sensors for identifying individual additional mass bodies and/or component parts of the casting piston system and in particular of its moving system part 2; acceleration sensors, the sensor information of which can be evaluated together with sensor data of the casting drive system, in particular with regard to position, pressures, etc., to determine the total mass of the moving system part 2; a sensor for measuring the current sliding stroke H when the relatively movable additional mass unit Z E is present; a sensor for detecting whether the relatively movable additional mass unit Z ⁇ or the additional mass body Z M is in the initial position; and a sensor for detecting whether the relatively movable additional mass unit Z E or the relatively movable additional mass body Z M is in the locked state when the locking unit 11 is present.
  • Fig.8 illustrates in the characteristic curve diagram for exemplary embodiments schematically the typical course of the internal mold pressure, i.e. the pressure ps of the melt material in the mold, as a function of the time t for the last part of the mold filling phase and the subsequent holding pressure phase.
  • a first characteristic curve K1 shown in dashed lines illustrates a typical time course of the internal mold pressure ps for a conventional casting piston system without a pressure multiplier device.
  • the casting piston initially moves at, for example, a largely constant feed rate, i.e.
  • a pressure build-up occurs in the mold, which in turn leads to a pressure increase in the casting chamber, as a result of which the casting piston is braked to a standstill, i.e. the impulse of the casting piston or the moving system part of the casting piston system is reduced to zero with a corresponding increase in the internal mold pressure.
  • the liquid melt material in the mold is compressible to a certain extent, i.e. like a hydraulic spring.
  • the moving system part of the casting piston system comes to a standstill for the first time and the highest pressure value prevails in the mold, ie the first pressure peak.
  • a second characteristic curve K2 illustrates a typical casting process when using the casting piston system according to the invention with an additional mass rigidly coupled to the moving system part 2, e.g. the additional mass body ZK according to the Fig. 1 to 3 or the additional mass bodies ZK 1, ZK 2 , ... according to Fig.4 , and with a pressure multiplier device.
  • the course of the casting process corresponds to that in the conventional case according to the characteristic curve K1, and here too the dampened after-oscillation described occurs during the transition to the holding pressure phase.
  • the internal mold pressure ps at time ts of the first pressure peak is higher than in the conventional case, i.e.
  • the characteristic curve K2 is above the characteristic curve K1 here.
  • the effect of the pressure multiplier device sets in, by means of which the internal mold pressure ps is then brought to a desired, increased final value p F , which is significantly above the final value p K in the conventional case of the first characteristic curve K1 without a pressure multiplier device.
  • the increase in the internal mold pressure ps at the time of the first pressure peak ts is due to the additional momentum transfer to the melt material in the mold by the additional mass rigidly coupled to the moving system part 2 of the casting piston system, which is provided by one or more of the additional mass bodies ZK, ZK 1, ZK 2 , ... and/or by the additional mass body mentioned above.
  • Fig.6 explained replacement of corresponding components of the moving system part 2 by functionally equivalent components of other masses.
  • a third characteristic curve K3 illustrates an exemplary casting process when using the casting piston system according to the invention in an embodiment corresponding to that explained above for the second characteristic curve K2, but with an additional, relatively movable additional mass unit Z E . Since this additional mass unit Z E only develops its impulse-transmitting effect on the melt material by the predeterminable delay time later than the moving main system part 2a, the temporal course of the internal mold pressure ps in this embodiment according to the characteristic curve K3 corresponds to that of the characteristic curve K2 up to a point in time tv at which this delay time has elapsed and the additional mass unit Z ⁇ slows down and additionally transfers its momentum to the melt material.
  • the invention provides an advantageous casting piston system for use in die casting machines, with which the die casting processes can be significantly optimized or improved compared to conventional casting processes, particularly in the period at the end of the mold filling phase and during the transition to the holding pressure phase, which in turn enables an increase in the quality of the cast parts produced.
  • the compaction, strength, porosity and/or microstructure of the cast part can be favorably influenced by varying the momentum transfer to the melt material through the change in mass of the moving system part, without necessarily having to change the feed rate of the moving system part.
  • the invention enables the mold filling time, i.e. duration of the mold filling phase, and the pressure value for the internal mold pressure at the time of the first pressure peak to be influenced independently of one another, since this pressure value can be changed according to the invention by the change in the mass of the moving system part without changing the feed rate.
  • the invention thus makes it possible, for example, to start from a casting piston system with a minimal mass of the moving system part, which is fundamentally advantageous for achieving short mold filling times due to the higher predeterminable feed rate, and to increase the mass of the moving system part as required by the measures mentioned in order to achieve a desired pressure level for the first pressure peak and/or to increase the pressure in a period after the first pressure peak by means of the delayed, relatively movable additional mass unit. in particular as a bridging measure until a pressure multiplier effect occurs.

Landscapes

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Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf ein Gießkolbensystem für eine Druckgießmaschine, wobei das Gießkolbensystem einen stationären Systemteil und einen in einem jeweiligen Gießzyklus zum Einbringen von Schmelzematerial in eine Gießform gegenüber dem stationären Systemteil bewegten Systemteil beinhaltet, der einen Gießkolben, eine Gießkolbenstange und eine Stangenantriebseinheit umfasst und zur Abbremsung am Ende einer Formfüllphase des Gießzyklus unter Druckeinwirkung auf das Schmelzematerial eingerichtet ist, sowie auf ein Gießverfahren für eine Druckgießmaschine mit einem solchen Gießkolbensystem.
  • Gießkolbensysteme dieser Art und zugehörige Gießverfahren sind zur Verwendung in Druckgießmaschinen allgemein bekannt, insbesondere zum Druckgießen metallischer Teile. Der jeweilige Gießzyklus setzt sich dabei üblicherweise aus einer Vorfüllphase, in der das Schmelzematerial bis zu einem Gießformeintritt transportiert bzw. vorbewegt wird, einer Formfüllphase, in der das Schmelzematerial in die Gießform gedrückt wird, und einer Nachdruckphase zusammen, in der über den Gießkolben ein Nachdruck auf das Schmelzematerial in der Gießform ausgeübt wird. Der Transport des Schmelzematerials zur und in die Gießform erfolgt durch die entsprechende schmelzefördernde Bewegung des bewegten Systemteils gegenüber dem stationären Systemteil des Gießkolbensystems. Unter dem stationären Systemteil ist hierbei vorliegend der z.B. an einem zugehörigen Maschinenaufbau der Druckgießmaschine stationär gehaltene Teil des Gießkolbensystems zu verstehen, während unter dem bewegten Systemteil derjenige Teil des Gießkolbensystems zu verstehen ist, der sich für diesen Schmelzetransport gegenüber dem stationären Systemteil bewegt, d.h. alle für diesen Zweck bewegten und am Ende der Formfüllphase abgebremsten Komponenten des Gießkolbensystems. Bei diesem Abbremsvorgang am Ende der Formfüllphase wird der bewegte Systemteil in seiner die Schmelze in die Gießform drückenden Vorwärtsbewegung vollständig oder jedenfalls weitestgehend abgebremst, wobei eine etwaige restliche Vorwärtsbewegung oder eine gewisse Rückfederungs- bzw. Schwingungsbewegung spätestens in der anschließenden sogenannten Nachdruckphase abgebaut wird und der bewegte Systemteil spätestens dann, wenn nicht schon am Ende der Formfüllphase, vollständig zum Stillstand kommt.
  • Zum bewegten Systemteil gehören üblicherweise der Gießkolben, die Gießkolbenstange, an deren vorderem Ende der Gießkolben angekoppelt ist, und die Stangenantriebseinheit, welche die Gießkolbenstange zum Transport des Schmelzematerials durch den Gießkolben antreibt und typischerweise einen Antriebskolben und eine Gießkolbenkupplung umfasst, über welche die Gießkolbenstange an ihrem dem Gießkolben gegenüberliegenden Ende an den Antriebskolben angekoppelt ist. Der Antriebskolben ist üblicherweise Teil des sogenannten Gießaggregats, das den antreibenden Teil des Gießkolbensystems bezeichnet. Der Gießkolben und die Gießkolbenstange sind typischerweise Teil des sogenannten Gießbestecks, das den angetriebenen Teil des Gießkolbensystems bezeichnet. An den Antriebskolben kann als weiterer Bestandteil des Gießaggregats optional eine sogenannte Multiplikatoreinheit oder Druckübersetzereinheit angekoppelt sein, die zur Bereitstellung des Nachdrucks in der Nachdruckphase dient. Zum stationären Systemteil des Gießkolbensystems gehören insbesondere diejenigen Bauteile, welche zur Bewegungsführung der Komponenten des bewegten Systemteils dienen, z.B. ein Gießzylinder, in dem der Antriebskolben geführt ist, und ein Gießkammerkörper, der eine z.B. zylindrische Gießkammer definiert, in der sich die Schmelze anfänglich befindet und in der sich der Gießkolben bewegt.
  • Am Ende der Formfüllphase wird der bewegte Systemteil durch das die Gießform füllende Schmelzematerial in seiner Vorwärtsbewegung relativ abrupt vollständig oder weitestgehend bis zum Stillstand abgebremst, wobei sich eine sogenannte erste Druckspitze für das Schmelzematerial in der Gießform bildet. Diese erste Druckspitze ist für eine Erstverdichtung des Schmelzematerials in der Gießform von Bedeutung, insbesondere in Bereichen der Gießform bzw. des entstehenden Gießteils, die von einem Anschnittbereich, in welchem das Schmelzematerial in die Gießform eintritt, relativ weit entfernt sind. Die Druckmultiplikation in der Nachdruckphase entfaltet dort aufgrund ihrer technisch bedingten zeitlichen Verzögerung und der einsetzenden Schmelzeerstarrung oftmals keine allein ausreichende Wirkung mehr. So kann z.B. bei Druckgießmaschinen vom Kaltkammertyp kleinerer und mittlerer Bauart die typische Formfüllzeit, d.h. Zeitdauer der Formfüllphase, im Bereich von 10ms bis 15ms liegen, während teilweise die Druckmultiplikationswirkung bauartbedingt in der Nachdruckphase um 15ms bis 35ms gegenüber dem Ende der Formfüllphase verzögert ist.
