WO2018095963A1

WO2018095963A1 - Hydraulische Gießeinheit

Info

Publication number: WO2018095963A1
Application number: PCT/EP2017/080031
Authority: WO
Inventors: Dirk-Walter Herold; Holger Engert
Original assignee: Robert Bosch Gmbh
Priority date: 2016-11-24
Filing date: 2017-11-22
Publication date: 2018-05-31
Also published as: CN109982789A; CN109963669B; WO2018095972A1; DE102017220836A1; CN109963669A; CN109982789B; DE102017220832A1

Abstract

Hydraulische Gießeinheit Die Erfindung betrifft eine hydraulische Gießeinheit, die für eine Formmaschine, insbesonde- re für eine Druckgussmaschine vorgesehen ist und die einen Gießzylinder mit einem in Aus- fahrrichtung wirksamen Druckraum, eine Niederdruckquelle, mit der der Druckraum des Gießzylinders während einer Vorfüllphase und/oder eine Formfüllphase fluidisch verbunden ist, und eine Hochdruckquelle aufweist, mit der der Druckraum des Gießzylinders während einer Nachdruckphase fluidisch verbunden ist. Die fluidische Verbindung zwischen dem Druckraum des Gießzylinders und der Niederdruckquelle ist durch ein einen mit der Nieder- druckquelle verbundenen, ersten Anschluss und einen mit dem in Ausfahrrichtung wirksa- men Druckraum des Gießzylinders verbundenen, zweiten Anschluss aufweisendes, vorge- steuertes 2/2-Wegesitzventil auf- und zusteuerbar. Das 2/2-Wegesitzventil weist einen be- weglichen Hauptkolben mit einer ersten Steuerfläche, an der der Hauptkolben von dem an einem Anschluss anstehenden Druck in Schließrichtung beaufschlagt wird, und mit einer zweiten Steuerfläche auf. Außerdem weist das 2/2-Wegesitzventil ein Vorsteuerventil auf. Der Hauptkolben ist von einem durch das Vorsteuerventil aufschaltbaren Steuerdruck an ei- ner zweiten Steuerfläche in Öffnungsrichtung beaufschlagbar. Eine hydraulische Gießeinheit soll derart gestaltet werden, dass das 2/2-Wegesitzventil mit einem sehr geringen Druckverlust durchströmt wird und bei einem Schalten des Vorsteuer- ventils mit einer geringen Schaltzeit zu einem wiederholgenauen Zeitpunkt schließt. Dies wird dadurch erreicht, dass der Hauptkolben an der ersten Steuerfläche von dem am ersten Anschluss anstehenden Niederdruck beaufschlagt wird und dass die von dem auf- schaltbaren Steuerdruck an der zweiten Steuerfläche erzeugte Kraft größer ist als die vom Niederdruck an der ersten Steuerfläche erzeugte Kraft.

Description

Hydraulische Gießeinheit

Beschreibung Die Erfindung betrifft eine hydraulische Gießeinheit, die für eine Formmaschine, insbesondere für eine Druckgussmaschine vorgesehen ist und die einen Gießzylinder mit einem in Ausfahrrichtung wirksamen Druckraum, eine Niederdruckquelle, mit der der Druckraum des Gießzylinders während einer Vorfüllphase und/oder eine Formfüllphase fluidisch verbunden ist, und eine Hochdruckquelle aufweist, mit der der Druckraum des Gießzylinders während einer Nachdruckphase fluidisch verbunden ist. Die fluidische Verbindung zwischen dem

Druckraum des Gießzylinders und der Niederdruckquelle ist durch ein einen mit der Niederdruckquelle verbundenen, ersten Anschluss und einen mit dem in Ausfahrrichtung wirksamen Druckraum des Gießzylinders verbundenen, zweiten Anschluss aufweisendes, vorgesteuerten 2/2-Wegesitzventil auf- und zusteuerbar. Das 2/2-Wegesitzventil weist einen be- weglichen Hauptkolben mit einer ersten Steuerfläche, an der der Hauptkolben von dem an einem Anschluss anstehenden Druck in Schließrichtung beaufschlagt wird, und mit einer zweiten Steuerfläche auf. Außerdem weist das 2/2-Wegesitzventil ein Vorsteuerventil auf. Der Hauptkolben ist von einem durch das Vorsteuerventil aufschaltbaren Steuerdruck an einer zweiten Steuerfläche in Öffnungsrichtung beaufschlagbar. Die Hochdruckquelle kann zum Beispiel ein Hochdruckspeicher oder ein Druckübersetzer sein.

Eine derartige hydraulische Gießeinheit ist aus der DE 10 2005 035 170 AI bekannt. Das 2/2-Wegesitzventil ist ein 2/2-Wegeeinbauventil, auch Logikelement genannt ausgebildet. Der Hauptkolben ist als Stufenkolben mit einer ersten Stirnfläche, die von an einem axialen Anschluss des Logikelements anstehenden Druck in Öffnungsrichtung beaufschlagt wird.

Eine rückwärtige, zweite Stirnfläche des Hauptkolbens ist größer als die erste Stirnfläche und wird über eine Axialbohrung im Hauptkolben von dem am axialen Anschluss des Logikelements anstehenden Druck in Schließrichtung beaufschlagt. Im Ergebnis wird also der Hauptkolben an einer Differenzfläche zwischen der zweiten Stirnseite und der ersten Stirnfläche von dem Druck am axialen Anschluss in Schließrichtung beaufschlagt. Die Differenzfläche kann als eine erste Steuerfläche am Hauptkolben angesehen werden. Eine Ringfläche am Hauptkolben bildet eine zweite Steuerfläche, deren Druckbeaufschlagung und Druckentlastung durch ein Vorsteuerventil gesteuert wird. Zusätzlich wirkt am Hauptkolben eine Feder in Schließrichtung.

