ES2198677T3 - Dispositivo de valvulas, sobre todo un dispositivo de valvulas de escape de aire para la fundicion a presion. - Google Patents

Abstract

EN EL DISPOSITIVO DE VALVULA DE PURGA DE AIRE PARA FUNDICION INYECTADA, LA VALVULA (8) QUE SE TRATA DE CERRAR SE PUEDE ACCIONAR MEDIANTE UN EMBOLO DE MANDO NEUMATICO (7), FORMADO COMO EMBOLO DIFERENCIAL DE DOBLE EFECTO, DONDE UNA (F1) DE SUS DOS SUPERFICIES DE PRESION SE PUEDA ALIMENTAR CON AIRE COMPRIMIDO PARA ABRIRLA A TRAVES DE UNA VALVULA DE RESPUESTA RAPIDA (21), Y LA OTRA SUPERFICIE DE PRESION (F2) SE PUEDE ALIMENTAR CON AIRE COMPRIMIDO PARA CERRARLA, A TRAVES DE UNA SEGUNDA VALVULA DE MANDO (20). LA VALVULA DE RESPUESTA RAPIDA (21) LLEVA UNA PURGA DE AIRE (21R) PARA PODER DESCARGAR EN MUY POCO TIEMPO LA PRESION DE RETENCION DEL EMBOLO DE MANDO EN LA POSICION ABIERTA, PROGRAMANDO DE ESTA MANERA UN TIEMPO DE CIERRE MUY CORTO PARA EL EMBOLO DE ABSORCION. UNA VALVULA DE PURGA DE AIRE DE ESTE TIPO TIENE POR UNA PARTE UNA CONSTRUCCION MUY SENCILLA Y PERMITE UN TIEMPO DE CIERRE MUY CORTO, POR LO QUE SE PUEDE UTILIZAR ESPECIALMENTE TAMBIEN PARA LA FUNDICION INYECTADA DE ALTA VELOCIDAD.

Description

Dispositivo de válvulas, sobre todo un dispositivo de válvulas de escape de aire para la fundición a presión.

La presente invención se refiere a un dispositivo de válvulas, sobre todo un dispositivo de válvulas de escape de aire para la fundición a presión, según la reivindicación 1.

Una serie de dispositivos de válvulas de escape de aire para la fundición a presión, por ejemplo según la patente DE-C-43 02 798, son accionados por la acción dinámica del metal, presentando dicho dispositivo un transductor de fuerza sobre el cual actúa el material fundido, estando el transductor de fuerza unido mecánicamente con el elemento de cierre móvil de la válvula de escape de aire para actuar conjuntamente. Los tiempos de cierre obtenidos de esta manera son ciertamente muy rápidos, lo cual hace posible trabajar también en la fundición a presión a gran velocidad, sin embargo existe el inconveniente de que, en cada carrera de inyección, el metal líquido penetra también en el orificio guía del transductor de fuerza debido a la carrera que el mismo ha de llevar a cabo necesariamente. Esto provoca un desgaste en el émbolo distribuidor y en su orificio guía. También se conocen los residuos de soldadura por enfriamiento en estos lugares, los cuales pueden provocar el bloqueo del émbolo distribuidor. Una mínima disfunción del mando ya es suficiente para que el émbolo de aspiración cierre demasiado despacio, y entonces el metal líquido penetra en la válvula de escape de aire y solidifica allí mismo, bloqueando todo el dispositivo. Ello ocasiona costes elevados por paros de máquina, así como de mantenimiento. Además, dichos dispositivos de válvulas están compuestos de muchos elementos mecánicos, y la fuerza necesaria para mantener abiertas las válvulas durante el proceso de aireación ha de ser pequeña para no contrarrestar un tiempo de cierre rápido.

Se ha intentado eliminar los inconvenientes arriba descritos, proponiendo que el órgano de control del dispositivo de válvulas deje de ser cargado por el material de la colada, y cerrándolo a través de un circuito de control eléctrico. Por el documento DE-A-39 12 006 se conoce un dispositivo de evacuación de gases en un dispositivo de moldeo por inyección a gran velocidad, en el cual una válvula de control de evacuación de gas puede ser cerrada a gran velocidad, combinando un circuito de control con un dispositivo de accionamiento de válvulas. Dicho dispositivo, del cual se parte en el concepto general de la reivindicación 1, contiene un circuito de control relativamente costoso, en el cual las válvulas de control propiamente dichas son reguladas previamente por servoválvulas para conseguir tiempos de respuesta rápidos. Las señales de control propiamente dichas han de ser amplificadas, transformadas y adaptadas a las interfaces existentes.