  • Hinsichtlich der ersten Druckspitze in der Gießform werden herkömmlich gegensätzliche Prozessziele betrachtet. Einerseits soll die erste Druckspitze groß genug sein, um eine hinreichende Erstverdichtung des Schmelzematerials in der Gießform zu erreichen. Andererseits führt eine zu große erste Druckspitze in der Gießform zum sogenannten Überspritzen der Form, worunter verstanden wird, dass in der Formtrennebene, d.h. in der die bewegliche Formhälfte und die stationäre Formhälfte trennenden Ebene, Schmelze über die Formkontur hinaustritt, was eine unerwünschte Gratbildung und die Notwendigkeit einer nachträglichen mechanischen Zusatzbearbeitung verursacht. Herkömmlicherweise wird der Einhaltung dieser Prozessziele hinsichtlich der ersten Druckspitze dadurch Rechnung getragen, dass ein dezidiertes Geschwindigkeitsprofil für den Verlauf der Geschwindigkeit des Gießkolbens und damit auch der übrigen Komponenten des bewegten Systemteils des Gießkolbensystems über den Gießzyklus hinweg vorgegeben wird, insbesondere im Zeitraum der Formfüllphase. Dabei sind allerdings für die Wahl einer optimalen Gießkolbengeschwindigkeit insbesondere auch während der Formfüllphase zusätzliche Prozessparameter zu berücksichtigen, wie bezüglich des Strömungsverhaltens des Schmelzematerials in der Gießkammer, der Optimierung der Dauer der Formfüllphase, der Minimierung von Lufteinwirbelung und Formverschleiß sowie der Gießformgeometrie, des Strömungswiderstands des Schmelzematerials und der Leistungsfähigkeit des Gießaggregats als dem antriebsrelevanten Teil des Gießkolbensystems.
  • Die Patentschrift DE 34 33 121 C1 offenbart ein Gießkolbensystem mit einer Gießkolbenkupplung, in die eine hydraulische Dämpfungsvorrichtung für die Stangenantriebseinheit mit einem Dämpfungsraum und einem in diesem verschiebbaren Dämpfungskolben sowie einem federbelasteten Steuerkolben integriert ist, der sich trägheitsbedingt am Ende der Formfüllphase nach Abbremsung des Gießkolbens noch etwas weiterbewegen kann und zwischen dem Dämpfungsraum und einem Speicherraum verlaufende Bohrungen nur in diesem Dämpfungsfall freigibt und ansonsten absperrt.
  • In der Offenlegungsschrift JP 8-300134 A ist ein Gießkolbensystem offenbart, bei dem die Gießkolbenkupplung einen Druckraum aufweist, in welchem sich ein explosives Medium befindet, das beim Übergang von der Vorfüllphase zur Formfüllphase zur Explosion gebracht werden kann, um die Gießkolbenstange samt Gießkolben zur Durchführung der Formfüllphase gegenüber der Stangenantriebseinheit beschleunigt vorzubewegen.
  • Die Offenlegungsschrift DE 42 18 556 A1 offenbart ein Gießkolbensystem mit einem hydraulischen Zweikreis-Gießantrieb für einen Presskolben einerseits und einen Multiplikatorkolben andererseits und mit einer zugehörigen Ventilsteuerung, die schnell regelbare Servo-Proportional-Ventile benutzt, um die zur Beaufschlagung des jeweiligen Kolbens erforderlichen Hydraulikmediummengen aufeinander abgestimmt regeln zu können.
  • Die Patentschrift DE 28 33 063 C2 offenbart ein Gießkolbensystem mit einem hohl ausgeführten Gießkolben und einer Gießkolbendämpfung zwischen Kolbenstange und Gießkolben, durch die sich die Kolbenstange zusammen mit einem inneren Kolben ein Stück weit in den hohlen Gießkolben hinein bewegen kann, wenn sie am Ende der Formfüllphase gleichzeitig mit dem Gießkolben abgebremst wird.
  • Weitere herkömmliche Gießkolbensysteme und Gießverfahren für Druckgießmaschinen sind in den Offenlegungsschriften JP 2019-155378 A , US 2020/0078858 A1 , WO 2019/198218 A1 , US 2016/0279701 A1 und EP 1 046 444 A1 offenbart.
  • Der Erfindung liegt als technisches Problem die Bereitstellung eines Gießkolbensystems der eingangs genannten Art, das gegenüber dem oben erläuterten Stand der Technik Vorteile bei der Durchführung von Gießvorgängen im Hinblick auf die Erzielung einer hohen Qualität der hergestellten Gießteile ermöglicht, sowie eines Gießverfahrens für eine mit einem solchen Gießkolbensystem ausgerüstete Druckgießmaschine zugrunde.
  • Die Erfindung löst dieses Problem durch die Bereitstellung eines Gießkolbensystems mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie eines Gießverfahrens mit den Merkmalen des Anspruchs 10. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
  • .Erfindungsgemäß weist der bewegte Systemteil des Gießkolbensystems eine zwischen verschiedenen Gießzyklen veränderlich einstellbare starre Masse auf.
  • Unter der veränderlich einstellbaren starre Masse ist hierbei vorliegend die sogenannte Festkörpermasse, des bewegten Systemteils zu verstehen. Dies bedeutet, dass die Masse von möglicherweise vorhandenen bewegten Gasen und Fluiden, wie Hydraulikfluiden, nicht als Teil dieser veränderlich einstellbaren Masse des bewegten Systemteils betrachtet wird. Die Veränderung dieser Masse bedingt somit eine Änderung der starren Masse, während etwaige Änderungen fluider bzw. gasförmiger Massen hierfür unberücksichtigt bleiben. Meistens entspricht die Masse des bewegten Systemteils im Wesentlichen der Summe der Masse von Gießkolben, Gießkolbenstange und Stangenantriebseinheit. Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung, der alternativ oder zusätzlich zum vorgenannten Erfindungsaspekt vorgesehen sein kann, besteht der bewegte Systemteil aus einem bewegten Systemhauptteil und einer gegenüber dem Systemhauptteil relativbeweglich angeordneten Zusatzmasseneinheit, die am Ende der Formfüllphase des Gießzyklus um eine vorgebbare Verzögerungszeit später als der Systemhauptteil abbremst, d.h. in ihrer Vorwärtsbewegung ganz oder weitestgehend zum Stillstand kommt. Auch hier sind vorliegend unter der Zusatzmasseneinheit eine oder mehrere starre Massen, d.h. Festkörpermassen bzw. Massenkörper, zu verstehen, während diesbezüglich etwaige fluide bzw. gasförmige Massen unberücksichtigt bleiben. Der Einfachheit halber werden vorliegend die starren Massen auch kurz als Massen bezeichnet.
  • Beiden Erfindungsaspekten ist gemeinsam, dass sie eine Veränderung des Impulses, den der bewegte Systemteil vor dem Ende der Formfüllphase besitzt und der durch die Abbremsung des bewegten Systemteils am Ende der Formfüllphase auf das Schmelzematerial in der Gießform wirkt, unabhängig von der Gießkolbengeschwindigkeit bzw. der Geschwindigkeit des bewegten Systemteils ermöglichen. Der Impuls ist bekanntermaßen als Produkt aus Masse und Geschwindigkeit definiert, und durch die zwischen verschiedenen Gießzyklen veränderlich einstellbare starre Masse des bewegten Systemteils ist es beim erstgenannten Erfindungsaspekt somit möglich, den am Ende der Formfüllphase des jeweiligen Gießzyklus auf das Schmelzematerial in der Gießform durch die Abbremsung des bewegten Systemteils wirkenden Impuls des bewegten Systemteils für die verschiedenen Gießzyklen entsprechend veränderlich einzustellen, ohne dass dafür der Geschwindigkeitsverlauf des bewegten Systemteils während der Formfüllphase geändert werden muss. Gemäß dem anderen Erfindungsaspekt kann die Wirkung des Impulses des bewegten Systemteils auf das Schmelzematerial in der Gießform am Ende der Formfüllphase für einen jeweiligen Gießzyklus in ihrem zeitlichen Verlauf modifiziert werden, indem die starre Zusatzmasseneinheit später als der Systemhauptteil abbremst und folglich die von der Zusatzmasseneinheit bereitgestellte Impulswirkung auf das Schmelzematerial in der Gießform gegenüber der Impulswirkung durch die Abbremsung des bewegten Systemhauptteils entsprechend verzögert eintritt.
  • Es zeigt sich, dass die aus der Abbremsung des bewegten Systemteils am Ende der Formfüllphase des jeweiligen Gießzyklus resultierende Wirkung des Impulses des bewegten Systemteils auf das in der Gießform befindliche Schmelzematerial insbesondere auch die erste Druckspitze für das Schmelzematerial in der Gießform und damit die Erstverdichtung des sich durch die Erstarrung des Schmelzematerials in der Gießform entstehenden Gießteils und folglich die Eigenschaften bzw. die Qualität des Gießteils bestimmt oder jedenfalls wesentlich beeinflusst. Die Gießkolbengeschwindigkeit braucht für diese variable Änderung und damit Optimierung der Impulswirkung des bewegten Systemteils auf das Schmelzematerial in der Gießform nicht verändert werden und kann folglich in herkömmlicher Weise hinsichtlich anderweitiger Kriterien optimiert werden, insbesondere hinsichtlich des Strömungsverhaltens des Schmelzematerials beim Transport zur und in die Gießform sowie hinsichtlich minimaler Lufteinwirbelung und minimalem Formverschleiß sowie kurzer Formfüllzeiten.
  • Das erfindungsgemäße Gießkolbensystem ermöglicht somit eine Optimierung des Gießvorgangs für die jeweils hergestellten Gießteile, insbesondere hinsichtlich Gießteilqualität und/oder Wirtschaftlichkeit, durch variable Einstellung der Impulswirkung des bewegten Systemteils auf das Schmelzematerial in der Gießform am Ende der Formfüllphase unabhängig vom Verlauf der Gießkolbengeschwindigkeit während der Formfüllphase. Mit anderen Worten lässt sich durch das erfindungsgemäße Gießverfahren der Gießvorgang und damit insbesondere die Qualität der hergestellten Gießteile sowohl durch Optimierung des Geschwindigkeitsverlaufs des Gießkolbens während des Gießzyklus als auch durch davon unabhängige Optimierung der Impulswirkung des bewegten Systemteils des Gießkolbensystems auf das Schmelzematerial in der Gießform am Ende der Formfüllphase optimieren.
  • Gleiches gilt für das erfindungsgemäße Gießverfahren, das sich für eine Druckgießmaschine eignet, die mit dem erfindungsgemäßen Gießkolbensystem ausgerüstet ist, wobei verfahrensgemäß wenigstens ein Gießparameter eines jeweiligen Gießzyklus erfasst wird, vorzugsweise ein solcher, der die Qualität des herzustellenden Gießteils wesentlich bestimmt oder mitbestimmt und/oder der hierfür indikativ ist, und/oder ein solcher, der die Effektivität des Gießvorgangs beeinflusst, und die Masse des bewegten Systemteils und/oder die Verzögerungszeit für die relativbeweglich angeordnete Zusatzmasseneinheit für einen oder mehrere zukünftige Gießzyklen in Abhängigkeit von dem wenigstens einen erfassten Gießparameter variabel eingestellt wird.