Üblicherweise haben Logikelemente einen Hauptkolben, der in Öffnungsrichtung an einer dem axialen Anschluss zugewandten Stirnseite dauernd mit dem Druck an diesem Anschluss und an einer Ringfläche dauernd mit dem Druck am weiteren Anschluss beauf- schlagt ist. Die Fläche einer rückwärtigen, zweiten Stirnseite ist so groß wie die Summe der Fläche der ersten Stirnseite und die Ringfläche. Ein an der zweiten Stirnseite anstehender Druck wirkt in Schließrichtung des Logikelements, wobei die Druckbeaufschlagung und Druckentlastung der zweiten Stirnseite durch eine Vorsteuerventilanordnung steuerbar ist. Ein Logikelement, bei dem gemäß der DE 10 2005 035 170 AI die Druckbeaufschlagung und Druckentlastung einer in Öffnungsrichtung wirksamen Steuerfläche durch ein Vorsteuerventil steuerbar ist, wird zur Unterscheidung von den üblichen Logikelementen auch Aktivlogik genannt.

Bei der aus der DE 10 2005 035 170 AI bekannten hydraulischen Gießeinheit ist der axiale Anschluss des 2/2-Wegesitzventils fluidisch mit dem in Ausfahrrichtung wirkenden Druckraum des Gießzylinders verbunden, so dass der Hauptkolben an beiden Stirnseiten mit dem in dem besagten Druckraum des Gießzylinders anstehenden Druck beaufschlagt wird und dieser Druck an der ersten Steuerfläche des Hauptkolbens in Schließrichtung des Hauptkolbens wirkt. Die bei einer Druckbeaufschlagung in Öffnungsrichtung wirkende, zweite Steuer- fläche ist über das Vorsteuerventil mit dem von der Niederdruckquelle zur Verfügung gestellten Niederdruck beaufschlagbar oder von Druck entlastbar. Der Hauptkolben beginnt seinen Schließhub, wenn die Summe der in Schließrichtung wirkenden Kräfte, nämlich die Kraft der Feder und die von dem an der ersten Steuerfläche anstehenden Druck erzeugte Kraft, gleich der in Öffnungsrichtung wirkenden Kraft wird. Sobald die Hochdruckquelle zugeschaltet wird, steigt der Druck im Druckraum des Gießzylinders und somit auch der Druck an der ersten Steuerfläche. Das Aktivlogik schließt dann schnell vollständig. Es hat sich gezeigt, dass bei der bekannten hydraulischen Gießeinheit das vollständige Offenhalten und eine Reproduzierbarkeit des Schließzeitpunkts des 2/2-Wegesitzventils nicht immer gewährleistet sind. Eine hydraulische Gießeinheit soll derart gestaltet werden, dass das 2/2-Wegesitzventil mit einem sehr geringen Druckverlust durchströmt wird und bei einem Schalten des Vorsteuerventils mit einer geringen Schaltzeit zu einem wiederholgenauen Zeitpunkt schließt. Dies wird dadurch erreicht, dass der Hauptkolben an der ersten Steuerfläche von dem am ersten Anschluss anstehenden Niederdruck beaufschlagt wird und dass die von dem auf- schaltbaren Steuerdruck an der zweiten Steuerfläche erzeugte Kraft größer ist als die vom Niederdruck an der ersten Steuerfläche erzeugte Kraft. Bei einer erfindungsgemäßen hydraulischen Gießeinheit ist also die in Schließrichtung wirksame Kraft im Rahmen der während eines Gießvorganges auftretenden Änderung des Niederdrucks relativ genau vorgegeben und unterliegt nicht den in der Vorfüllphase und in der Formfüllphase auftretenden Druckschwankungen im Druckraum des Gießzylinders. Für die Druckbeaufschlagung der in Öffnungsrichtung wirkenden zweiten Steuerfläche ist ein Steu- erdrück vorgesehen, der größer als der Niederdruck ist und eine Öffnungskraft erzeugt, die größer als die auch unter Berücksichtigung einer gegebenenfalls vorhanden Schließfeder vorhanden Schließkräfte ist. Somit nimmt der Hauptkolben eine Position maximalen Durchflussquerschnitts durch das 2/2-Wegesitzventil ein, solange sich das Vorsteuerventil in einer Position befindet, in der die zweite Steuerfläche mit dem Steuerdruck beaufschlagt wird. Wird dann durch Umschalten des Vorsteuerventils die zweite Steuerfläche von Druck entlastet, so wird der Hauptkolben unter dem Einfluss des an seiner ersten Steuerfläche anstehenden Niederdrucks und einer gegebenenfalls vorhandenen Schließfeder in kurzer Zeit in seine Schließstellung gebracht. Der Schließhub des Hauptkolbens beginnt also erst nach dem Umschalten des Vorsteuerventils, dann aber auch gleich unter der Wirkung der durch den Niederdruck an der zweiten Steuerfläche erzeugten Kraft und der Kraft einer gegebenenfalls vorhandenen Schließfeder.

Vorteilhafte Ausgestaltungen einer erfindungsgemäßen hydraulischen Gießeinheit kann man den Unteransprüchen entnehmen.