Por el documento DE-A 42 16 773 se conoce, finalmente, un dispositivo de fundición a presión, en el cual el dispositivo de disparo está dotado de un sensor de metal, que penetra en el conducto de colada, con un dispositivo de conmutación dispuesto a continuación, siendo retardado el cierre de la válvula.

Partiendo de este estado de la técnica, la presente invención tiene como objetivo dar a conocer una dispositivo de válvulas que pueda ser utilizado también como dispositivo de válvulas de escape de aire para la fundición a presión a gran velocidad, y que, por un lado, presente una estructura sencilla con pocos componentes y, por lo tanto, una estructura económica y, por otro lado, facilite tiempos de cierre muy cortos. Dicho problema queda resuelto mediante el dispositivo de válvulas según la reivindicación 1.

A continuación, la invención es explicada con más detalle por medio de un dibujo que muestra un ejemplo de realización.

En la figura 1, se muestra la invención por medio de una representación esquemática del dispositivo de válvulas de escape de aire, y

en la figura 2, se muestra la utilización del dispositivo, según la figura 1, en una máquina de fundición a presión.

Tal como ya se ha mencionado antes, el objetivo de la presente invención es mejorar un dispositivo de válvulas en el sentido que, incluso durante un funcionamiento prolongado, ninguna influencia mecánica pueda afectar el proceso de cierre rápido. Esto significa que se ha de evitar la inyección de metal líquido en la válvula de escape de aire. Además, un dispositivo de este tipo debería presentar los menos componentes posibles, así como claras posiciones de conmutación. El control debería ser sencillo y poder prescindir de servoválvulas, es decir, ser controlado directamente. La señal de control para cerrar la válvula de escape debería poder prescindir de amplificaciones, transformaciones y adaptaciones a interfaces eventuales, es decir, que asimismo debería ser adecuada para el control directo. Lo importante es que el proceso de cierre, propiamente dicho, del dispositivo de válvulas se lleve a cabo en pocas milésimas de segundo, es decir, que el tiempo de cierre de una válvula de escape de este tipo no debe ser mayor o sólo insignificantemente mayor al tiempo de cierre de una válvula accionada por la carga de metal.

De la siguiente descripción de una realización en forma de un dispositivo de válvulas de escape resultará que el catálogo de requisitos señalado anteriormente podrá ser cumplido enteramente.

En la figura 1 se distinguen los dos bloques de válvulas (1) y (2), la placa del canal de escape de aire (3) con el primer respiradero (5), el segundo respiradero (4) y el tercer respiradero (9), así como el canal de escape de aire (6) que discurre entre el bloque de válvulas (1) y la placa del canal de escape de aire (3). La superficie de separación del molde de fundición a presión entre la placa del canal de escape (3) y el bloque de válvulas (1) está señalada con ``TRF''.

La parte funcional del dispositivo de válvulas de escape comprende el émbolo distribuidor (7), el cual está unido, a través de un primer perno de arrastre (11), a una palanca (15), la cual está articulada, en un extremo, con un perno de cojinete (12), y en su otro extremo, a través de un segundo perno de arrastre (11A), con un émbolo de válvula (8), que es guiado en el primer respiradero (5) para cerrar el mismo. La palanca (15) o el perno de cojinete (12) están montados en un soporte de cojinete (16), y el émbolo distribuidor (7) es guiado en el bloque de válvulas (1) y en una guía (10).

Además, también se puede ver el inserto (13) del semi-molde fijo, así como el inserto (14) del semi-molde móvil, y el chasis de formación (18) del semi-molde fijo y el chasis (17) de formación del semi-molde móvil.

Los movimientos de cierre del émbolo de válvula (8) son controlados a través del émbolo distribuidor (7), el cual es controlado a través de una válvula de respuesta rápida ((``High-Response''), válvula HR) con control directo sin amplificación electrónica adicional. Dichas válvulas son especialmente pobres en masa, resistentes al calor y muy potentes, y presentan tiempos de respuesta extremadamente cortos. La válvula HR (21) está conectada a una tubería de presión (40), que está alimentada por una fuente de presión (25), estando la salida de la tubería de presión de dicha válvula conectada con el émbolo distribuidor (7), actuando la misma sobre la primera superficie de presión (F1) para accionar el émbolo distribuidor y sirviendo, por lo tanto, para abrir el émbolo de aspiración (8). La válvula HR (21) está dotada de un respiradero (21R), en el cual la sección transversal del conducto de escape de aire (41) mide, por lo menos, el doble que la sección transversal de la tubería de presión (42), siendo al mismo tiempo lo más corta posible para provocar una caída de presión muy rápida en la tubería de presión que va hacia el émbolo distribuidor. De la figura 1 se desprende, además, que la válvula HR (21) está construida directamente en el bloque de válvulas.