  • In vorteilhaften Realisierungen weist das Gießkolbensystem eine Steuerungseinheit auf, die dafür eingerichtet ist, die für den bzw. die anstehenden Gießzyklen als optimal einzustellende Masse des bewegten Systemteils und/oder die für den bzw. die anstehenden Gießzyklen als optimal einzustellende Verzögerungszeit der gegenüber dem Systemhauptteil relativbeweglich angeordneten Zusatzmasseneinheit zu ermitteln, vorzugsweise unter Auswertung von zu einem oder mehreren vorangegangenen Gießzyklen sensorisch oder anderweitig erfassten Istwerten eines oder mehrerer Gießparameter, insbesondere solcher Gießparameter, von denen der Fachmann weiß, dass sie die Qualität des hergestellten Gießteils und/oder die Effektivität des Gießvorgangs beeinflussen bzw. repräsentieren. Auf diese Weise ist die Steuerungseinheit in der Lage, den Gießprozess bzw. die Gießzyklen selbsttätig zu optimieren, ggf. iterativ und/oder unter Verwendung von vorab durchgeführten Computersimulationen.
  • In einer Weiterbildung der Erfindung umfasst das Gießkolbensystem einen oder mehrere Zusatzmassenkörper, die jeweils zum lösbaren Anbringen am bewegten Systemteil eingerichtet sind und im angebrachten Zustand einen Bestandteil des bewegten Systemteils bilden. Damit kann die Masse und folglich der Impuls des bewegten Systemteils, der am Ende der Formfüllphase auf das Schmelzematerial in der Gießform wirkt, durch Auswahl einer oder mehrerer dieser vorgegebenen Zusatzmassenkörper und durch das lösbare Anbringen des oder der ausgewählten Zusatzmassenkörper am bewegten Systemteil für den jeweiligen Gießzyklus variabel gewählt werden. Der Zusatzmassenkörper kann die genannte Zusatzmasseneinheit bilden, wenn er gegenüber dem Systemhauptteil relativbeweglich angeordnet ist. Alternativ kann der Zusatzmassenkörper eine bewegungsstarr am übrigen bewegten Systemteil lösbar angebrachte Zusatzmasse sein.
  • In einer Ausgestaltung der Erfindung sind mehrere Zusatzmassenkörper vorgesehen, von denen wenigstens zwei Zusatzmassenkörper eine unterschiedliche Masse besitzen. Dies bietet eine gute Voraussetzung zur Minimierung der Anzahl von derartigen bereitzustellenden Zusatzmassenkörpern, um die Masse des bewegten Systemteils innerhalb eines gewissen, vorgebbaren Wertebereichs unterschiedlich einstellen zu können. Beispielsweise können sich die Zusatzmassenkörper hierfür in ihrer jeweiligen Masse in binären Stufen, d.h. um Potenzen der Zahl 2 unterscheiden, alternativ in einer anders gestuften Verteilung. Alternativ können die Zusatzmassenkörper z.B. jeweils die gleiche Masse besitzen, d.h. sie können dann z.B. als identische Teile realisiert sein. In entsprechenden Ausführungen beinhaltet das Gießkolbensystem eine Steuerungseinheit, die zum selbsttätigen Auswählen eines jeweils am bewegten Systemteil anzubringenden Zusatzmassenkörpers eingerichtet ist. Für diese Auswahl nutzt die Steuerungseinheit vorzugsweise Informationen über für den Gießprozess relevante Gießparameter für einen anstehenden Gießzyklus und/oder aus einem oder mehreren vorangegangenen Gießzyklen.
  • In einer Ausgestaltung der Erfindung weist der stationäre Systemteil eine Zusatzmassen-Bevorratungseinheit zum bevorrateten Bereitstellen des oder der Zusatzmassenkörper auf. Dadurch können die Zusatzmassen sehr einfach zur Verwendung am bewegten Systemteil bereitgestellt werden. Eine jeweils für diese Verwendung ausgewählte Zusatzmasse wird der Bevorratungseinheit am stationären Systemteil entnommen und an den bewegten Systemteil angekoppelt. Alternativ können der oder die Zusatzmassenkörper extern bzw. getrennt vom Gießkolbensystem bereitgestellt sein, z.B. an einer anderen Position eines Maschinenaufbaus der Druckgießmaschine, an der das Gießkolbensystem vorgesehen ist.
  • In einer Ausgestaltung der Erfindung weist das Gießkolbensystem eine Zusatzmassen-Handhabungseinheit auf, die zum selbsttätigen Anbringen und Abnehmen eines jeweiligen Zusatzmassenkörpers am und vom bewegten Systemteil eingerichtet ist. Diese Handhabungseinheit kann z.B. durch einen vollautomatischen Handhabungsroboter oder alternativ durch ein halbautomatisches, teilweise nutzerbetätigtes Handhabungsgerät realisiert sein.
  • In einer Weiterbildung der Erfindung umfasst das Gießkolbensystem einen Satz von mehreren Gießkolben mit vordefiniert unterschiedlicher Masse, die zur austauschbaren Verwendung als Gießkolben des bewegten Systemteils eingerichtet sind, um auf diese Weise die Masse des bewegten Systemteils zwischen verschiedenen Gießzyklen veränderlich einstellen zu können, wobei sich die Gießkolben in ihrer Masse um vordefinierte Masseninkremente unterscheiden. Zur Erzielung eines jeweils optimalen Impulses des Gießkolbensystems am Ende der Formfüllphase kann in diesem Fall der jeweils bestpassende Gießkolben aus dem Satz von mehreren Gießkolben mit vordefiniert unterschiedlicher Masse ausgewählt und als Gießkolben des bewegten Systemteils eingesetzt werden. Die Masseninkremente können in beliebiger gewünschter Weise vorgegeben werden, z.B. sämtlich gleich groß oder zumindest teilweise unterschiedlich groß.
  • Um die Gießkammer unverändert beibehalten zu können, ist es bevorzugt, wenn die Gießkolben bei dieser Ausführungsvariante der Erfindung einen gleichen Außendurchmesser aufweisen. Da zudem die Auswahl an für die Gießkolben tauglichen Materialien aufgrund der an diese gestellten Anforderungen hinsichtlich Festigkeit und direktem Schmelzekontakt relativ beschränkt ist, bleibt in diesem Fall die erzielbare Massenvariation der Gießkolben im Allgemeinen entsprechend begrenzt, was diese Realisierung der Erfindung vorzugsweise für kleinere Massenänderungen geeignet macht.
  • In einer Weiterbildung der Erfindung beinhaltet das Gießkolbensystem einen Satz von mehreren Gießkolbenstangen mit vordefiniert unterschiedlicher Masse, die zur austauschbaren Verwendung als Gießkolbenstange des bewegten Systemteils eingerichtet sind, wobei sich die Gießkolbenstangen in ihrer Masse um vordefinierte Masseninkremente unterscheiden. Zur Erzielung eines jeweils optimalen Impulses des Gießkolbensystems am Ende der Formfüllphase kann in diesem Fall die jeweils bestpassende Gießkolbenstange aus dem Satz von mehreren Gießkolbenstangen mit vordefiniert unterschiedlicher Masse ausgewählt und als Gießkolbenstange des bewegten Systemteils eingesetzt werden. Die Masseninkremente können in beliebiger gewünschter Weise vorgegeben werden, z.B. sämtlich gleich groß oder zumindest teilweise unterschiedlich groß.
  • In vorteilhaften Realisierungen sind die Gießkolbenstangen mit vordefiniert unterschiedlicher Masse zur Verwendung mit einem gleichen Gießkolben oder jedenfalls mit Gießkolben gleichen Außendurchmessers und vorzugsweise auch zur Verwendung mit einer gleichen Gießkammer eingerichtet, so dass sich durch Austausch der Gießkolbenstange die Masse des bewegten Systemteils in gewünschter Weise ändern lässt, ohne dass eine andere Gießkammer oder ein Gießkolben mit anderem Außendurchmesser benötigt wird. Für die unterschiedlich schweren Gießkolbenstangen wird in diesem Fall bevorzugt ein über deren Eintauchtiefe in die Gießkammer hinweg gleicher Außendurchmesser gewählt. Die unterschiedliche Masse kann z.B. durch Verwendung unterschiedlich schwerer Materialien und/oder durch unterschiedliche Gestaltung der Gießkolbenstangen in ihrem axialen Bereich außerhalb ihrer Eintauchtiefe in die Gießkammer insbesondere hinsichtlich ihres Außendurchmessers bereitgestellt werden. Mit Eintauchtiefe ist hierbei derjenige Axialbereich der Gießkolbenstangen zu verstehen, mit dem diese maximal in die Gießkammer eintauchen können, d.h. bei maximal vorbewegtem Gießkolben am Ende der Nachdruckphase. Da die Gießkolbenstange eine meist relativ einfach zu tauschende Komponente des Gießkolbensystems darstellt, die zudem zu einem signifikanten Anteil zur Gesamtmasse des bewegten Systemteils beiträgt, kann diese Realisierung der Erfindung für zahlreiche Anwendungen von besonderem Vorteil sein.
  • In einer Weiterbildung der Erfindung beinhaltet das Gießkolbensystem einen Satz von mehreren Gießkolbenkupplungen mit vordefiniert unterschiedlicher Masse, die zur austauschbaren Verwendung als eine Gießkolbenkupplung der Stangenantriebseinheit des bewegten Systemteils eingerichtet sind, wobei sich die Gießkolbenkupplungen in ihrer Masse um vordefinierte Masseninkremente unterscheiden. Zur Erzielung eines jeweils optimalen Impulses des Gießkolbensystems am Ende der Formfüllphase kann in diesem Fall die jeweils bestpassende Gießkolbenkupplung aus dem Satz von mehreren Gießkolbenkupplungen mit vordefiniert unterschiedlicher Masse ausgewählt und als Gießkolbenkupplung des bewegten Systemteils eingesetzt werden. Die Masseninkremente können in beliebiger gewünschter Weise vorgegeben werden, z.B. sämtlich gleich groß oder zumindest teilweise unterschiedlich groß. Die Verwendung unterschiedlich schwerer Gießkolbenkupplungen bedingt keine Änderungen an der Gießkammer.
  • In einer Weiterbildung der Erfindung beinhaltet das Gießkolbensystem einen Satz von mehreren Gießkolben-Antriebskolben mit vordefiniert unterschiedlicher Masse, die zur austauschbaren Verwendung als ein Gießkolben-Antriebskolben der Stangenantriebseinheit des bewegten Systemteils eingerichtet sind, wobei sich die Gießkolben-Antriebskolben in ihrer Masse um vordefinierte Masseninkremente unterscheiden. Zur Erzielung eines jeweils optimalen Impulses des Gießkolbensystems am Ende der Formfüllphase kann in diesem Fall der jeweils bestpassende Gießkolben-Antriebskolben aus dem Satz von mehreren Gießkolben-Antriebskolben mit vordefiniert unterschiedlicher Masse ausgewählt und als Gießkolben-Antriebskolben des bewegten Systemteils eingesetzt werden. Die Masseninkremente können in beliebiger gewünschter Weise vorgegeben werden, z.B. sämtlich gleich groß oder zumindest teilweise unterschiedlich groß. Die Verwendung unterschiedlich schwerer Gießkolben-Antriebskolben bedingt keine Änderungen an der Gießkammer.