Durch eine schon erwähnte Schließfeder wird erreicht, dass der Hauptkolben ohne anstehende Drücke sicher seine Schließstellung einnimmt. Die von dem aufschaltbaren Steuerdruck an der zweiten Steuerfläche erzeugte Kraft ist dann größer ist als die Summe der vom Niederdruck an der ersten Steuerfläche erzeugte Kraft und der Kraft der Schließfeder. Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist der Hauptkolben des 2/2-Wegesitzventils als Stufenkolben ausgebildet ist und weist auf eine kleinere, erste Stirnfläche, vor der sich der mit der Niederdruckquelle verbundene, erste Anschluss befindet und die von dem am ersten Anschluss anstehenden Niederdruck im Sinne eines Öffnens des 2/2-Wegesitzventils beauf- schlagt ist, eine gegenüber der ersten Stirnfläche größere, zweite Stirnfläche, die von dem am ersten Anschluss anstehenden Niederdruck im Sinne eines Schließens des 2/2- Wegesitzventils beaufschlagt ist, und eine Ringfläche, die die zweite Steuerfläche darstellt und mit dem aufschaltbaren Steuerdruck beaufschlagbar ist. Der Teil der zweiten Stirnfläche, um den diese größer ist als die erste Stirnfläche stellt die erste Steuerfläche dar.

Die fluidische Verbindung der Räume vor den beiden Stirnflächen des Hauptkolbens und damit die gemeinsame Beaufschlagung durch den Niederdruck wird auf besonders einfache Weise intern durch einen durch den Hauptkolben verlaufenden Fluidpfad, insbesondere durch eine durchgehende Axialbohrung geschaffen.

Die zweite Steuerfläche kann größer als die erste Steuerfläche sein. Dann kann als Steuerdruck, der mit Hilfe des Vorsteuerventils auf die zweite Steuerfläche aufschaltbar ist, der Niederdruck verwendet werden, wobei in der Flächendifferenz auch die Kraft einer gegebenenfalls vorhandenen Schließfeder berücksichtigt ist.

Sind im Sinne einer besonders einfachen Ausführung des Hauptkolbens die erste Steuerfläche und die zweite Steuerfläche gleich groß, so ist der durch das Vorsteuerventil auf die zweite Steuerfläche aufschaltbare Steuerdruck höher als der Niederdruck gewählt.

Der höhere Steuerdruck wird vorteilhafterweise von einem Hydrospeicher zur Verfügung ge- stellt.

Um beim Anfahren des Gießzylinders in der Vorfüllphase das Auftreten eines Anfahrrucks zu vermeiden, der sich negativ auf die Produktqualität auswirken kann, ist es vorteilhaft, wenn ein parallel zu dem 2/2-Wegesitzventil verlaufender und auf und zu steuerbarer Bypassflu- idpfad zwischen der Niederdruckquelle und dem in Ausfahrrichtung wirksamen Druckraum des Gießzylinders vorhanden ist, in dem eine zumindest für einen Druckmittelfluss von der Niederdruckquelle zum Gießzylinder wirksame Drosselstelle ausgebildet ist. Über den By- passfluidpfad kann der in Ausfahrrichtung wirksame Druckraum des Gießzylinders sanft auf den Niederdruck geladen. Der Gießzylinder fährt hierbei langsam und ohne Anfahrruck ein wenig aus, bis ein in Einfahrrichtung wirksamer Druckraum des Gießzylinders unter Berücksichtigung der Höhe des Niederdrucks, dem Flächenverhältnis am Kolben des Gießzylinders und dem Widerstand, den das Formmaterial und der Gießzylinder einem Verschieben entgegensetzen, also der Last, komprimiert ist.

Die Drosselstelle bevorzugt durch eine insbesondere einstellbare Düse gebildet. Zu dieser ist in Serie ein Schaltventil angeordnet, von dem der Bypassfluidpfad auf und zu steuerbar ist.

Die Phasen der Füllung einer Form und ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen hydraulischen Gießeinheit sind in den Zeichnungen dargestellt. Anhand der Figuren dieser Zeichnungen wird die Erfindung nun näher erläutert.

Es zeigen

Figur 1 eine stark schematisierte Druckgussmaschine mit dem Gießzylinder in der Aus- gangsstellung zu Beginn des Druckgießens eines Werkstücks,

Figur 2 die Druckgussmaschine nach Figur 1 während der Vorfüllphase nach Schließen der

Einfüllöffnung durch den vom Gießzylinder bewegten Gießkolben,

Figur 3 die Druckgussmaschine nach Figur 1 am Ende der Vorfüllphase und zu Beginn der

Formfüllphase,

Figur 4 die Druckgussmaschine nach Figur 1 in der Nachdruckphase,

Figur 5 das Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen hydraulischen Gießeinheit als hydraulische Schaltanordnung.

Gemäß den Figuren 1 bis 4 umfasst eine Druckgussmaschine einen Gießzylinder 10, der als Differentialzylinder ausgebildet ist und einen Kolben 11 und eine Kolbenstange 12 aufweist, die sich von der einen Seite des Kolbens 11 aus durch das Innere des Gießzylinders hindurch erstreckt und an einem Deckel aus dem Gehäuse 13 des Gießzylinders nach außen tritt. Durch den Kolben 11 sind im Inneren des Gießzylinders 10 ein vollzylindrischer, boden- seitiger Druckraum 14 und ein ringförmiger, stangenseitiger Druckraum 15 voneinander ge- trennt.

An der Kolbenstange 12 ist ein Gießkolben 16 befestigt, der in einer in einer Schussbuchse 17 ausgebildeten Schusskammer 18 geradlinig bewegbar ist. In der Schussbuchse 17 befindet sich eine Einfüllöffnung 19 für das flüssige oder teigige Formmaterial, aus dem das zu formende Werkstück bestehen soll. Die Schussbuchse 17 ist mit einer Form 20 zusammengebaut, durch die ein Formhohlraum 21 gebildet ist, der zur Herstellung eines Werkstücks mit dem Formmaterial zu füllen ist und durch die die Form des Werkstücks vorgegeben ist. Von der Schusskammer 18 führt ein Gießkanal 22 in den Formhohlraum 21.

