Anordnung für eine Druckgiessmaschine und Verfahren zum Betreiben eines Antriebskolbens der Druckgiessmaschine
Die Erfindung betrifft eine Anordnung für eine Druckgiessmaschine gemass dem Oberbegriff von Anspruch 1. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben eines Antriebskolbens in einem Arbeitszylinder einer Druckgiessmaschine.
Aus der DE 198 42 830 Al sind verschiedene Hydraulikschaltungen für ein Einspritzaggregat einer Druckgiessmaschine bekannt geworden. Mit den dort gezeigten Hydraulikschaltungen lässt sich ein m einem Arbeitszylinder aufgenommener Antriebskolben betreiben. Gemeinsam ist allen Varianten eine möglichst gute Beeinflussung der Endkraft des Antriebskolbens, welche durch den gesteigerten Druck des Druckubersetzers gebildet wird. Die einzelnen Anordnungen haben den Nachteil, dass der Druckverlauf wahrend einem Giessprozess insbesondere aufgrund des dort gewählten Stetigventils nicht einfach zu beherrschen ist.
Es ist deshalb Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Nachteile des Bekannten zu vermeiden und insbesondere eine Anordnung zu schaffen, mit welcher die Beherrschbarkeit des Druckverlaufs verbessert oder optimiert werden kann. Insbesondere soll auch der Energiebedarf optimiert werden.
Diese Aufgabe und andere Aufgaben werden mit einer Anordnung gelost, welche die Merkmale m Anspruch 1 aufweist.
Eine erfindungsgemasse Anordnung für eine Druckgiessmaschine weist eine m einem Arbeitszylinder aufgenommenen Antriebskolben und einen dem Arbeitszylinder vorgeschalteten Druckubersetzer auf. Auf der einer Seite des Antriebskolbens ist ein Kolbenraum und auf der anderen Seite des Antriebskolbens ein Ringraum im Arbeitszylinder angeordnet. Mittels einer Verbindungsleitung ist
der Ringraum des Arbeitszylinders mit dem Kolbenraum des Arbeitszylinders verbindbar. Dabei kann diese Verbindung direkt oder über ein Rückschlagventil hergestellt werden. Das Rückschlagventil kann im Druckubersetzer integriert angeordnet sein oder den Druckubersetzer überbrückten.
Dadurch, dass nicht nur der Ringraum des Druckubersetzers über eine Verbmdungsleitung mit dem Ringraum des Arbeitszylinders verbunden ist, sondern auch der Ringraum des Druckubersetzers über die Verbindungsleitung mit dem Kolbenraum des Arbeitszylm- ders verbunden ist, ergeben sich vielfaltige Einsatzmoglichkei- ten. Durch die gezeigte geeignete Beschaltung der Verbmdungsleitung kann zudem die Qualität dieser Beeinflussung wesentlich gesteigert werden.
An die genannte Verbindungsleitung kann eine Druckmittelquelle angeschlossen sein. Auf diese Weise kann auf einfache Art und Weise ein Druckmedium in die Hydraulikschaltung eingespeist werden. Die Druckmittelquelle kann dabei eine Pumpe oder ein Akkumulator sein.
Besonders vorteilhaft kann es sein, wenn die Anordnung ein Hyd- raulikventil aufweist, mit dem die Verbindungsleitung zum Ringraum des Druckubersetzers trennbar ist. Die Verwendung eines in der Verbindungsleitung angeordneten, schaltbaren Hydraulikven- tils ermöglicht es, dieselbe Verbmdungsleitung auch für eine Verbindung des Ringraums des Arbeitszylinders mit dem Kolbenraum des Arbeitszylinders zu nutzen. Die sich daraus ergebende Diffe- renzialschaltung ermöglicht eine wesentliche Energieeinsparung wahrend langsamen Bewegungen des Arbeitskolbens.
Eine vorteilhafte Ansteuerung des Druckgiessprozesses lasst sich erreichen, wenn anstelle eines einfachen Schaltventils ein Re- gelventil verwendet wird.