  • In einer Weiterbildung der Erfindung beinhaltet die gegenüber dem Systemhauptteil relativbeweglich angeordnete Zusatzmasseneinheit des bewegten Systemteils einen gleitbeweglich zwischen einer Anfangsstellung und einer Endstellung am bewegten Systemhauptteil angeordneten Zusatzmassenkörper, wobei die Anfangsstellung durch einen Initial-Endanschlag am bewegten Systemhauptteil definiert ist und/oder die Endstellung durch einen Aufprall-Endanschlag am bewegten Systemhauptteil definiert ist. Die Zusatzmasseneinheit bewegt sich in diesem Fall nach der Abbremsung des bewegten Systemhauptteils am Ende der Formfüllphase zunächst aufgrund ihrer Massenträgheit aus der Anfangsstellung heraus mit im Wesentlichen unveränderter Geschwindigkeit weiter und bremst dann bei Erreichen des Aufprall-Endanschlags ab, um entsprechend verzögert ihre Impulswirkung auf den Systemhauptteil und über diesen auf das Schmelzematerial in der Gießform zu entfalten.
  • Es versteht sich, dass die relativbewegliche Zusatzmasseneinheit je nach Bedarf und Anwendungsfall mehrere einzelne derartige Zusatzmassenkörper mit jeweils zugehörigem, vorzugsweise veränderlichem Gleithub umfassen kann. Dabei können sich in entsprechenden Systemausführungen die gleitbeweglichen Zusatzmassenkörper in ihrem Gleithub unterscheiden, wodurch sie ihre Impulswirkung am Ende der Formfüllphase zu unterschiedlichen Zeitpunkten auf das Schmelzematerial in der Gießform ausüben, was eine große Variabilität des Zeitverlaufs der Impulswirkung des bewegten Systemteils auf das Schmelzematerial in der Gießform ermöglicht.
  • In einer Ausgestaltung der Erfindung ist der Initial-Endanschlag am bewegten Systemhauptteil verstellbar. Alternativ oder zusätzlich ist der Aufprall-Endanschlag am bewegten Systemhauptteil verstellbar. Durch jede dieser beiden Maßnahmen lässt sich der Gleithub der Zusatzmasseneinheit am bewegten Systemhauptteil und damit die Verzögerungszeit verstellen, um welche die Zusatzmasseneinheit am Ende der Formfüllphase später abbremst als der Systemhauptteil.
  • In einer vorteilhaften Ausführungsvariante kann des Weiteren vorgesehen sein, den Gleithub der Zusatzmasseneinheit manuell oder automatisch in Abhängigkeit von der Gießgeschwindigkeit, mit der sich der bewegte Systemteil während der Formfüllphase vor der Abbremsung bewegt, variabel einzustellen. Damit kann z.B. bei Bedarf die Verzögerungszeit der Zusatzmasseneinheit auch dann im Wesentlichen konstant gehalten werden, wenn die Gießgeschwindigkeit zur Anpassung an anderweitige Gegebenheiten, z.B. Verwenden einer anderen Gießform und/oder eines anderen Gießschmelzematerials, verändert wird.
  • In einer Ausgestaltung der Erfindung beinhaltet das Gießkolbensystem eine Arretierungseinheit zur lösbaren Arretierung des Zusatzmassenkörpers in der Anfangsstellung oder in der Endstellung oder an einer vorgebbaren Arretierposition zwischen der Anfangsstellung und der Endstellung. Bei Aktivierung der Arretierungseinheit arretiert diese den Zusatzmassenkörper in der betreffenden Position und macht ihn dadurch zu einem mit dem bewegten Systemhauptteil bewegungsstarr gekoppelten Zusatzmassenkörper, der dann seine Impulswirkung auf das Schmelzematerial in der Gießform am Ende der Formfüllphase zeitgleich mit dem übrigen bewegten Systemteil entfaltet. Nach Lösen dieser Arretierung kann der Zusatzmassenkörper wieder als gegenüber dem übrigen bewegten Systemteil verzögert auf das Schmelzematerial in der Gießform wirkende Zusatzmasseneinheit fungieren.
  • Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt. Diese und weitere Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend näher erläutert. Hierbei zeigen:
    • Fig.1
    eine schematische Seitenansicht eines Gießkolbensystems und zugehöriger Gießkammer und Gießform eines erfindungsgemäßen Gießkolbensystems mit am Gießkolben-Antriebskolben fixiertem Zusatzmassenkörper für eine Druckgießmaschine,
    Fig. 2
    die Ansicht von Fig. 1 ohne Gießkammer und Gießform in einer Ausführungsvariante des erfindungsgemäßen Gießkolbensystems mit an der Gießkolbenkupplung fixiertem Zusatzmassenkörper,
    Fig. 3
    die Ansicht von Fig. 2 für eine Ausführungsvariante des erfindungsgemäßen Gießkolbensystems mit an der Gießkolbenstange fixiertem Zusatzmassenkörper,
    Fig. 4
    die Ansicht von Fig. 2 für eine Ausführungsvariante des erfindungsgemäßen Gießkolbensystems mit wahlweise zusätzlich ankoppelbaren Zusatzmassenkörpern,
    Fig. 5
    die Ansicht von Fig. 2 für eine Ausführungsvariante des erfindungsgemäßen Gießkolbensystems mit gleitbeweglich angeordnetem Zusatzmassenkörper,
    Fig. 6
    die Ansicht von Fig. 2 für eine Ausführungsvariante des erfindungsgemäßen Gießkolbensystems mit einem Satz mehrerer Gießkolben und/oder Gießkolbenstangen und/oder Gießkolbenkupplungen und/oder Gießkolben-Antriebskolben jeweils vordefiniert unterschiedlicher Masse,
    Fig. 7
    ein schematisches Flussdiagramm zur Veranschaulichung vorliegend interessierender Schritte eines erfindungsgemäßen Gießverfahrens und
    Fig. 8
    ein Kennliniendiagramm zur Veranschaulichung des zeitlichen Schmelzedruckverlaufs in einer Gießform während eines Gießvorgangs für unterschiedliche, erfindungsgemäße und nicht erfindungsgemäße Durchführungsvarianten eines Gießvorgangs.
  • In Fig. 1 ist schematisch ein erfindungsgemäßes Gießkolbensystem für eine Druckgießmaschine schematisch dargestellt, wobei das Gießkolbensystem einen stationären Systemteil 1 und einen bewegten Systemteil 2 beinhaltet. Der stationäre Systemteil 1 umfasst beispielsweise wie gezeigt eine Gießkammer 12 und einen Gießkolben-Antriebszylinder 13, letzterer oftmals auch kurz als Gießzylinder bezeichnet.
  • Die Gießkammer 12 mündet wie üblich in eine Gießform 14, die durch eine feste und eine bewegliche Gießformhälfte der Druckgießmaschine gebildet ist. Der bewegte Systemteil 2 ist gegenüber dem stationären Systemteil 1 beweglich, um in einem jeweiligen Gießzyklus Schmelzematerial in die Gießform 14 einzubringen, wozu sie einen Gießkolben 3, eine Gießkolbenstange 4 und eine Stangenantriebseinheit 5 umfasst und zur Abbremsung am Ende einer Formfüllphase des Gießzyklus unter Druckeinwirkung auf das Schmelzematerial eingerichtet ist.
  • Der Gießkolben 3 ist fluiddicht axialbeweglich in der z.B. zylindrisch gestalteten Gießkammer 12 beweglich angeordnet. Die Gießkolbenstange 4 trägt im gezeigten Beispiel den Gießkolben 3 an ihrem vorderen Stirnendbereich und ist an ihrem hinteren Stirnendbereich an die Stangenantriebseinheit 5 angekoppelt, speziell an eine Gießkolbenkupplung 9 der Stangenantriebseinheit 5. Im gezeigten Beispiel kuppelt die Gießkolbenkupplung 9 die Gießkolbenstange 4 an einen vorderen Stirnendbereich eines Gießkolben-Antriebskolbens 10 der Stangenantriebseinheit 5 an, der axialbeweglich im Gießkolben-Antriebszylinder 13 geführt ist. Optional ist der Gießkolben-Antriebskolben 10 an eine nicht gezeigte Druckmultiplikatoreinheit angekoppelt.
  • Erfindungsgemäß weist der bewegte Systemteil 2 eine zwischen verschiedenen Gießzyklen veränderlich einstellbare starre Masse auf und/oder besteht, wie im Ausführungsbeispiel von Fig. 5, aus einem bewegten Systemhauptteil 2a und einer gegenüber diesem relativbeweglich angeordneten starren Zusatzmasseneinheit ZE, die dafür eingerichtet ist, am Ende der Formfüllphase des Gießzyklus um eine vorgebbare Verzögerungszeit später als der Systemhauptteil 2a abzubremsen.
  • In entsprechenden Ausführungsformen beinhaltet das erfindungsgemäße Gießkolbensystem einen oder mehrere starre Zusatzmassenkörper, die jeweils zum lösbaren Anbringen am bewegten Systemteil 2 eingerichtet sind und im angebrachten Zustand einen bewegungsstarr angekoppelten Bestandteil des bewegten Systemteils 2 bilden. Fig. 1 zeigt eine diesbezügliche Ausführungsvariante, bei der ein solcher Zusatzmassenkörper ZK speziell am Gießkolben-Antriebskolben 10 des bewegten Systemteils 2 lösbar angebracht ist. Fig. 2 zeigt eine diesbezügliche Ausführungsvariante, bei der ein solcher Zusatzmassenkörper ZK speziell an der Gießkolbenkupplung 9 des bewegten Systemteils 2 lösbar angebracht ist. Fig. 3 zeigt eine diesbezügliche Ausführungsvariante, bei der ein solcher Zusatzmassenkörper ZK speziell an der Gießkolbenstange 4 des bewegten Systemteils 2 lösbar angebracht ist. Es versteht sich, dass in diesem Fall der Zusatzmassenkörper ZK in einem axialen Abschnitt der Gießkolbenstange 4 angebracht ist, der außerhalb bzw. hinter einer Eintauchtiefe liegt, mit der die Gießkolbenstange 4 zum Vorbewegen des Gießkolbens 3 in einem vorderen Stangenabschnitt maximal in die Gießkammer 1 eintaucht, so dass der Zusatzmassenkörper ZK das Vorbewegen der Gießkolbenstange 4 mit ihrem vorderen Eintauchtiefenabschnitt in die Gießkammer 12 hinein nicht behindert. Fig. 4 zeigt eine diesbezügliche Ausführungsvariante, bei der mehrere solche Zusatzmassenkörper ZK1, ZK2, ZK3 wahlweise am bewegten Systemteil 2 lösbar angebracht werden können, z.B. an der Gießkolbenkupplung 9 oder am Gießkolben-Antriebskolben 10, wobei Fig. 4 eine Situation zeigt, bei der nur ein erster Zusatzmassenkörper ZK1 lösbar am bewegten Systemteil 2 angebracht ist, hier speziell an der Gießkolbenkupplung 9. Vorzugsweise ist vorgesehen, dass die Montage und Demontage der einen oder mehreren Zusatzmassenkörper ZK bzw. ZK1, ZK2, ... werkzeuglos und/oder unter Verwendung eines Schnellwechsel- oder Schnellspannsystems erfolgt.