Gemäß Figur 1 befinden sich der Gießzylinder 10, genauer der Kolben 11 des Gießzylinders 10 und der Gießkolben 16 in einer Ausgangsstellung, in der die Kolbenstange 12 ganz eingefahren ist. Durch die in der gezeigten Position des Gießkolbens 16 offene Einfüllöffnung 19 ist die für die Formung des Werkstücks notwendige Menge an Formmaterial in die Schusskammer gefüllt worden. Es wird nun die auch Vorfüllphase genannte, erste Phase des Druckgussvorgangs gestartet, in der der Gießkolben langsam vorwärtsbewegt wird und die Einfüllöffnung 19 überfährt und verschließt. Der dann erreichte Zustand ist in Figur 2 gezeigt. Dann wird der Gießkolben beschleunigt und währenddessen durch weiteres Verfahren des Gießkolbens 16 schließlich der in Figur 3 gezeigte Zustand erreicht, in dem das Form- material am Formanschnitt ansteht.

Die nun folgende auch Formfüllphase genannte, zweite Phase des Druckgussvorgangs läuft sehr schnell mit möglichst konstanter Geschwindigkeit des Gießkolbens 16 ab. Während dieser zweiten Phase wird die Form mit hoher Fließgeschwindigkeit des Formmaterials mit diesem gefüllt.

In der dritten Phase, auch Nachdruckphase genannt, wird das Formmaterial in alle Bereiche des Formhohlraums 21 hinein mit hohem Druck verdichtet und dabei auch der Materialschwund kompensiert. Der in der Nachdruckphase erforderliche hohe Druck im Druckraum 14 des Gießzylinders kann mit Hilfe eines Druckübersetzers, der dann als Hochdruckquelle anzusehen ist, oder auch direkt mit Hilfe eines Hochdruckspeichers oder einer Pumpe erzeugt werden.

Die in der Figuren 5 gezeigte hydraulische Gießeinheit umfasst den schon aus den Figuren 1 bis 4 ersichtlichen Gießzylinder 10 mit dem Kolben 11, der Kolbenstange 12, dem Gehäuse 13 und dem bodenseitigen Druckraum 14 und dem stangenseitigen Druckraum 15. Als Druckquellen vorhanden sind ein Niederdruckspeicher 30 als Niederdruckquelle, dessen Speicherdruck zum Beispiel im Bereich von 160 bar liegen mag, ein Hochdruckspeicher 31 als Hochdruckquelle, dessen Speicherdruck zum Beispiel im Bereich von 420 bar liegen mag, und eine Konstantpumpe 32, die von einem drehzahlregelbaren Elektromotor 33 über eine in einem Pumpenträger 34 untergebrachte Kupplung antreibbar ist.

Der bodenseitige Druckraum 14 des Gießzylinders 10 ist über ein elektromagnetisch direkt betätigbares, stromlos geschlossenes 2/2-Wegesitzventil 40 unmittelbar mit dem Druckan- schluss der Konstantpumpe 32 verbindbar. Der bodenseitige Druckraum 14 des Gießzylinders 10 ist außerdem über ein als Aktivlogik ausgebildetes 2/2-Wege- Einbauventil 41. Dieses Ventil ist ein Sitzventil und weist einen als Stufenkolben ausgebildeten beweglichen Hauptkolben 42, der in eine Einbaubohrung 43 gegebenenfalls zusammen mit einer in Figur 5 nicht dargestellten ortsfesten Einbaubuchse eingesetzt ist, einen fluidisch dauernd mit dem Niederdruckspeicher 30 verbundenen, ersten Anschluss A und einen fluidisch dauernd mit dem Druckraum 14 des Gießzylinders 13 verbundenen, zweiten Anschluss B auf. Der erste Anschluss A ist ein sogenannter axialer Anschluss, weil der an ihm anstehende Druck eine erste Stirnfläche 44 des Hauptkolbens 42 beaufschlagt. Üblicherweise mündet dieser axiale Anschluss in axialer Richtung der Einbaubohrung beziehungsweise der Einbaubuchse in diese. Der zweite Anschluss B ist ein seitlicher Anschluss. Dem in diesem Anschluss anstehenden Druck bietet der Hauptkolben 42 keine Beaufschlagungsfläche. Die umlaufende Kante an der ersten Stirnfläche bildet eine Steuerkante des Hauptkolbens 42, die auf einer kegeligen Fläche der Einbaubohrung beziehungsweise der gegebenenfalls vorhandenen Einbau- buchse aufsitzen kann - dann ist das 2/2-Wege- Einbauventil 41 geschlossen - und von der kegeligen Fläche abgehoben sein kann - dann ist das 2/2-Wege- Einbauventil geöffnet.

Der gestufte Hauptkolben 42 besitzt einen Bund 45, der einen gegenüber der ersten Stirnfläche 44 und einem sich an diese Stirnfläche 44 anschließenden Abschnitt des Hauptkolbens 42 größeren Durchmesser aufweist. Der Bund 45 befindet sich in einer Bohrung 46 eines Steuerdeckels 47 des 2/2-Wege- Einbauventils 41 und erzeugt mit einer zweiten Stirnfläche 48 in der Bohrung 46 einen rückwärtigen Steuerraum 49 und mit einer Ringfläche 50 einen ringförmigen Steuerraum 51. Die beiden Steuerräume 49 und 51 sind durch eine am Bund 45 umlaufende, nicht näher dargestellte Dichtung gegeneinander abgedichtet. Außerdem ist der Steuerraum 51 durch eine Dichtung gegenüber dem seitlichen Anschluss B abgedichtet. Im rückwärtigen Steuerraum 49 ist eine Feder 52 untergebracht, die den Hauptkolben 42 in Richtung Schließen beaufschlagt. Das 2/2-Wege- Einbauventil 41 weist ein Vorsteuerventil 55 auf, das als 4/2- Wegeschaltventil ausgebildet ist und unter der Wirkung einer Druckfeder 56 eine Ruhestellung einnimmt, in der es den ringförmigen Steuerraum 51 mit einem Tank 57 verbindet und somit von Druck entlastet. Durch Bestromung eines Elektromagneten 58 ist das Vorsteuerventil 55 in eine Schaltstellung umschaltbar, in der es den Steuerraum 51 mit einem Hydrospeicher 59 verbindet, so dass der ringförmige Steuerraum 51 mit dem Druck beaufschlagt ist, auf den der Hydrospeicher 59 aufgeladen ist. Der in dem Steuerraum 51 anstehende Druck erzeugt an der Ringfläche 50 eine Kraft, die an dem Hauptkolben 42 im Sinne eines Öffnens oder Offenhaltens des 2/2-Wege- Einbauventils angreift. Der Hauptkolben ist also von dem Druck im Hydrospeicher 59 an der Ringfläche 50 in Öffnungsrichtung beaufschlagbar. Die Ringfläche 50 sei hier als zweite Steuerfläche bezeichnet.