Zusatzlich oder alternativ kann in der Verbrndungsleitung ein Schaltventil zum Kolbenraum des Arbeitszylinders und/oder zum Kolbenraum des Druckubersetzers vorgesehen sein. Mit diesem Ventil ist die Verbmdungsleitung mit der Zuflussseite des Arbeitszylinders oder des Druckubersetzers verbindbar bzw. trennbar. Diese schaltbare Verbindung erlaubt es den Arbeitszylinder in Differenzialschaltung zu betreiben und somit den Druckmittelbedarf des Arbeitszylinders auf ein Minimum zu begrenzen. Die Dif- ferenzialschaltung besteht im Wesentlichen aus einer Rückführung der abfliessenden Druckmediums aus dem Ringraum des Arbeitszylinders in den Kolbenraum des Arbeitszylinders. Diese Rückführung kann direkt in den Kolbenraum des Arbeitszylinders erfolgen oder über das Rückschlagventil des Druckubersetzers m den Kolbenraum des Arbeitszylinders.
Die Anordnung kann mindestens ein Hydraulikventil mit variabler Öffnung aufweisen, mit dessen Hilfe die Vorfahrgeschwindigkeit des Antriebskolbens beeinflussbar ist.
Weiter kann in der Anordnung ein Schaltventil angeordnet sein, mit dem die Verbmdungsleitung hydraulisch mit einem Tank verbindbar oder bei Bedarf trennbar ist.
Sodann kann ein Schaltventil vorgesehen sein, mit dem die Verbindungsleitung mit der Druckmittelguelle verbindbar ist. Diese schaltbare hydraulische Verbindung der Verbmdungsleitung mit der Druckmittelquelle erlaubt auf einfache Art und Weise den Antriebskolben und auch den Druckubersetzer über die Verbmdungsleitung wieder in die Grundstellung zu fahren.
Vorteilhaft kann es weiter sein, wenn m der Anordnung ein Hydraulikventil mit variabler Öffnung abgeordnet ist, welches die
Vorfahrgeschwindigkeit des Antriebskolbens beeinflusst. Dieses Ventil kann als 4/3-Wege Stetigventil sein.
Eine proportionale Druckbeeinflussung zwischen der Druckmittelquelle und der Verbindungsleitung erlaubt es, den Ringrauindruck sowie des Antriebskolbens wie auch des Druckübersetzers auf optimale Weise zu beeinflussen.
Die Anordnung kann zwei Hydraulikventile aufweisen, die zusammen in der Verbindungsleitung einen hydraulischen Druckteiler bilden. Dabei können die beiden Hydraulikventile des Druckteilers durch zwei der drei vorgangig genannten Hydraulikventile gebildet werden. Beispielsweise wird der hydraulische Druckteiler durch das schaltbare Hydraulikventil, mit dem die Verbindungsleitung zum Tank hydraulisch verbindbar ist und durch das schaltbare Hydraulikventil, durch das die Verbindungsleitung mit der Druckmittelquelle verbindbar ist, gebildet. Mit Vorteil ist mindestens eines der Ventile als Ventil mit variabler Öffnung ausgebildet, wobei die Variation der Öffnung über Steuersignale und/oder mit einer direkten Druckruckfuhrung erfolgen kann.
Eine weitere Anordnung für eine Druckgiessinaschme, kann für sich alleine oder m Kombination mit einer vorgangig genannten Ausfuhrungsform einen Arbeitszylinder und einen dem Arbeitszylinder vorgeschalteten Druckubersetzer aufweisen. Im Arbeitszylinder ist ein Antriebskolben aufgenommenen, wobei auf einer Seite des Antriebskolbens ein Kolbenraum und auf der anderen Seite des Antriebskolbens ein Ringraum im Arbeitszylinder angeordnet ist. Mittels eines Hydraulikventils und einer daran verbundenen Druckquelle oder mittels eines Hydraulikventils und einem daran verbundenen Akkumulator , sowie mittels eines Hydraulikventils und eines daran verbundenen Tanks kann ein Druckteiler so gebildet werden, dass ein variabler Druck an die Verbin-
dungsleitung zwischen Ringraum und Kolbenraum des Arbeitszylinders zufuhrbar sein.