El émbolo distribuidor (7) también está unido, a través de una segunda válvula de control (20), a una segunda tubería de presión (42), la cual puede ser unida a la primera tubería de presión (40) a través de la segunda válvula de control (20), actuando la tubería de presión (42) sobre la segunda superficie de mando (F2) para mover el émbolo distribuidor (7) en la dirección de cierre y cerrar, por la tanto, el émbolo de válvula (8).

El émbolo distribuidor (7) es, por lo tanto, un cilindro neumático de doble acción, siendo el émbolo distribuidor (7) cargado en la dirección de cierre inmediatamente a partir del inicio del ciclo de ``absorción'', a través de la segunda válvula de control (20), es decir, que antes de la señal de control propiamente dicha para cerrar la válvula, la presión neumática se apoya a ambos lados del émbolo distribuidor de doble acción. Debido a ello, la reacción, así como el tiempo de respuesta lo más rápido posible para llevar a cabo el movimiento de cierre, se dan en la desaireación dirigida de la válvula HR a través de una tubería de escape de aire (41) y la consiguiente caída de presión repentina en la tubería de presión (40), entre la válvula HR y la superficie de presión (F1). Además, la palanca (15) actúa como una transmisión al émbolo de válvula (8) a cerrar para mantener la carrera del émbolo distribuidor lo más pequeño posible. De ello resulta la carrera más rápida posible en el émbolo distribuidor (7) que se puede realizar en un tiempo mínimo para cerrar el émbolo de válvula (8).

El número (22) indica el circuito de control propiamente dicho, en el cual se distinguen, además de la ya mencionada segunda válvula de control (20), la válvula de vacío (19) unida a la fuente de vacío (26), así como el llamado mando SPS (23), en el que SPS significa ``mando programable en memoria''. En este ejemplo, el mando SPS (23) está conectado con el mando de la máquina de fundición a presión (24), pero también puede estar conectado con un mando auxiliar externo. En este mando SPS (23) se distinguen las entradas (A), (B), (C), (D), las cuales significan: A = entrada "inicio vacío", B = entrada "paro vacío – cargar", C = entrada "paro vacío - válvula HR" (21), y D = entrada "tensión de entrada"; y las salidas (A'), (B'), (C'), que significan: A' = salida "inicio vacío", B' = salida "paro vacío – cargar" y C' = salida "paro vacío - válvula HR" (21).

Se distinguen también la tubería de vacío (43) que une la fuente de vacío (26) con los respiraderos (4), (5) y (9). Además, se distinguen las diferentes líneas eléctricas, la línea (44) entre la salida A' y la válvula de vacío (19), la línea (45) entre la salida "paro vacío – cargar" y la segunda válvula de control (20), y la línea (46) entre la salida "paro vacío - válvula HR" (21) y la válvula HR (21).

En la figura 2 se ilustra de forma esquemática cómo se utiliza el dispositivo, según la figura 1, en una máquina de fundición a presión. El dispositivo de válvulas de escape de aire está representado esquemáticamente como una unidad (27) en la cual queda incluida la válvula HR (21), pudiéndose distinguir el respiradero (9), el canal de escape de aire (6), así como el mando SPS (23). Dicho mando SPS (23) está conectado a un emisor de la señal ``paro vacío'' (34), el cual está actuando conjuntamente con el disparador de la señal ``paro vacío'' (33). El punto de conmutación "paro vacío" (33) se halla en el émbolo de colada o pistón de inyección (32) que está guiado en la cámara de fundición (31). Además, se muestran el semi-molde fijo (35) y el semi-molde móvil (36) del molde de fundición a presión, así como la placa de la máquina de fundición a presión (37). Al canal de escape de aire (6) le sigue la cavidad del molde (28), así como la clavija de colada (29) que, después del proceso de llenado, está unido al residuo de la inyección (30).