Durch den Hauptkolben 42 geht axial eine Bohrung 65 hindurch, die den rückwärtigen Steuerraum 49 mit dem Anschluss A verbindet, so dass an beiden Stirnflächen 44 und 48 des Hauptkolbens immer der Niederdruck ansteht, auf den der Niederdruckspeicher 30 aufgeladen ist. Dieser Niederdruck erzeugt an der Differenzfläche 66, um die die Stirnfläche 48 größer als die Stirnfläche 44 ist und die genauso groß wie die Ringfläche 50 ist, eine Kraft, die an dem Hauptkolben 42 im Sinne eines Schließens oder Geschlossenhaltens des 2/2-Wege- Einbauventils 41 angreift. Der Hauptkolben 42 ist also von dem am Anschluss A dauernd an- stehenden Druck des Niederdruckspeichers 30 an der Differenzfläche 66 zwischen der Stirnfläche 48 und der Stirnfläche 44 in Schließrichtung beaufschlagbar. Die Differenzfläche 66 sei hier als erste Steuerfläche bezeichnet.

Somit greifen an dem Hauptkolben 42 folgende Kräfte an, wenn sich das Vorsteuerventil 55 in seiner Ruhestellung befindet und somit die Steuerfläche 50 von Druck entlastet ist. Der Niederdruck erzeugt an der Stirnfläche 44 eine Kraft in Öffnungsrichtung und an der Stirnfläche 48 des Hauptkolbens eine Kraft in Schließrichtung des Hauptkolbens 42. Daraus resultiert eine Kraft in Schließrichtung des Hauptkolbens 42, die vom Niederdruck an der ersten Steuerfläche 66 erzeugt wird. Zusätzlich wird durch die Feder 52 eine Kraft in Schließrich- tung des Hauptkolbens 42 erzeugt. In der Ruhestellung des Vorsteuerventils 55 gerät also der Hauptkolben 42 in seine Schließstellung beziehungsweise wird in der Schließstellung gehalten, wobei die durch Druckbeaufschlagung erzeugte und in Schließrichtung wirkende Kraft unabhängig davon ist, ob und welcher Druck gerade im Druckraum 14 des Gießzylinders 13 herrscht. Zum Abheben des Hauptkolbens 42 von seinem Sitz und damit zum Öffnen und Offenhalten des 2/2-Wege- Einbauventils 41 wird das Vorsteuerventil umgeschaltet, so dass nun zusätzlich die zweite Steuerfläche 50 von dem Druck im Hydrospeicher 59 beaufschlagt ist und eine Kraft erzeugt wird, die in Öffnungsrichtung des 2/2-Wege- Einbauventils 41 wirkt. Diese Kraft muss zum Öffnen und Offenhalten des Ventils größer sein als die in Schließrichtung wirkenden Kräfte. Wenn also der Niederdruck zum Beispiel maximal 160 bar und das Druckäquivalent der Feder 52 30 bar beträgt, so muss die zweite Steuerfläche, die vorliegend genauso groß wie die erste Steuerfläche ist, mit einem Druck größer als 190 bar beaufschlagt werden. Entsprechend hoch muss der Hydrospeicher 59 geladen sein. Es sei darauf hinge- wiesen, dass bei obiger Betrachtung der Einfachheit halber Strömungskräfte, die üblicherweise in Schließrichtung eines Ventils wirken, nicht berücksichtigt sind.

Alternativ kann die zweite Steuerfläche auch größer als die erste Steuerfläche gemacht werden. Dann ist zum Öffnen des 2/2-Wege- Einbauventils 41 ein niedrigerer Druck als oben an- gegeben notwendig. Als Druckquelle für den Steuerdruck kann dann zum Beispiel der Niederdruckspeicher verwendet werden.

In Figur 5 ist der Hauptkolben 42 des 2/2-Wege- Einbauventils in einer geöffneten Stellung gezeigt. Der gezeigten Stellung des Vorsteuerventils 55 würde dagegen eine geschlossene Stellung des Hauptkolbens 42 entsprechen. Einander entsprechende Stellungen erscheinen leicht zuordenbar.