  • Bei derartigen Ausführungsvarianten mit mehreren lösbar am bewegten Systemteil 2 anbringbaren Zusatzmassenkörpern ZK1, ZK2, ... kann es vorteilhaft sein, wenn wenigstens zwei der mehreren Zusatzmassenkörper ZK1, ZK2, ... eine unterschiedliche Masse besitzen. Beispielsweise können sich diese Zusatzmassenkörper ZK1, ZK2, ... in ihrer Masse um Potenzen der Zahl 2 unterscheiden, d.h. der nächstschwerere Zusatzmassenkörper besitzt jeweils die doppelte Masse des nächstleichteren Zusatzmassenkörpers. Mit einer solchen binären Staffelung der Masse der Zusatzmassenkörper ZK1, ZK2, ... lassen sich dann beliebige ganzzahlige Vielfache der kleinsten Masse des leichtesten Zusatzmassenkörpers mit einer vergleichsweise geringen Anzahl an bereitzustellenden Zusatzmassenkörpern für die Gesamtmasse aller Zusatzmassenkörper ZK1, ZK2, ... einstellen.
  • In entsprechenden Ausführungen weist, wie im Ausführungsbeispiel von Fig. 4, der stationäre Systemteil 2 eine Zusatzmassen-Bevorratungseinheit 6 zum bevorrateten Bereitstellen des oder der Zusatzmassenkörper ZK bzw. ZK1, ZK2, ... auf. Beispielhaft ist in Fig. 4 eine Ausführung gezeigt, bei der die Zusatzmassenkörper ZK1, ZK2, ... abnehmbar an einer als Zusatzmassen-Bevorratungseinheit 6 fungierenden Zusatzmassenhalterung 6a aufgehängt sind, die ihrerseits am stationären Systemteil 1, z.B. am Gießkolben-Antriebszylinder 13, oder alternativ an einer anderen stationären, feststehenden Komponente der betreffenden Druckgießmaschine angeordnet ist. Die solchermaßen bevorrateten Zusatzmassenkörper ZK1, ZK2, ... können dann je nach Bedarf einzeln bzw. in beliebigen Kombinationen der Zusatzmassen-Bevorratungseinheit 6 entnommen und am bewegten Systemteil 2 lösbar angebracht werden, um den betreffenden Gießzyklus mit der gewünschten Gesamtmasse des bewegten Systemteils 2 auszuführen.
  • In entsprechenden Realisierungen umfasst das Gießkolbensystem eine Zusatzmassen-Handhabungseinheit 7, die zum selbsttätigen Anbringen des jeweiligen Zusatzmassenkörpers ZK bzw. ZK1, ZK2, ... am bewegten Systemteil 2 sowie zum selbsttätigen Abnehmen des jeweiligen Zusatzmassenkörpers ZK bzw. ZK1, ZK2, ... vom bewegten Systemteil 2 eingerichtet ist. Eine solche Zusatzmassen-Handhabungseinheit 7 ist in Fig. 4 zum dortigen Ausführungsbeispiel blockdiagrammatisch gezeigt. Sie kann beispielsweise einen an sich üblichen Handhabungsroboter umfassen, der zur Durchführung der erforderlichen Handhabungsmaßnahmen spezifisch konfiguriert ist. Alternativ kann das Anbringen und Abnehmen des jeweiligen Zusatzmassenkörpers ZK, ZK1, ZK2, ... am bzw. vom bewegten Systemteil 2 durch entsprechendes Bedienpersonal erfolgen.
  • In entsprechenden Ausführungen umfasst das erfindungsgemäße Gießkolbensystem, wie in Fig. 6 veranschaulicht, einen Satz von mehreren in Fig. 6 blockdiagrammatisch wiedergegebenen Gießkolben 31 bis 3n1 mit vordefiniert unterschiedlicher Masse, die sich in ihrer Masse um vordefinierte Masseninkremente unterscheiden und zur austauschbaren Verwendung als Gießkolben 3 des bewegten Systemteils 2 eingerichtet sind, und/oder einen Satz von mehreren in Fig. 6 blockdiagrammatisch wiedergegebenen Gießkolbenstangen 41 bis 4n2 mit vordefiniert unterschiedlicher Masse, die sich in ihrer Masse um vordefinierte Masseninkremente unterscheiden und zur austauschbaren Verwendung als Gießkolbenstange 4 des bewegten Systemteils 2 eingerichtet sind, und/oder einen Satz von mehreren in Fig. 6 blockdiagrammatisch wiedergegebenen Gießkolbenkupplungen 91 bis 9n3 mit vordefiniert unterschiedlicher Masse, die sich in ihrer Masse um vordefinierte Masseninkremente unterscheiden und zur austauschbaren Verwendung als Gießkolbenkupplung 9 der Stangenantriebseinheit 5 des bewegten Systemteils 2 eingerichtet sind, und/oder einen Satz von mehreren in Fig. 6 blockdiagrammatisch wiedergegebenen Gießkolben-Antriebskolben 101 bis 10n4 mit vordefiniert unterschiedlicher Masse, die sich in ihrer Masse um vordefinierte Masseninkremente unterscheiden und zur austauschbaren Verwendung als Gießkolben-Antriebskolben 10 der Stangenantriebseinheit 5 des bewegten Systemteils 2 eingerichtet sind.
  • Je nach Anwendungsfall und gewünschter Gesamtmasse des bewegten Systemteils 2 kann der tatsächlich verwendete Gießkolben 3 aus der Anzahl n1 vorhandener Gießkolben 31 bis 3n1 unterschiedlicher Masse und/oder die tatsächlich verwendete Gießkolbenstange 4 aus der Anzahl n2 von Gießkolbenstangen 41 bis 4n2 unterschiedlicher Masse und/oder die tatsächlich verwendete Gießkolbenkupplung 9 aus der Anzahl n3 von Gießkolbenkupplungen 91 bis 9n3 unterschiedlicher Masse und/oder der tatsächlich verwendete Gießkolben-Antriebskolben 10 aus der Anzahl n4 von Gießkolben-Antriebskolben 101 bis 10n4 unterschiedlicher Masse ausgewählt werden. Dabei können je nach Systemausführung von den vier genannten Sätzen von Gießkolben 31 bis 3n1, Gießkolbenstangen 41 bis 4n2, Gießkolbenkupplungen 91 bis 9n3 und Gießkolben-Antriebskolben 101 bis 10n4 alle vier Sätze bei einem gegebenen Gießkolbensystem vorhanden sein oder nur einer der vier Sätze oder beliebige zwei oder drei der vier Sätze bereitgestellt sein.
  • Bei diesem Ausführungstypus der Erfindung lässt sich die Masse des bewegten Systemteils 2 zwischen verschiedenen Gießzyklen durch Wahl eines anderen Gießkolbens und/oder einer anderen Gießkolbenstange und/oder einer anderen Gießkolbenkupplung und/oder eines anderen Gießkolben-Antriebskolbens veränderlich einstellen. Bei Bedarf kann zusätzlich das lösbare Anbringen eines oder mehrerer Zusatzmassenkörper am bewegten Systemteil 2 vorgesehen sein, im gezeigten Beispiel von Fig. 6 durch den an der Gießkolbenstange 4 lösbar angebrachten Zusatzmassenkörper ZK veranschaulicht. Außerdem kann dieser Ausführungstypus bei Bedarf durch die oben erwähnte, gegenüber dem bewegten Systemhauptteil 2a relativbeweglich angeordnete Zusatzmasseneinheit ZE ergänzt sein.
  • Die Masseninkremente, um die sich die betreffenden Gießkolben 31 bis 3n1, Gießkolbenstangen 41 bis 4n2, Gießkolbenkupplungen 91 bis 9n3 bzw. Gießkolben-Antriebskolben 101 bis 10n4 in ihrer Masse unterscheiden, können je nach den Gegebenheiten bzw. Anforderungen geeignet vordefiniert werden. Dabei ist es in der Regel zweckmäßig, die Masseninkremente zwischen je zwei bezüglich ihrer Masse aufeinanderfolgenden Komponenten und/oder den gesamten Massenunterschied zwischen der leichtesten und der schwersten Komponente des jeweiligen Satzes in vorgegebenen Grenzen zu halten. Dies kann beispielsweise durch Vorgabe eines geeigneten Schwellwertes realisiert sein, um den sich die Masseninkremente des jeweiligen Komponentensatzes maximal unterscheiden, und/oder um den die Masse der schwersten Komponente des jeweiligen Satzes maximal größer ist als die Masse der leichtesten Komponente des Satzes, z.B. angegeben als Prozentsatz.
  • In entsprechenden Ausführungsformen weist die gegenüber dem Systemhauptteil 2a relativbeweglich angeordnete Zusatzmasseneinheit ZE einen gleitbeweglich zwischen einer Anfangsstellung und einer Endstellung am bewegten Systemhauptteil 2 angeordneten Zusatzmassenkörper ZM auf, wobei die Anfangsstellung durch einen Initial-Endanschlag IA am bewegten Systemhauptteil 2a definiert ist und/oder die Endstellung durch einen Aufprall-Endanschlag AA am bewegten Systemhauptteil 2a definiert ist. Fig. 5 zeigt ein entsprechendes Ausführungsbeispiel, das sowohl über den Initial-Endanschlag IA als auch den Aufprall-Endanschlag AA am bewegten Systemhauptteil 2 verfügt.
  • In vorteilhaften Realisierungen ist zumindest der Initial-Endanschlag IA oder der Aufprall-Endanschlag AA am bewegten Systemhauptteil 2 verstellbar, wobei auch eine Verstellbarkeit beider Endanschläge IA, AA vorgesehen sein kann. Die Endanschlagverstellung kann je nach Bedarf manuell, z.B. durch eine manuell betätigte Schraubenspindel, oder automatisch durch einen entsprechenden Aktuatormechanismus erfolgen. Im Ausführungsbeispiel von Fig. 5 ist der Aufprall-Endanschlag AA an der Gießkolbenkupplung 9 vorgesehen, während der Initial-Endanschlag IA durch einen Initial-Endanschlagkörper 8 bereitgestellt ist, der axial verstellbar am Gießkolben-Antriebskolben 10 festgelegt ist.