Como mando SPS se puede utilizar uno de más nueva generación que, en un desarrollo de programa normal, trabaja en pasos de aproximadamente 30 milésimas de segundo, y en el cual la instrucción de mando para el control de la válvula HR puede ser excluida del desarrollo normal del programa, de manera que esta función de control especial puede llevarse a cabo en menos de una milésima de segundo. Los mandos funcionan con la tensión de servicio habitual de 24 voltios de corriente continua. Además, la válvula HR (21) está dotada de lógica digital.

El modo de funcionamiento del dispositivo de válvulas de escape de aire es el siguiente: Al inicio de la colada se aplica una presión de máximo 8 bar sobre la superficie de presión (F1) del émbolo distribuidor (7) de doble acción. El molde de fundición a presión está abierto y la última pieza fundida ha sido expulsada a través de la presión en (F1). El molde es cerrado por la máquina de fundición a presión, el metal líquido es vertido en la cámara de fundición (31) y el mando (24) de la máquina de fundición a presión da luz verde para iniciar el ciclo del proceso de inyección. Con un retardo de, por ejemplo, 0,5 segundos, el mando (24) de la máquina de fundición a presión inicia, a través de la entrada (A) y la salida (A'), la evacuación de aire y gases del molde, de los conductos de colada y de la cámara de fundición, y abre la válvula de vacío (19). El aire y los gases que se encuentran en el molde son aspirados por la fuente de vacío (26) a través de los respiraderos (4), (5) y (9), así como a través del canal de escape de aire (6) que une la válvula de escape de aire con la cavidad (28) del molde de fundición a presión, y conducidos a un depósito de vacío.

Al mismo tiempo, la segunda válvula de control (20) es puesta en marcha y abierta, directamente por el mando SPS (23) o a través de la entrada (B) y la salida (B'), la presión en (F2) aumenta hasta un máximo de 8 bar y el émbolo distribuidor está cargado. El pistón de inyección (32) es impulsado hacia delante a gran velocidad hasta que impacta contra el residuo de inyección (30). Poco antes, la señal de control es entregada a la válvula HR (21) a través del emisor de señales (34) dispuesto en la entrada (C) y la salida (C'). Después de entrar la señal de control, la válvula HR se abre del 0 al 100% en menos de dos milésimas de segundo y evacua el aire a través de la salida (21R). Debido a ello, la presión en la primera superficie de cilindro (F1) decae muy rápidamente y, mediante la presión de máximo 8 bar que ya existe en la superficie del cilindro (F2) del émbolo distribuidor (7), éste (7) presiona al émbolo de válvula (8) en el orificio de cierre del primer respiradero (5) para cerrar el mismo. A tal efecto, el émbolo distribuidor (7) actúa a través de los pernos de arrastre (11), los cuales acoplan entre sí el émbolo distribuidor (7), la palanca (15), así como el émbolo de válvula (8), y forman conjuntamente un dispositivo de cierre a través del perno de cojinete (12) y el soporte de cojinete (16).

Para una carrera muy corta del émbolo distribuidor (7) se ha elegido en la palanca (15), por ejemplo, la relación de 1:3. Dicha proporción también puede ser diferente, por ejemplo 1:2 hasta 1:5. Al cabo de un tiempo ajustable, la válvula HR (21) vuelve a través de (C') otra vez a la posición ``abierta normal'' y restablece la presión sobre la superficie (F1) para empujar o abrir la válvula de escape de aire o el émbolo de válvula (8).

Al mismo tiempo, también las válvulas de control (19) y (20) vuelven a su estado inicial y la presión en (F2) cae a 0 bar, y se puede abrir el émbolo de válvula (8). Mecánicamente, la carrera del émbolo distribuidor está limitada en la dirección de cierre de la válvula de escape por el impacto simultáneo del émbolo distribuidor (7) y del émbolo de válvula (8) en el bloque de válvulas (2). En esta situación, el émbolo de válvula (8) cierra el respiradero (5) a nivel del canal de escape de aire (6) para que no pueda penetrar metal líquido en el respiradero (5) del bloque de válvulas (1).

En la dirección de apertura del émbolo de válvula (8), la carrera queda limitada por el émbolo distribuidor (7) que se apoya en el bloque de válvulas (1). La apertura, exactamente definida, del émbolo de absorción, es decir de toda la válvula de escape, se produce cuando la misma presión actúa al mismo tiempo sobre las superficies diferenciales (F1) y (F2) del émbolo distribuidor (7), que también puede ser denominado pistón diferencial. La superficie de presión (F1), es decir, la que está en el lado de la abertura, es más grande que la superficie de presión (F2), por ejemplo en una proporción de 2:1.