Wenn gleich zu Beginn der Vorfüllphase zum Anfahren des Gießzylinders 10 das 2/2-Wege- Einbauventil 41 geöffnet würde, könnte eine Druckwelle in Richtung Druckraum 14 des Gießzylinders 10 entstehen, die einen für den Gießvorgang nachteiligen Anfahrruck führt. Um einen solchen Anfahrruck sicher vermeiden zu können, sind im Bypass zu dem 2/2- Wege-Einbauventil 41 ein Drosselrückschlagventil 67 mit einer Düse, deren Durchflussquerschnitt von Hand einstellbar ist, und in Serie dazu ein 2/2-Wege-Sitzventil 68, das in Ruhestellung gesperrt ist und durch einen Elektromagneten in eine Durchgangsstellung geschaltet werden kann, angeordnet. Mit dem Drosselrückschlagventil 67 ist in Flussrichtung vom Niederdruckspeicher 30 zum Druckraum 14 des Gießzylinders 10 eine fluidische Verbindung mit einer Drosselstelle geschaffen. Der bodenseitige Druckraum 14 des Gießzylinders 10 ist über ein elektrohydraulisch vorgesteuertes 2/2-Wegesitzventil 70 direkt mit dem Hochdruckspeicher 31 verbindbar. Wenn kein elektrisches Steuersignal anliegt, ist des 2/2-Wegesitzventil 70 geschlossen. Es ist proportional zu einem Eingangssignal verstellbar und somit ein sogenanntes Stetig- oder Proportio- nalventil. Sein Durchflussquerschnitt ändert sich proportional zum Eingangssignal. Der Druck im Hochdruckspeicher kann zum Beispiel 420 bar betragen.

Schließlich ist der Druckraum 14 über ein elektromagnetisch direkt betätigtes 2/2-Wegeventil 71 mit Tank 57 verbindbar.

Der stangenseitige Druckraum 15 des Gießzylinders 10 ist über ein elektromagnetisch direkt betätigtes, stromlos geschlossenes 2/2-Wegeventil 72 unmittelbar mit dem Druckanschluss der Konstantpumpe 32 verbindbar. Außerdem ist der stangenseitige Druckraum 15 des Gießzylinders über ein stetig verstellbares 2/2-Wegesitzventil 75 mit Tank 57 fluidisch verbindbar. Das Wegesitzventil 75 ist elektrohydraulisch vorgesteuert und geschlossen, wenn kein elektrisches Eingangssignal anliegt. Die Geschwindigkeit des Kolbens 11 des Gießzylinders kann durch das 2/2-Wegesitzventil gesteuert oder geregelt werden, indem durch eine entsprechende Ansteuerung der Durch- flussquerschnitt des Ventils auf eine Größe gesteuert oder geregelt wird, die die gewünschte aus dem Druckraum 15 pro Zeiteinheit verdrängte Druckmittelmenge ergibt.

Schließlich ist der stangenseitige Druckraum 15 des Gießzylinders 10 über eine in ihrem Durchflussquerschnitt einstellbare Drossel 76 und ein dazu in Serie angeordnetes 2/2- Wegesitzventil 77, das unter der Wirkung einer Feder 78 ein Schließstellung einnimmt und durch einen Elektromagneten 79 in seine Durchgangsstellung gebracht werden kann, mit dem Hochdruckspeicher 31 verbindbar.

Die in Figur 5 gezeigte hydraulische Gießeinheit weist ein weiteres elektrohydraulisch vorge- steuertes proportional verstellbares 2/2-Wegesitzventil 80 auf. Über dieses 2/2- Wegesitzventil sind die Druckräume 14 und 15 des Gießzylinders 10 fluidisch unmittelbar miteinander verbindbar. Mit der hydraulischen Gießeinheit gemäß Figur 5 kann ein Gießzyklus in folgender Weise ablaufen:

Am Ende eines Gießvorgangs werden der Kolben 11 und die Kolbenstange 12 des Gießzy- linders 10 eingefahren, indem die Pumpe 32 über das offene Ventil 72 Druckmittel in den Druckraum 15 fördert und Druckmittel aus dem Druckraum 14 über das offene Ventil 71 zum Tank verdrängt wird. Am Ende der Einfahrbewegung stößt der Kolben 11 an einen Endanschlag. Der Druck im Druckraum 15 wird dann auf den maximalen Pumpendruck der Pumpe 32, der durch ein Druckbegrenzungsventil 81 vorgegeben ist, erhöht. Danach wird das Ventil 72 geschlossen. Das Ventil 71 wird ebenfalls geschlossen. Anstelle mit Hilfe der Pumpe 32 kann der Druckraum 15 auch aus dem Hochdruckspeicher 31 oder einer Einheit, welche den Hochdruckspeicher geladen hat, über die Drossel 76 und das Ventil 77 so stark vorgespannt werden, dass die vom Vorspanndruck am Kolben 11 erzeugte Kraft größer als die vom im Druckraum 14 herrschenden Niederdruck am Kolben 11 erzeugte Kraft ist. Ist der Vorspann- druck erreicht, wird das Ventil 77 geschlossen.

Nach dem Einfüllen der Schmelze in die Gießbuchse 17 wird über das Drosselrückschlagventil 67 und das geöffnete Ventil 68 der Druckraum 14 des Gießzylinders 10 sanft auf den Niederdruck geladen. Falls der Vorspanndruck im Druckraum 15 nicht so hoch ist, dass er den Kolben 11 gegen den Niederdruck am Endanschlag halten kann, fahren der Kolben 11 und die Kolbenstange 12 hierbei langsam und ohne Anfahrruck ein wenig aus, bis das Druckmittel im Druckraum 15 entsprechend dem Niederdruck, der Last und dem Flächenverhältnis am Kolben 11, das zum Beispiel 2:1 sein kann, komprimiert ist. Alternativ kann der Druckraum 14 auch über die Pumpe 32 und das Ventil 40 auf den Niederdruck geladen wer- den. Nach dem Laden wird das Ventil 40 wieder geschlossen. Danach wird das Vorsteuerventil 55 geschaltet und dadurch das 2/2-Wege- Einbauventil 41 vollständig geöffnet.