Em weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben des Antriebskolbens in einem Arbeitszylinder für ein Einspritzaggregat einer Druckgiessmaschine . Für dieses Verfahren kann insbesondere die vorgangig beschriebene Anordnung verwendet werden. Das Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass beim Beschleunigen des Antriebskolbens beim Anfahren in einem ersten Schritt das für den Hub des Antriebskolbens benotigte Hydraulik- medium aus einer Druckmittelquelle bezogen wird. Em kontinuierliches Hochfahren oder eine sanfte Beschleunigung lasst sich somit erreichen. Wenn in einem zweiten Schritt das Hydraulikmedium aus einem Akkumulator bezogen wird, kann eine weitere Beschleunigung erreicht werden, ohne dass die bekannten Druckspitzen auftreten. Die Beschleunigung des Antriebskolbens ist somit einfach kontrollierbar.
Die Vorfahrgeschwindigkeit des Antriebskolbens kann mit wenigstens einem mit einer variablen Öffnung versehenen Hydraulikven- til beeinflusst werden, wenn das Hydraulikventil in einer Ver- bmdungsleitung von einem Ringraum zu einem Kolbenraum des Ar- beitszylmders angeordnet ist.
Mit Hilfe eines Druckteilers kann ein Basisvolumenstrom von der Druckmittelquelle über die Verbindungsleitung zum Tank und/oder ein resultierender Druck in der Verbindungsleitung des Druckteilers beeinflusst werden. Die Qualität und vor allem die Dynamik der Druckbeeinflussung m der Verbindungsleitung wird dadurch wesentlich gesteigert.
Wenn der resultierende Druck in der Verbindungsleitung auf den Ringraum des Arbeitszylinders und/oder auf einen Ringraum eines dem Arbeitszylinder vorgeschalteten Druckubersetzers wirkt, kann
der Antriebskolben und der Kolben des Druckubersetzers besonders präzis gesteuert werden. Resultierend ist ein in einer Giessform wirkender Metalldruck bedeutend besser beherrschbar.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben des Antriebskolbens in einem Arbeitszylinder für ein Einspritzaggregat einer Druckgiessmaschine . Für dieses Verfahren kann insbesondere die vorgangig beschriebene Anordnung verwendet werden. Das Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass in einer vorbestimmten Phase eine Seite des Antriebskolbens ein Druckmedium von einer Druckmittelquelle zum Erzeugen eines Drucks zugeführt wird und gleichzeitig zum Erzeugen eines entgegengesetzt wirkenden Gegendrucks auf den Antriebskolben Druckmedium auch an die andere Seite des Antriebskolbens gefuhrt wird, wodurch der Antriebskolben zwischen beiden entgegengesetzt wirkenden Kräften eingespannt wird. Über die Verbindungsleitung, die die beiden Seiten, d.h. den Ringraum des Arbeitskolbens und den Kolbenraum des Arbeitskolbens, miteinander verbindet, kann in einer vorbestimmten Phase, m der der Arbeitskolben zwischen entgegengesetzt wirkenden Kräften eingespannt wird, der Druck m der Verbindungsleitung auch m den Ringraum des Druckubersetzers geleitet werden. Diese Druckvorspannung des Ringraums des Druckubersetzers beeinflusst die Arbeitsweise des Druckubersetzers wesentlich.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den nachfolgenden Ausfuhrungsbeispielen und den Zeichen. Es zeigen:
Figur 1: eine erfmdungsgemasse Anordnung basierend auf einer Abwandlung einer Ausfuhrungsform gemass DE 198 42 38
Al,
Figur 2: ein weitere Ausfuhrungsform einer Anordnung, und
Figur 3: eine alternative Anordnung.
Figur 1 zeigt eine insgesamt mit 1 bezeichnete Anordnung für eine Druckgiessmaschine mit einem in einem Arbeitszylinder 2 und einem dem Arbeitszylinder 2 vorgeschalteten Druckubersetzer 8. Die Darstellung gemass Figur 1 basiert auf Fig. 2 aus DE 198 42 38 Al, mit dem wesentlichsten Unterschied, dass zwischen den mit 10 und 12 bezeichneten Verbindungsleitungen eine Verbindungslei- tung 10' angeordnet ist. Tests haben überraschenderweise gezeigt, dass eine derartige Schaltanordnung vielfaltige Optimie- rungsmoglichkeiten bietet.