  • Der Zusatzmassenkörper ZM kann sich folglich um einen dem axialen Abstand von Anfangsstellung und Endstellung entsprechenden Gleithub bzw. Hub H gleitend relativ zum restlichen bewegten Systemteil, d.h. relativ zum bewegten Systemhauptteil 2a, bewegen. Wenn sich der bewegte Systemhauptteil 2a zusammen mit dem Zusatzmassenkörper ZM während der Formfüllphase mit einer definierten Vorschubgeschwindigkeit bewegt und der bewegte Systemhauptteil 2a am Ende der Formfüllphase abbremst, behält der gleitbewegliche Zusatzmassenkörper ZM diese Vorschubgeschwindigkeit zunächst noch bei, bis er seinen Hub H von der Anfangsstellung in die Endstellung zurückgelegt hat und dann am Aufprall-Endanschlag AA abbremst. Der Zusatzmassenkörper ZM bremst somit am Ende der Formfüllphase des Gießzyklus um eine vorgegebene Verzögerungszeit später als der Systemhauptteil 2a ab, die sich aus dem Quotient des Hubs H dividiert durch die Vorschubgeschwindigkeit des bewegten Systemteils 2 am Ende der Formfüllphase direkt vor dem Abbremsen des bewegten Systemhauptteils 2a ergibt.
  • Im Fall der Verstellbarkeit zumindest einer der beiden Endanschläge IA, AA, die eine entsprechende Verstellung des Hubs H bedeutet, lässt sich gemäß dem oben erläuterten funktionalen Zusammenhang mit dem Hub H die Verzögerungszeit in gewünschter Weise variabel vorgeben, um welche der Zusatzmassenkörper ZM später als der Systemhauptteil 2a abbremst, ohne dass dazu die Vorschubgeschwindigkeit für den bewegten Systemteil 2 geändert werden braucht.
  • Im Ausführungsbeispiel von Fig. 5 besteht die relativbewegliche Zusatzmasseneinheit ZE allein aus dem Zusatzmassenkörper ZM, in alternativen Ausführungen beinhaltet die relativbewegliche Zusatzmasseneinheit ZE einen oder mehrere weitere Zusatzmassenkörper, die in einer gewünschten Weise gegenüber dem bewegten Systemhauptteil 2a relativbeweglich angeordnet sind. In weiteren alternativen Ausführungen sind außer der Zusatzmasseneinheit ZE ein oder mehrere Zusatzmassenkörper nach Art des Zusatzmassenkörpers ZK der Fig. 1 bis 3 bzw. nach Art der Zusatzmassenkörper ZK1, ZK2, ... von Fig. 4 vorgesehen, die zum lösbaren Anbringen am bewegten Systemteil 2 eingerichtet sind und im angebrachten Zustand einen bewegungsstarr mit dem übrigen bewegten Systemteil gekoppelten Bestandteil des bewegten Systemteils 2 bilden.
  • Während das bewegungsstarr gekoppelte Anbringen von Zusatzmassenkörpern, wie dem einen Zusatzmassenkörper ZK gemäß den Fig. 1 bis 3 bzw. den mehreren Zusatzmassenkörpern ZK1, ZK2, ... im Ausführungsbeispiel von Fig. 4, einen entsprechenden zusätzlichen Impulsübertrag auf das Schmelzematerial am Ende der Formfüllphase genau zum Zeitpunkt der primären Impulsübertragung durch die Abbremsung des bewegten Systemteils 2 bzw. des bewegten Systemhauptteils 2a zur Folge hat, bewirkt das relativbewegliche Ankoppeln der Zusatzmasseneinheit ZE an den restlichen bewegten Systemteil, d.h. den Systemhauptteil 2a, einen Zusatzimpulsübertrag auf das Schmelzematerial, der am Ende der Formfüllphase um die vorgebbare Verzögerungszeit später erfolgt als der primäre Impulsübertrag durch die Abbremsung des bewegten Systemhauptteils 2a.
  • Um dies an einem Zahlenbespiel zu verdeutlichen, sei beispielsweise angenommen, dass die Vorschubgeschwindigkeit des bewegten Systemteils 2 gegen Ende der Formfüllphase 5m/s beträgt und die starre Masse des bewegten Systemhauptteils 2a 100kg, die Masse der Zusatzmasseneinheit ZE 20kg sowie der Gleithub H der Zusatzmasseneinheit ZE 50mm betragen. Dann prägt die Zusatzmasseneinheit ZE dem Schmelzematerial bezogen auf den Impuls der starren Masse des bewegten Systemhauptteils 2a einen Zusatzimpuls von 20% auf, wobei dieser Impulsübertrag 10ms nach dem Impulsübertrag durch die Abbremsung des bewegten Systemhauptteils 2a beginnt. Der verzögerte Impulsübertragungseffekt kann die Zeitspanne zwischen der ersten Druckspitze, die auf den Impulsübertrag der starren Masse des bewegten Systemhauptteils 2s zum Zeitpunkt des Formfüllendes zurückgeht, und einer typischerweise erst ca. 20ms bis 35ms nach dem Formfüllende beginnenden Wirkung einer optionalen Druckmultiplikatorvorrichtung prozessgünstig überbrücken, ohne dass hierbei die erste Druckspitze überhöht wird, so dass ein etwaiges Überspritzen der Form vermieden werden kann.
  • Der verzögerte Zeitpunkt des zusätzlich durch die Zusatzmasseneinheit ZE aufgeprägten Impulsübertrages auf das Schmelzematerial kann in Abhängigkeit von den Gegebenheiten bzw. den Gießparametern, insbesondere in Abhängigkeit von der Gießkolbengeschwindigkeit und der konstruktiven Gießanordnung, gezielt beeinflusst werden. Durch die Endanschlagverstellung, d.h. die Verstellung des Gleithubs H, lässt sich bei Bedarf der verzögerte Impulsübertragungseffekt zwecks Prozessoptimierung für die aufeinanderfolgenden Gießzyklen variabel einstellen. Dabei kann auf Wunsch auch die Masse der Zusatzmasseneinheit ZE variiert werden, z.B. durch Austausch der Zusatzmasseneinheit ZE oder durch Aufbau der Zusatzmasseneinheit ZE aus einer variablen Anzahl von wahlweise relativbeweglich an den bewegten Systemhauptteil 2a ankoppelbaren Zusatzmassenkörpern. Auf diese Weise lässt sich die Stärke und/oder der Zeitpunkt dieser Zusatzimpulsübertragung auf das Schmelzematerial am Ende der Formfüllphase so einstellen, dass sich die gewünschte optimale Gießteilqualität ergibt, was beispielsweise empirisch oder durch Computersimulation ermittelt werden kann.
  • In entsprechenden Realisierungen der Erfindung beinhaltet der bewegte Systemteil 2 mehrere gegenüber dem Systemhauptteil 2a relativbeweglich angeordnete Zusatzmasseneinheiten Zε, die am Ende der Formfüllphase des Gießzyklus um eine jeweils individuell vorgebbare Verzögerungszeit später als der Systemhauptteil 2a abbremsen. Für jede Zusatzmasseneinheit ZE können in diesem Fall deren Masse und damit die von ihr bewirkte Stärke des zusätzlichen Impulsübertrags auf das Schmelzematerial ebenso wie der Zeitpunkt individuell festgelegt werden, zu dem sie durch ihre Abbremsung den zusätzlichen Impuls auf das Schmelzematerial überträgt. Bei Bedarf kann mit dieser Ausführungsvariante eine zeitlich gestaffelte, sukzessive Zusatzimpulsübertragung auf das Schmelzematerial durch die mehreren nacheinander abgebremsten Zusatzmasseneinheiten Zε bereitgestellt werden.
  • In vorteilhaften Realisierungen beinhaltet das Gießkolbensystem, wie für das Ausführungsbeispiel von Fig. 5 gezeigt, eine Arretierungseinheit 11 zur lösbaren Arretierung des Zusatzmassenkörpers ZM in der Anfangsstellung oder in der Endstellung oder an einer vorgebbaren Arretierposition zwischen der Anfangsstellung und der Endstellung. Beispielhaft ist die Arretierungseinheit 11 in der Realisierung von Fig. 5 durch eine Arretierriegelvorrichtung mit einem an der Gießkolbenkupplung 9 schwenkbeweglich gehaltenen Arretierriegel gebildet, der in eine passende Riegelaufnahme am Zusatzmassenkörper ZM eingreift, wenn der Zusatzmassenkörper ZM seine Endstellung, d.h. in diesem Fall den Aufprall-Endanschlag AA an der Gießkolbenkupplung 9, erreicht hat.
  • Die Arretierungseinheit 11 sorgt dafür, dass der Zusatzmassenkörper ZM nach Erreichen seines Aufprall-Endanschlags AA dort festgehalten wird. Nach beendetem Gießvorgang wird die Arretierung gelöst, so dass der Zusatzmassenkörper ZM wieder in seine Anfangsstellung zurückkehren kann. Die Rückbewegung des Zusatzmassenkörpers ZM kann optional, wie im Beispiel von Fig. 5 realisiert, durch eine Rückstellfederanordnung 15 unterstützt werden, die in diesem Beispiel einerseits am Zusatzmassenkörper ZM und andererseits in einer Aufnahme in der Gießkolbenkupplung 9 gehalten ist.
  • Fig. 7 veranschaulicht in einer schematischen Flussdiagrammform ein erfindungsgemäßes Gießverfahren nur mit den hier interessierenden Verfahrensschritten für eine Druckgießmaschine, die mit einem erfindungsgemäßen Gießkolbensystem z.B. in einer Ausführung nach Art einer der Fig. 1 bis 6 ausgerüstet ist. Wie an sich bekannt, werden für die Durchführung eines jeweiligen Gießzyklus ein oder mehrere Gießparameter erfasst, die aus einem oder mehreren vorausgegangenen Gießzyklen abgeleitet und/oder für den anstehenden Gießzyklus vorgegeben werden. Diese Gießparametererfassung erfolgt durch eine Maschinensteuerung, mit der die Druckgießmaschine typischerweise ausgerüstet ist und die auch eine Steuerungseinheit für das Gießkolbensystem bildet bzw. umfasst. Die Steuerungseinheit für das Gießkolbensystem ist, wie ebenfalls an sich bekannt, zur Steuerung bzw. Regelung des jeweiligen Gießvorgangs eingerichtet.