Nun wird mit Hilfe des proportional verstellbaren 2/2-Wegesitzventils 80 ein Durchflussquerschnitt zwischen den Druckräumen 14 und 15 des Gießzylinders 10 so gesteuert, dass der Gießzylinder in Regenerationsschaltung sanft und ruckfrei anfährt und dann mit der gewünschten Geschwindigkeit verfährt. Bei einer Aufladung des Druckraums 14 über die Drossel 67 oder über die Pumpe 32 können die Bewegung zur Kompression des Druckmittels im Druckraum 15 und das sanfte Anfahren mit Hilfe des Ventils 80 fließend ineinander übergehen. Ist die für das Füllen der Form mit der Schmelze notwendige Kraft niedrig, so wird zu Beginn der Formfüllphase das Ventil 80 auf einen größeren Durchflussquerschnitt oder ganz geöffnet. Die Schmelze wird mit einer hohen Geschwindigkeit in die Form geschossen. Dabei wird weiterhin regenerativ verfahren. Wird in der Formfüllphase durchgehend regenerativ verfah- ren, so kann das Ventil 75 durch ein Schaltventil ersetzt werden.

Ist die für das Füllen der Form mit der Schmelze notwendige Kraft hoch, so wird zu Beginn der Formfüllphase das Ventil 80 mit einer Sprungfunktion geschlossen. Das Ventil 75 wird mit einer Sprungfunktion auf den gewünschten Durchflussquerschnitt zum Tank geöffnet. Die Schmelze wird mit einer hohen Geschwindigkeit in die Form geschossen. Dabei wird nicht regenerativ verfahren, so dass die maximale Kraft des Gießzylinders 10 genutzt werden kann.

Es sind auch Mischformen denkbar, bei denen in Abhängigkeit von der Lastkraft erst wäh- rend der Formfüllphase das Ventil 80 geschlossen und das Ventil 75 geöffnet wird.

Das Aktivlogik 42 wird während der Vorfüllphase und der Formfüllphase maximal offengehalten, so dass es mit einem sehr geringen Druckverlust durchströmt wird. Am Ende der Formfüllphase wird der Elektromagnet 58 des Vorsteuerventils stromlos geschaltet, so dass das Vorsteuerventil 55 unter der Wirkung der Feder 56 in seine Ruhestellung bewegt und der Ringraum 51 und die zweite Steuerfläche 50 am Hauptkolben 42 des Aktivlogik von Druck entlastet werden. Der Hauptkolben wird nun durch den an der ersten Steuerfläche 66 wirkenden Niederdruck und von der Feder 52 mit einer großen Kraft in seine Schließstellung gebracht und in dieser Stellung sicher gehalten. Das Schließen des Hauptkolbens 42 wird also durch das Schalten des Vorsteuerventils 55 ausgelöst und ist damit sehr wiederholgenau. Außerdem können die Bedingungen für das Schließen frei gewählt werden. Es ist also auch möglich, das Vorsteuerventil schon vor der vollständigen Formfüllung in die Ruhestellung zu schalten, um Schaltzeiten mit zu berücksichtigen. Nach dem die Nachdruckphase einleitenden Schließen des Aktivlogiks 42 - Ventil 68 ist schon vorher geschlossen worden - wird über das 2/2-Wegesitzventil 70 der Aufbau von Hochdruck in dem Druckraum 14 des Gießzylinders 10 begonnen. Zeitgleich werden das Ventil 80 geschlossen und das Ventil 75 geöffnet. Wird eine aktive Druckregelung in dem Druckraum 14 gewünscht, so muss hierzu dem Druckraum Druckmittel von einer Druckmittelquelle zugeführt werden oder Druckmittel aus dem Druckraum zu einer Druckmittelsenke wegfließen können. Bei der gezeigten Gießeinheit können für diese beiden Funktionen das proportional verstellbare Ventil 70 (Druckmittel- zufuhr) und das proportional verstellbare Ventil 80 (Druckmittelausleitung) bei vollständig offenem Ventil 75 genutzt werden. Das Ventil 80 kann somit doppelt für eine Regenerationsschaltung und für eine Druckregelung genutzt werden. Aufgrund der Druckregelung mit zwei Ventilen können die Steuerkanten unabhängig voneinander angesteuert werden. Dies erlaubt es zum Beispiel, am Ende eines Druckaufbaus über das Ventil 70 die Steuerkante des Ventils 80 bereits zu öffnen, um einen möglichen Drucküberschwinger im Druckraum 14 zu reduzieren oder ganz zu vermeiden.