In Figur 1 wird ein mit einem Wegmesssystem 2 verbundener Giess- kolben 11 einer Druckgiessmaschine über eine Kolbenstange von einem Antriebskolben 3 angetrieben, der m einem Arbeitszylinder 2 verschiebbar angeordnet ist. Die Bewegung des Arbeitszylinders wird vorzugsweise über ein an eine Ablaufleitung (Ablauf während des Einspritzzyklus) angeschlossenes Stetigventil 14 bzw. über die dessen Magnet zugefuhrten Signale gesteuert, wie es an sich bekannt ist und daher hier nicht im Einzelnen beschrieben wird.
Das erwähnte Ventil 14 kann auch die Einstellung des Drucks im Ringraum 5 des Arbeitszylinders 2 übernehmen. An der Ausgangsseite des Ventils 14 sind zwei Leitungen vorgesehen, wovon eine Leitung unmittelbar zu einem Druckmitteltank T fuhrt, wogegen die andere Leitung an eine Pumpe P angeschlossen ist. Sowohl an den Ringraum 4 als auch an den Kolbenraum 5 sind druckelektrische Wandler angeschlossen. Abhangig von dem durch wenigstens einen der Wandler gemessenen Druck kann m an sich bekannter Weise der einen Druckubersetzerkolben enthaltenden Druckubersetzer 8 zur Druckerhohung zugeschaltet werden. Der Druckubersetzerkolben besitzt ein Kolbenteil grosseren Durchmessers und einen anschliessenden Kolbenteil kleineren Durchmessers, die je-
weils in Zylinderabschnitten verschiebbar sind. Dem Druckuber- setzerkolben 8 ist ein Akkumulator 9 in Serie zugeschaltet, der über ein Sperrventil 19, gesteuert durch das Signal wenigstens eines der erwähnten druckelektrischen rtandler, freigebbar oder sperrbar ist.
Wahrend bei freigegebenem Akkumulator 9 (das m Fig. 1 dargestellte Ventil 19 ist nach links verschoben) der kleinere Kolbenteil des Druckubersetzers 8 Druck an eine Leitung 12 und damit m den Kolbenraum 4 abgibt, wird Druckmedium aus dem gegenüberliegenden Ringraum 5 verdrängt. Das Druckmedium kann dabei nur m dem Masse über das Ventil 14 in den Tank T abfliessen, wie dies durch die Stellung des proportionalen Ventils 14 gestattet wird. Je nach Lage des entsprechenden Ventilkorpers wird sich im Ringraum 5 des Arbeitszylinders ein Druck aufbauen, der dem Druck im Kolbenraum 4 entgegen wirkt, so dass der Antriebskolben 3 zwischen diesen einander entgegen gesetzten Kraftwirkungen eingespannt wird.
Ferner kann der im Ringraum 5 aufgebaute Druck über eine Leitung 10 zur Beeinflussung des Druckubersetzerkolbens des Druckubersetzers 8 ruckgefuhrt werden. Zweckmassig geschieht dies so, dass die Leitung 10 den Ringraum 5 mit derjenigen Seite (Ringraum 7) des Druckubersetzerkolbens verbindet, an der der kleinere Kolbenteil anschliesst. Die Leitung 10 kann eine einfache Leitung ohne kostentrachtige Einbauten sein. Alternativ kann in der Leitung 10 jedoch auch ein Hydraulikventil 16 eingebaut sein. Über die Leitung 10 ergibt sich automatisch auch eine Druckregelung des Druckubersetzers durch das druckregelnde Pro- portionalventil 14, das hier somit zwei Funktionen gleichzeitig erfüllt. Im Leitungsabschnitt 10' der Verbindungsleitung 10 ist ersichtlicherweise ein Schaltventil 17 angeordnet, mit dem bei Bedarf auch eine hydraulische Kopplung des Ringraums 5 mit dem
Kolbenraum 4 des Arbeitszylinders (2) möglich ist. Diese Verbindung ermöglicht eine wesentliche Energieeinsparung wahrend langsamer Hubbewegungen des Arbeitszylinders (2) .