  • Charakteristischerweise ermittelt die Steuerungseinheit beim erfindungsgemäßen Gießkolbensystem die für den bzw. die anstehenden Gießzyklen als optimal einzustellende Masse des bewegten Systemteils 2 und/oder die für den bzw. die anstehenden Gießzyklen als optimal einzustellende Verzögerungszeit der gegenüber dem bewegten Systemhauptteil 2a relativbeweglich angeordneten Zusatzmasseneinheit Zε. Vorzugsweise wertet die Steuerungseinheit dazu sensorisch oder anderweitig erfasste, zu einem oder mehreren vorangegangenen Gießzyklen gehörige Istwerte eines oder mehrerer Gießparameter aus, insbesondere solcher Gießparameter, welche die Qualität des hergestellten Gießteils und/oder die Effektivität des Gießvorgangs beeinflussen bzw. repräsentieren. Die Steuerungseinheit ist dadurch in der Lage, den Gießzyklus selbsttätig zu optimieren, je nach Auslegung der Steuerung rein steuernd und/oder iterativ und/oder unter Verwendung von vorab durchgeführten Computersimulationen und/oder mittels Echtzeit-Regelungseingriffen während des jeweiligen Gießvorgangs.
  • Verfahrensgemäß wird somit, wie in Fig. 7 angegeben, die Masse des bewegten Systemteils 2 und/oder die Verzögerungszeit für die relativbeweglich angeordnete Zusatzmasseneinheit ZE für einen oder mehrere zukünftige Gießzyklen in Abhängigkeit von dem wenigstens einen erfassten Gießparameter variabel eingestellt. Anschließend wird der Gießvorgang mit entsprechend optimierter Gießprozessführung durchgeführt.
  • In entsprechenden Ausführungen ist die Steuerungseinheit durch einen in ihr geeignet abgelegten Algorithmus dafür eingerichtet, im Rahmen der verfahrensgemäßen Durchführung der Gießvorgänge aus der Gießkolbenposition, der Gießkolbengeschwindigkeit, d.h. der Vorschubgeschwindigkeit des bewegten Systemteils 2, und der Masse des bewegten Systemteils 2 bzw. der Masse des bewegten Systemhauptteils 2a und der Masse der gleitbeweglichen Zusatzmasseneinheit ZE den zugehörigen Impuls bzw. ein für die Impulsübertragung auf das Schmelzematerial relevantes Impulsäquivalent zu ermitteln und zur Weiterverarbeitung zur Verfügung zu stellen. Dies kann z.B. auch dazu genutzt werden, den ermittelten Impulsübertragungseffekt als Maß für den in der Schmelze stattfindenden Verdichtungseffekt der ersten Druckspitze am Ende der Formfüllphase optisch oder in anderer Weise anzuzeigen bzw. darzustellen.
  • Des Weiteren ist die Steuerungseinheit in entsprechenden Ausführungen dafür eingerichtet, die zu einer gewünschten Höhe der ersten Druckspitze in Abhängigkeit von den bei der gegebenen Druckgießmaschine bzw. dem gegebenen Gießkolbensystem vorhandenen Einflussfaktoren die erforderliche Masse für den bewegten Systemteil 2 bzw. für den bewegten Systemhauptteil 2a und die relativbewegliche Zusatzmasseneinheit Zε zu ermitteln oder empirisch oder durch Computersimulation anhand eines zugehörigen, für das herzustellende Gießteil spezifischen Kennfeldes zu bestimmen. Zusätzlich oder alternativ kann die Steuerungseinheit dafür ausgelegt sein, die optimale Zusatzmasse ohne Kenntnis der tatsächlichen Druckspitze zu ermitteln, in diesem Fall z.B. empirisch anhand der ausgewerteten Gießteilqualität, wobei die Gießkolbengeschwindigkeit variiert wird, ohne den Impulseffekt zu verändern.
  • Als Einflussfaktoren werden insbesondere einer oder mehrere der folgenden Faktoren verwendet: Die vorgewählte oder tatsächliche Gießkolbengeschwindigkeit in der Formfüllphase; die Masse des bewegten Systemteils 2 ohne relativbewegliche Zusatzmasseneinheit Zε und ohne lösbar anzubringende Zusatzmassenkörper ZK, ZK1, ...; die Schließkraft der Formschließeinheit der Druckgießmaschine; die Sprengfläche des Gießteils und/oder Angusses; das Gewicht des Gießteils und/oder des Angusses; die Gießteilcharakteristik insbesondere hinsichtlich Wanddicken; die Zusammensetzung des Schmelzematerials; der in der Gießkammer 12 wirksame Gießkolbendurchmesser; die Abmessungen des Gießkolbenantriebs insbesondere hinsichtlich Durchmesser und hydraulischer Wirkflächen; der hydraulische Antriebsdruck des Gießkolbenantriebs; die Parameter der optionalen Druckmultiplikatorvorrichtung, insbesondere hinsichtlich Abmessungen und hydraulischer Wirkflächen der Multiplikatoreinheit, Druckprofilvorgabe und Multiplikatorsystemdruck; und der aktuelle und/oder maximal mögliche Wert für den Gleithub H im Fall einer vorhandenen, relativbeweglichen Zusatzmasseneinheit Zε.
  • Zudem kann die Steuerungseinheit dafür eingerichtet sein, zu einer gewünschten Höhe der ersten Druckspitze bei bekannter Masse der relativbeweglichen, vorhandenen Zusatzmasseneinheit ZE in Abhängigkeit von den genannten Einflussfaktoren den zugehörigen Wert für den Gleithub H zu ermitteln oder aus einem empirisch oder durch Computersimulation ermittelten, für das herzustellende Gießteil spezifischen Kennfeld zu bestimmen. Auch in diesem Fall kann in analoger Weise vorgegangen werden, wenn die tatsächliche Druckspitze nicht bekannt ist, jedoch empirisch der Impulsübertragungseffekt als gut bewertet wird und lediglich die Gießkolbengeschwindigkeit variiert werden soll, ohne den Impulsübertragungseffekt zu verändern. Als zusätzlicher Einflussfaktor kann hier bei vorhandener Arretierungseinheit 11 deren Arretierungszustand hinzutreten, d.h. ob die relativbewegliche Zusatzmasseneinheit ZE bzw. der relativbewegliche Zusatzmassenkörper ZM durch die Arretierungseinheit 11 arretiert ist oder nicht.
  • Es versteht sich, dass gewählte Massenveränderungen für den bewegten Systemteil 2 von der Steuerungseinheit für die Gesamtsteuerung des Gießkolbensystems geeignet berücksichtigt werden. So erfordert eine Änderung der Masse des bewegten Systemteils 2 entsprechend veränderte Antriebskräfte zum Beschleunigen des bewegten Systemteils 2.
  • Die Erfassung der Gießparameter wird durch geeignete Sensorik unterstützt, wie sie sich für den Fachmann bei Kenntnis der Sensorikaufgaben ohne Weiteres versteht. Die Sensorik kann hierbei insbesondere einen oder mehrere der folgenden Sensoren beinhalten: einen oder mehrere Endschalter zur Detektion der Anwesenheit starr angekoppelter Zusatzmassenkörper ZK, ZK1, ... und/oder der relativbeweglichen Zusatzmasseneinheit ZE; drahtgebundene und/oder drahtlose Identifikationssensoren zum Identifizieren einzelner Zusatzmassenkörper und/oder Bauteilkomponenten des Gießkolbensystems und insbesondere von dessen bewegtem Systemteil 2; Beschleunigungssensoren, deren Sensorinformationen zusammen mit Sensordaten des Gießantriebssystems, insbesondere hinsichtlich Position, Drücke etc., zur Ermittlung der Gesamtmasse des bewegten Systemteils 2 ausgewertet werden können; ein Sensor zur Messung des aktuellen Gleithubs H bei Vorhandensein der relativbeweglichen Zusatzmasseneinheit ZE; ein Sensor zur Detektion, ob sich die relativbewegliche Zusatzmasseneinheit Zε bzw. der Zusatzmassenkörper ZM in der Anfangsstellung befindet; und ein Sensor zur Detektion, ob sich die relativbewegliche Zusatzmasseneinheit ZE bzw. der relativbewegliche Zusatzmassenkörper ZM bei Vorhandensein der Arretierungseinheit 11 im arretierten Zustand befindet.
  • Fig. 8 veranschaulicht im Kennliniendiagramm für exemplarische Ausführungsbeispiele schematisch den typischen Verlauf des Forminnendrucks, d.h. des Drucks ps des Schmelzematerials in der Form, in Abhängigkeit von der Zeit t für den letzten Teil der Formfüllphase und die anschließende Nachdruckphase. Dabei veranschaulicht eine gestrichelt wiedergegebene erste Kennlinie K1 einen typischen Zeitverlauf des Forminnendrucks ps für ein herkömmliches Gießkolbensystem ohne Druckmultiplikatorvorrichtung. Der Gießkolben bewegt sich zunächst mit z.B. weitgehend konstanter Vorschubgeschwindigkeit, d.h. Füllgeschwindigkeit, und sobald zu einem Zeitpunkt tE das Ende der Formfüllphase erreicht wird, entsteht in der Form ein Druckaufbau, der seinerseits zu einem Druckanstieg in der Gießkammer führt, wodurch der Gießkolben bis zum Stillstand abgebremst wird, d.h. der Impuls des Gießkolbens bzw. des bewegten Systemteils des Gießkolbensystems wird unter entsprechender Zunahme des Forminnendrucks bis auf null abgebaut. Das flüssige Schmelzematerial in der Form wirkt bis zu einem gewissen Grad kompressibel, d.h. wie eine hydraulische Feder. Zu einem Zeitpunkt ts kommt der bewegte Systemteil des Gießkolbensystems erstmals zum Stillstand und in der Form herrscht der höchste Druckwert, d.h. die erste Druckspitze. Anschließend ergibt sich ein gewisses gedämpftes Nachschwingen des Forminnendrucks ps aufgrund einer entsprechenden gedämpften Schwingungsbewegung des bewegten Systemteils des Gießkolbensystems zwischen dem kompressiblen Schmelzematerial einerseits und der kompressiblen Hydraulikflüssigkeit im antreibenden Gießaggregat andererseits, wie aus dem Verlauf der Kennlinie K1 ersichtlich.