En los tiempos de cierre muy breves que se han conseguido, por ejemplo de cuatro milésimas de segundo, medidos a partir de la salida (C') del mando SPS (23), el punto de conmutación para la señal de control puede ser ajustado fijamente en función de la velocidad del pistón de inyección. El objetivo es conseguir un punto de conmutación fijo que no dependa de la velocidad del pistón de inyección ni del tamaño del molde o de la máquina de fundición a presión, pudiendo ascender las velocidades del émbolo hasta siete metros por segundo. De ello resulta un punto de conmutación fijo para el disparador de la señal "paro vacío" (33) que puede estar situado, por ejemplo, 42 mm delante del residuo de extrusión.

La señal de control para la válvula HR (21) podría proceder también de otras fuentes, como por ejemplo de un mando (24) de la máquina de fundición a presión, de otros sensores metálicos o de sensores de presión, detectores acústicos o sensores térmicos o de otros contactos electrónicos. Esto es posible debido a la flexibilidad del mando SPS (23) utilizado.

El dispositivo de válvulas de escape de aire ha sido descrito en el contexto de un dispositivo de fundición a presión a gran velocidad, sin embargo, es posible utilizar un dispositivo de válvulas de este tipo también en otros dispositivos de colada, por ejemplo, para la fundición a baja presión o para el moldeo por inyección.

Claims (8)

1. Dispositivo de válvulas, sobre todo un dispositivo de válvulas de escape de aire para la fundición a presión con un émbolo de válvula (8), que cierra un canal, y cuyo movimiento de cierre es controlado a través de un circuito de control eléctrico, caracterizado porque la válvula a cerrar puede ser accionada por un émbolo distribuidor neumático (7), el cual está conformado como un émbolo diferencial de doble acción, pudiendo una de sus dos superficies de presión (F1) ser cargada a través de una válvula de respuesta rápida (``High Response'') (21) mediante aire comprimido para su apertura, y la otra superficie de presión (F2) puede ser cargada a través de una segunda válvula de control (20) mediante aire comprimido para su cierre, estando la válvula HR (21) dotada de un respiradero (21R) para reducir en un tiempo muy corto la presión para mantener el émbolo distribuidor en su posición de apertura.

2. Dispositivo, según la reivindicación 1, caracterizado porque tanto la válvula HR (21) como también la segunda válvula de control (20) son controladas por un mando programable en memoria (23), estando la salida (C') del mando SPS (23) unida directamente con la entrada de la válvula HR (21).

3. Dispositivo, según la reivindicación 1 ó 2, caracterizado porque el mando SPS (23) también está unido a una válvula de vacío (19), la cual está dispuesta entre una fuente de vacío (26) y los respiraderos (4,5,9).

4. Dispositivo, según una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque el émbolo de absorción (8) y el émbolo distribuidor (7) son unidos entre sí a través de una palanca (15).

5. Dispositivo, según la reivindicación 4, caracterizado porque la unión entre palanca (15) y émbolo distribuidor (7) y al émbolo de absorción (8) se realiza a través de pernos de arrastre (11) dispuestos en la palanca, siendo la relación del punto de giro entre la palanca y el punto de ataque del émbolo distribuidor con respecto al punto de giro entre la palanca y el punto de ataque de la válvula de absorción de 1:2 hasta 1:5, preferentemente 1:3.

6. Dispositivo, según una de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque la relación de la superficie de presión para la apertura (F1) respecto a la superficie de presión para el cierre (F2) en el émbolo distribuidor (7) es 2:1.

7. Utilización del dispositivo, según una de las reivindicaciones 1 a 6, como dispositivo de válvulas de escape de aire en una máquina de fundición a presión, caracterizada porque el mando de la máquina de fundición a presión (24) abre la válvula de vacío (19) a través del mando SPS (23), aspirando el aire y los gases que permanecen en el molde para la fundición a presión a través de los respiraderos (4,5,9), y porque, simultáneamente, se abre la segunda válvula de control (20) para cargar la superficie de presión de cierre (F2) en el émbolo distribuidor (7) con aire comprimido, siendo el movimiento de cierre del émbolo distribuidor producido por la aireación de la válvula HR (21), debido a lo cual el émbolo de válvula (8) cierra el primer respiradero (5).

8. Utilización, según la reivindicación 7, caracterizada porque el mando SPS (23) está conectado directamente con la válvula HR (21), en la cual el mando SPS (23) recibe la señal de cierre del pistón de inyección (32) o a través de otras señales de control, y las transmite sin retraso de tiempo a la válvula HR (21).