Figur 2 zeigt eine Anordnung 1 mit etwa den gleichen Hauptkomponenten wie im ersten Ausfuhrungsbeispiel : einen Akkumulator 9, einen Druckubersetzer 8 und einen Antriebszylinder 2. Die Hyd- raulikschaltung wurde hingegen abgeändert. Die nachfolgend im Detail erläuterte schaltbare hydraulische Verbindung der Verbin- dungsleitung mit dem Kolbenraum 4 des Arbeitszylinders 2 erlaubt es, den Antriebskolben 3 in Differenzialschaltung besonders einfach zu betreiben, was zu einer nennenswerten Energieeinsparung wahrend relativ langsamer Kolbenbewegungen fuhrt.
An die Verbindungsleitung 10, die den Ringraum 7 des Druckuber- setzers 8 mit dem Ringraum 5 des Antriebskolbens und dem Kolbenraum 4 des Arbeitszylinders miteinander verbindet, ist eine mit P angedeutete Druckmittelquelle, beispielsweise eine Pumpe angeschlossen. Die Anordnung 1 weist in der Verbmdungsleitung 10 mehrere schaltbare Hydraulikventile auf. Mit dem Schaltventil 16 ist die Verbindungsleitung 10 vom Ringraum 7 des Druckuberset- zers 8 trennbar. Mit dem im Leitungsabschnitt 10' angeordneten Schaltventil 17 ist die Verbmdungsleitung 10 vom Kolbenraum 4 des Antriebskolbens trennbar. Mit dem Schaltventil 15 ist die Verbindungsleitung 10 mit einem Tank T hydraulisch verbindbar ist. Mit dem Schaltventil 18 ist die Druckmittelquelle P von der Verbmdungsleitung trennbar. Die beiden Hydraulikventile 15 und 18 bilden zusammen einen hydraulischen Druckteiler in der Verbmdungsleitung 10, wobei mindestens eines der beiden Hydraulikventile 15, 18 durch eine steuerungsseitige oder hydraulische Rückführung (nicht gezeigt) des Drucks in der Verbmdungsleitung 10 beemflusst wird.
Theoretisch ist es aber auch denkbar, die Schaltventile 15-18 durch Hydraulikventile mit variabler Öffnung oder Stetigventile zu ersetzen. Der Einsatz von mindestens einem Stetigventil anstelle der in Figur 2 gezeigten Ventile 15, 17 und 18 erlaubt über die Verbindungsleitung 10, 10' sowohl langsame und schnelle Bewegungen des Antriebskolbens 3 als auch den Druck im Ringraum 5 des Arbeitszylinders und im Ringraum 7 des Druckubersetzers 8 besonders anforderungsgerecht zu beeinflussen. Dadurch können Hydraulikventile mit funktionsgerechter Nennweite eingesetzt werden, was deren dynamisches Verhalten stark verbessert. So können beispielsweise kleinere und damit schnellere 3-Wege- Stetigventile (anstelle der Ventile 17 und 18 in Fig. 2) eingesetzt werden, welche die Vorfahrgeschwindigkeit des Antriebskolbens 3 in Differenzialschaltung beeinflussen. Das grossere 2- Wege-Stetigventil (15) beemflusst die schnelle Kolbenbewegung. Die beiden Stetigventile (15, 17) bilden zusammen einen Druck- teiler, wobei beispielsweise das kleinere und damit das schnellere Ventil (17) die Druckregelung übernimmt und das grossere Stetigventil (15) den Basisvolumenstrom dieser hydraulischen Schaltung bestimmt. Diese Stetigventile (15, 17 und 18) wurden also gewissermassen das Proportionalventil 14 im Ausfuhrungsbei- spiel gemass Figur 1 ersetzen.
Figur 3 zeigt eine Hydraulikschaltung für eine alternative Anordnung. Im Unterschied zu den beiden vorhergehenden Ausfuhrungsbeispielen ist die Verbindungsleitung 10 nicht direkt mit dem Kolbenraum 4 des Arbeitszylinders 2 verbunden, sondern die Verbindungsleitung 10, 10' wird mit dem Kolbenraum 13 des Druckubersetzers 8 verbunden. Diese Anordnung ist nur sinnvoll, wenn ein über den Druckubersetzer 8 wirksames Rückschlagventil vorhanden ist. Mit dieser Anordnung kann der Differenzdruck am Ventil 17 erheblich reduziert werden, so dass gunstige, handelsübliche Hydraulikventile eingesetzt werden können.