Bezugszeichenliste

10 Gießzylinder

11 Kolben von 10

12 Kolbenstange von 10

13 Gehäuse von 10

14 bodenseitiger Druckraum von 10

15 stangenseitiger Druckraum von 10

16 Gießkolben

17 Schussbuchse

18 Schusskammer in 17

19 Einfüllöffnung in 17

20 Form

21 Formhohlraum

22 Gießkanal in 20

30 Niederdruckspeicher

31 Hochdruckspeicher

32 Konstantpumpe

33 Elektromotor

34 Pumpenträger

40 2/2-Wegesitzventil

41 2/2-Wege- Einbauventil

42 Hauptkolben von 41

43 Einbaubohrung

44 erste Stirnfläche an 42

45 Bund an 42

46 Bohrung

47 Steuerdeckel

48 zweite Stirnfläche

49 rückwärtiger Steuerraum

50 Ringfläche, zweite Steuerfläche an 42

51 ringförmiger Steuerraum

52 Feder

55 Vorsteuerventil 56 Druckfeder

57 Tank

58 Elektromagnet

59 Hydrospeicher

65 Bohrung in 42

66 Differenzfläche, erste Steuerfläche an 42

67 Drosselrückschlagventil

68 2/2-Wege-Sitzventil

70 2/2-Wegesitzventil

71 2/2-Wegeventil

72 2/2-Wegeventil

75 2/2-Wegesitzventil

76 Drossel

77 Wegesitzventil

78 Feder

79 Elektromagnet

80 2/2-Wegesitzventil

81 Druckbegrenzungsventil A Anschluss von 42

B Anschluss von 42

Claims

Patentansprüche

1. Hydraulische Gießeinheit, die für eine Formmaschine, insbesondere für eine Druckgussmaschine vorgesehen ist und die einen Gießzylinder (10) mit einem in Ausfahr- richtung wirksamen Druckraum (14), eine Niederdruckquelle (30), mit der der in Ausfahrrichtung wirksame Druckraum des Gießzylinders während einer Vorfüllphase und/oder eine Formfüllphase fluidisch verbunden ist, und eine Hochdruckquelle (31) aufweist, mit der der in Ausfahrrichtung wirksame Druckraum (14) des Gießzylinders (10) während einer Nachdruckphase fluidisch verbunden ist, wobei die fluidische Verbindung zwischen dem in Aus- fahrrichtung wirksamen Druckraum (14) des Gießzylinders (10) und der Niederdruckquelle (30) durch ein einen mit der Niederdruckquelle verbundenen, ersten Anschluss (A) und einen mit dem in Ausfahrrichtung wirksamen Druckraum (14) des Gießzylinders (10) verbundenen, zweiten Anschluss (B) aufweisendes, vorgesteuertes 2/2-Wegesitzventil (41) auf- und zugesteuert wird, das einen beweglichen Hauptkolben (42) mit einer ersten Steuerfläche (66), an der der Hauptkolben (42) von dem an einem Anschluss (A) anstehenden Druck in Schließrichtung beaufschlagt wird, und mit einer zweiten Steuerfläche (50) und ein Vorsteuerventil (65) aufweist, und wobei der Hauptkolben (42) von einem durch das Vorsteuerventil (55) aufschaltbaren Steuerdruck an einer zweiten Steuerfläche (50) in Öffnungsrichtung beaufschlagbar ist,

dadurch gekennzeichnet,

dass der Hauptkolben (42) an der ersten Steuerfläche (66) von dem am ersten Anschluss (A) anstehenden Niederdruck beaufschlagt wird und dass die von dem aufschaltbaren Steuerdruck an der zweiten Steuerfläche (50) erzeugte Kraft größer ist als die vom Niederdruck an der ersten Steuerfläche (66) erzeugte Kraft.

2. Hydraulische Gießeinheit nach Patentanspruch 1, wobei eine Schließfeder (52) vorhanden ist, von der der Hauptkolben (42) in Schließrichtung des 2/2-Wegesitzventils (41) beaufschlagt ist und wobei die von dem aufschaltbaren Steuerdruck an der zweiten Steuerfläche (50) erzeugte Kraft größer ist als die Summe der vom Niederdruck an der ersten Steuerfläche (66) erzeugte Kraft und der Kraft der Schließfeder (52).

3. Hydraulische Gießeinheit nach Patentanspruch 1 oder 2, wobei der Hauptkolben (42) als Stufenkolben ausgebildet ist und eine kleinere, erste Stirnfläche (44), vor der sich der mit der Niederdruckquelle (30) verbundene, erste Anschluss (A) befindet und die von dem am ersten Anschluss (A) anstehenden Niederdruck im Sinne eines Öffnens des 2/2- Wegesitzventils (41) beaufschlagt ist, eine gegenüber der ersten Stirnfläche (44) größere, zweite Stirnfläche (48), die von dem am ersten Anschluss (A) anstehenden Niederdruck im Sinne eines Schließens des 2/2-Wegesitzventils (41) beaufschlagt ist, und eine Ringfläche (50) aufweist, die die zweite Steuerfläche darstellt und mit dem aufschaltbaren Steuerdruck beaufschlagbar ist, wobei die Differenzfläche (66) zwischen der zweiten Stirnfläche (48) und der ersten Stirnfläche (44) des Hauptkolbens (42) die erste Steuerfläche darstellt.

4. Hydraulische Gießeinheit nach Patentanspruch 3, wobei die zweite Stirnfläche (48) des Hauptkolbens (42) über einen durch den Hauptkolben (42) verlaufenden Fluidpfad (65) mit dem am ersten Anschluss (A) anstehenden Niederdruck beaufschlagt ist.

5. Hydraulische Gießeinheit nach einem vorhergehenden Patentanspruch, wobei die zweite Steuerfläche größer als die erste Steuerfläche ist.

6. Hydraulische Gießeinheit nach Patentanspruch 5, wobei von dem Vorsteuerventil der Niederdruck auf die zweite Steuerfläche aufschaltbar ist.

7. Hydraulische Gießeinheit nach einem der Patentansprüche 1 bis 4, wobei die erste Steuerfläche (66) und die zweite Steuerfläche (50) gleich groß sind und der durch das Vorsteuerventil (55) auf die zweite Steuerfläche (50) aufschaltbare Steuerdruck höher als der Niederdruck ist.

8. Hydraulische Gießeinheit nach Patentanspruch 7, wobei der höhere Steuerdruck von einem Hydrospeicher (59) zur Verfügung gestellt wird.

9. Hydraulische Gießeinheit nach einem vorhergehenden Patentanspruch, wobei ein parallel zu dem 2/2-Wegesitzventil (41) verlaufender und auf und zu steuerbarer Bypassflu- idpfad zwischen der Niederdruckquelle (30) und dem in Ausfahrrichtung wirksamen Druckraum (14) des Gießzylinders (10) vorhanden ist, in dem eine zumindest für einen Druckmit- telfluss von der Niederdruckquelle (30) zum Gießzylinder (10) wirksame Drosselstelle (67) ausgebildet ist.

10. Hydraulische Gießeinheit nach Patentanspruch 9, wobei die Drosselstelle (67) durch eine insbesondere einstellbare Düse gebildet ist und wobei in Serie zu der Düse ein Schaltventil (68) angeordnet ist, von dem der Bypassfluidpfad auf und zu steuerbar ist.