  • Eine zweite Kennlinie K2 veranschaulicht einen typischen Gießverlauf bei Verwendung des erfindungsgemäßen Gießkolbensystems mit bewegungsstarr an den bewegten Systemteil 2 angekoppelter Zusatzmasse, z.B. dem Zusatzmassenkörper ZK gemäß den Fig. 1 bis 3 oder den Zusatzmassenkörpern ZK1, ZK2, ... gemäß Fig. 4, und mit einer Druckmultiplikatorvorrichtung. Bis zum Zeitpunkt tE am Ende der Formfüllphase mit dem beginnenden starken Druckanstieg entspricht der Verlauf des Gießvorgangs demjenigen im konventionellen Fall gemäß der Kennlinie K1, und es tritt auch hier das erläuterte, gedämpfte Nachschwingen beim Übergang in die Nachdruckphase auf. Jedoch ist der Forminnendruck ps zum Zeitpunkt ts der ersten Druckspitze gegenüber dem konventionellen Fall erhöht, d.h. die Kennlinie K2 liegt hier über der Kennlinie K1. Und zu einem Zeitpunkt tM setzt die Wirkung der Druckmultiplikatorvorrichtung ein, durch die dann der Forminnendruck ps auf einen gewünschten, erhöhten Endwert pF gebracht wird, der deutlich über dem Endwert pK im konventionellen Fall der ersten Kennlinie K1 ohne Druckmultiplikatorvorrichtung liegt. Die Anhebung des Forminnendrucks ps im Zeitpunkt der ersten Druckspitze ts geht auf den zusätzlichen Impulsübertrag auf das Schmelzematerial in der Form durch die bewegungsstarr an den bewegten Systemteil 2 des Gießkolbensystems angekoppelte Zusatzmasse zurück, die durch einen oder mehrere der erwähnten Zusatzmassenkörper ZK, ZK1, ZK2, ... und/oder durch den oben zur Fig. 6 erläuterten Austausch entsprechender Komponenten des bewegten Systemteils 2 durch funktionsäquivalente Komponenten anderer Masse bereitgestellt wird.
  • Eine dritte Kennlinie K3 veranschaulicht einen beispielhaften Gießvorgang bei Verwendung des erfindungsgemäßen Gießkolbensystems in einer Ausführung entsprechend derjenigen, wie oben zur zweiten Kennlinie K2 erläutert, jedoch mit zusätzlich vorhandener, relativbeweglich angeordneter Zusatzmasseneinheit ZE. Da diese Zusatzmasseneinheit ZE ihre impulsübertragende Wirkung auf das Schmelzematerial erst um die vorgebbare Verzögerungszeit später entfaltet als der bewegte Systemhauptteil 2a, entspricht der zeitliche Verlauf des Forminnendrucks ps in diesem Ausführungsbeispiel gemäß der Kennlinie K3 demjenigen der Kennlinie K2 bis zu einem Zeitpunkt tv, zu dem diese Verzögerungszeit abgelaufen ist und die Zusatzmasseneinheit Zε abbremst und ihren Impuls zusätzlich auf das Schmelzematerial überträgt. Dies hat zur Folge, dass der Forminnendruck ps zu diesem Zeitpunkt tv ansteigt und die zugehörige Kennlinie K3 im weiteren Verlauf des Gießvorgangs bis zum Erreichen des Enddrucks pF in der Nachdruckphase um einen entsprechenden Zusatzdruck über der zweiten Kennlinie K2 liegt. Wie aus einem Vergleich der Kennlinien K2 und K3 ersichtlich, ist es durch die relativbewegliche Anordnung der Zusatzmasseneinheit ZE möglich, einen wünschenswerten Druckerhöhungsbeitrag zum Forminnendruck ps im Zeitraum zwischen dem Zeitpunkt ts der ersten Druckspitze und dem Zeitpunkt tM der einsetzenden Druckmultiplikatorwirkung bereitzustellen.
  • Wie die gezeigten und die weiteren oben erläuterten Ausführungsbeispiele deutlich machen, stellt die Erfindung ein vorteilhaftes Gießkolbensystem zur Verwendung in Druckgießmaschinen zur Verfügung, mit dem sich die Druckgießvorgänge insbesondere im Zeitraum am Ende der Formfüllphase und beim Übergang zur Nachdruckphase gegenüber herkömmlichen Gießvorgängen signifikant optimieren bzw. verbessern lassen, was wiederum eine Steigerung der Qualität der hergestellten Gießteile ermöglicht. Insbesondere kann die Verdichtung, die Festigkeit, die Porosität und/oder die Gefügebildung des Gießteils günstig beeinflusst werden, indem der Impulsübertrag auf das Schmelzematerial durch die Massenänderung des bewegten Systemteils variiert werden kann, ohne dass zwingend die Vorschubgeschwindigkeit des bewegten Systemteils geändert werden muss.
  • Die Erfindung ermöglicht unabhängig voneinander eine gezielte Beeinflussung der durch die Vorschubgeschwindigkeit des bewegten Systemteils 2 bedingten Formfüllzeit, d.h. Dauer der Formfüllphase, und des Druckwertes für den Forminnendruck zum Zeitpunkt der ersten Druckspitze, da dieser Druckwert erfindungsgemäß durch die Massenänderung des bewegten Systemteils verändert werden kann, ohne die Vorschubgeschwindigkeit zu ändern. Die Erfindung ermöglicht es so beispielsweise, von einem Gießkolbensystem mit minimaler Masse des bewegten Systemteils auszugehen, was zur Erzielung kurzer Formfüllzeiten aufgrund höherer vorgebbarer Vorschubgeschwindigkeit grundsätzlich günstig ist, und nach Bedarf die Masse des bewegten Systemteils durch die genannten Maßnahmen zu erhöhen, um ein gewünschtes Druckniveau für die erste Druckspitze zu erzielen und/oder eine Druckerhöhung in einem Zeitraum nach der ersten Druckspitze durch die verzögert wirkende relativbewegliche Zusatzmasseneinheit bereitzustellen, insbesondere als Überbrückungsmaßnahme bis zum Einsetzen einer Druckmultiplikatorwirkung.

Claims (10)

  1. Gießkolbensystem für eine Druckgießmaschine, mit
    - einem stationären Systemteil (1) und
    - einem in einem jeweiligen Gießzyklus zum Einbringen von Schmelzematerial in eine Gießform gegenüber dem stationären Systemteil bewegten Systemteil (2), der einen Gießkolben (3), eine Gießkolbenstange (4) und eine Stangenantriebseinheit (5) umfasst und zur Abbremsung am Ende einer Formfüllphase des Gießzyklus unter Druckeinwirkung auf das Schmelzematerial eingerichtet ist,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    - der bewegte Systemteil (2) eine zwischen verschiedenen Gießzyklen veränderlich einstellbare starre Masse aufweist, und/oder
    - der bewegte Systemteil aus einem bewegten Systemhauptteil (2a) und einer gegenüber dem Systemhauptteil relativbeweglich angeordneten starren Zusatzmasseneinheit (ZE) besteht, die zur Abbremsung am Ende der Formfüllphase des Gießzyklus um eine vorgebbare Verzögerungszeit später als der Systemhauptteil eingerichtet ist.
  2. Gießkolbensystem nach Anspruch 1, weiter gekennzeichnet durch einen oder mehrere Zusatzmassenkörper (ZK, ZK1, ZK2, ...), die jeweils zum lösbaren Anbringen am bewegten Systemteil eingerichtet sind und im angebrachten Zustand einen Bestandteil des bewegten Systemteils bilden.
  3. Gießkolbensystem nach Anspruch 2, weiter dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Zusatzmassenkörper vorgesehen sind, von denen wenigstens zwei Zusatzmassenkörper eine unterschiedliche Masse besitzen.
  4. Gießkolbensystem nach Anspruch 2 oder 3, weiter dadurch gekennzeichnet, dass der stationäre Systemteil eine Zusatzmassen-Bevorratungseinheit (6) zum bevorrateten Bereitstellen des oder der Zusatzmassenkörper aufweist.
  5. Gießkolbensystem nach einem der Ansprüche 2 bis 4, weiter gekennzeichnet durch eine Zusatzmassen-Handhabungseinheit (7), die zum selbsttätigen Anbringen und Abnehmen eines jeweiligen Zusatzmassenkörpers am und vom bewegten Systemteil eingerichtet ist.
  6. Gießkolbensystem nach einem der Ansprüche 1 bis 5, weiter gekennzeichnet durch
    - einen Satz von mehreren Gießkolben (31, 32, ...) mit vordefiniert unterschiedlicher Masse, die sich in ihrer Masse um vordefinierte Masseninkremente unterscheiden und zur austauschbaren Verwendung als Gießkolben des bewegten Systemteils eingerichtet sind, und/oder
    - einen Satz von mehreren Gießkolbenstangen (41, 42, ...) mit vordefiniert unterschiedlicher Masse, die sich in ihrer Masse um vordefinierte Masseninkremente unterscheiden und zur austauschbaren Verwendung als Gießkolbenstange des bewegten Systemteils eingerichtet sind, und/oder
    - einen Satz von mehreren Gießkolbenkupplungen (91, 92, ...) mit vordefiniert unterschiedlicher Masse, die sich in ihrer Masse um vordefinierte Masseninkremente unterscheiden und zur austauschbaren Verwendung als eine Gießkolbenkupplung (9) der Stangenantriebseinheit des bewegten Systemteils eingerichtet sind, und/oder
    - einen Satz von mehreren Gießkolben-Antriebskolben (101, 102, ...) mit vordefiniert unterschiedlicher Masse, die sich in ihrer Masse um vordefinierte Masseninkremente unterscheiden und zur austauschbaren Verwendung als ein Gießkolben-Antriebskolben (10) der Stangenantriebseinheit des bewegten Systemteils eingerichtet sind.
  7. Gießkolbensystem nach einem der Ansprüche 1 bis 6, weiter dadurch gekennzeichnet, dass die relativbeweglich angeordnete Zusatzmasseneinheit einen gleitbeweglich zwischen einer Anfangsstellung und einer Endstellung am bewegten Systemhauptteil angeordneten Zusatzmassenkörper (ZM) beinhaltet, wobei die Anfangsstellung durch einen Initial-Endanschlag (IA) am bewegten Systemhauptteil definiert ist und/oder die Endstellung durch einen Aufprall-Endanschlag (AA) am bewegten Systemhauptteil definiert ist.
  8. Gießkolbensystem nach Anspruch 7, weiter dadurch gekennzeichnet, dass
    - der Initial-Endanschlag am bewegten Systemhauptteil verstellbar ist und/oder
    - der Aufprall-Endanschlag am bewegten Systemhauptteil verstellbar ist.
  9. Gießkolbensystem nach Anspruch 7 oder 8, weiter gekennzeichnet durch eine Arretierungseinheit (11) zur lösbaren Arretierung des Zusatzmassenkörpers in der Anfangsstellung oder in der Endstellung oder an einer vorgebbaren Arretierposition zwischen der Anfangsstellung und der Endstellung.
  10. Gießverfahren für eine Druckgießmaschine mit einem Gießkolbensystem nach einem der Ansprüche 1 bis 9, bei dem
    - wenigstens ein Gießparameter eines jeweiligen Gießzyklus erfasst wird und
    - die Masse des bewegten Systemteils und/oder die Verzögerungszeit für die relativbeweglich angeordnete Zusatzmasseneinheit für einen oder mehrere zukünftige Gießzyklen in Abhängigkeit von dem wenigstens einen erfassten Gießparameter variabel eingestellt wird.
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