DE102008055536A1

DE102008055536A1 - Verfahren zum Betreiben eines Antriebskolbens einer Druckgiessmaschine und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens

Info

Publication number: DE102008055536A1
Application number: DE102008055536A
Authority: DE
Inventors: Daniel Hauser
Original assignee: Buehler Druckguss AG
Current assignee: Buehler Druckguss AG
Priority date: 2008-12-17
Filing date: 2008-12-17
Publication date: 2010-07-01
Also published as: JP2012512032A; CN102317007A; WO2010070053A1; US20110247777A1; EP2384249A1

Abstract

Bei einem Verfahren zum Betreiben eines Antriebskolbens (4) in einem Antriebszylinder (5) für das Einspritzaggregat (1) einer Formmaschine wird im Zuge eines Einspritzzyklus dem Antriebszylinder (5) in einer vorbestimmten Phase des Einspritzzyklus an einer Seite (12) des Antriebskolbens (4) Druckmedium von einem Multiplikatorkolben (15) zugeführt, dass eine Verbindungsleitung (10) den Ringraum (3) des Arbeitskolbens (1) mit dem Ringraum (7) des Druckübersetzers (5) und mit dem Kolbenraum (4) des Arbeitskolbens (1) verbindet und ein schaltbares Hydraulikventil (18') die Verbindungsleitung (10) zu einer hydraulischen Energiequelle (20) verbindet.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Antriebkolbens einer Druckgiessmaschine.
Sowohl bei Formmaschinen, Druckgiessmaschinen mit einem Giesskolben, Spritzgiessmaschinen mit einer Schnecke oder einem Kolben als solches Einspritzaggregat besteht, ein Problem in an sich einander widersprechenden Anforderungen. Einerseits muss die Druckumschaltung relativ rasch erfolgen, anderseits wird ein hoher, plötzlich auf die zu bewegenden Massen einwirkender Druck zwangsläufig zu Schwingungsvorgängen führen, die schwierig oder kaum zu beherrschen sind (siehe CH-A668 385 ).
Ein anderes Problem bei der Verwendung eines Druckmultiplikators besteht darin, dass seine Zuschaltung im Allgemeinen relativ rasch erfolgt, was zu den oben genannten Schwierigkeiten führt, und dass eine ”Formgebung” für die sich ergebende Druckkurve kaum möglich ist. Gerade moderne Technologien könnten aber mit besser beherrschbaren Druckkurven besser und leichter ausgeführt werden. Vorschläge, wie gemäss DE-A-23 62 482 , d. h. mit einer Reihe von Ventilen Abstufungen zu erzielen, sind äusserst aufwendig und beschränkt umsetzbar
Gemäss DE 198 42 830 A1 werden verschiedene Hydraulikschaltungen zum Verfahren eines Antriebkolbens gezeigt. Gemeinsam ist allen dieser Variante die möglichst gute Beeinflussung der Endkraft des Antriebskolbens, welche durch den gesteigerten Druck des Druckübersetzers gebildet wird.
Eine Leitung, welche den Ringraum des Antriebskolbens mit dem Ringraum des Druckübersetzers verbindet, ermöglicht mit dem Ringraumdruck des Antriebskolbens auch den Ringraumdruck des Druckübersetzers zu beeinflussen. Dadurch wird der Wirkungsbereich des Druckübersetzers stark erweitert, was den Kolbendruck des Antriebszylinders variiert. Zusammen ergibt sich eine maximale Beeinflussbarkeit der Kraftwirkung des Antriebszylinders am Ende des Arbeitshubs.
Der Druck im Ringraum des Antriebskolbens kann mittels eines Servoventils, eines Proportionalventils oder mittels einer fix zuschaltbaren Druckbeeinflussung variiert werden. Die Arbeitsweise dieser Verbindungsleitung kann mittels Schaltventile beeinflusst werden.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, bei einem Verfahren und einer Vorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 die Beherrschbarkeit des Druckverlaufes zu verbessern und insbesondere auch Schwingungen und Schwankungen zu vermeiden. Dies gelingt durch die Massnahmen nach dem Kennzeichen des Anspruchs 1.
Durch eine geeignete Beschaltung der in DE 198 42 830 A1 beschriebenen Verbindungsleitung kann die Wirkungsweise einer Hydraulikschaltung stark erweitert werden:
Die schaltbare hydraulische Verbindung der Leitung mit dem Kolbenraum des Antriebskolbens erlaubt den Antriebskolben in Differenzialschaltung zu betreiben. Dies führt zu einer nennenswerten Energieeinsparung während relativ langsamer Kolbenbewegungen.
Eine schaltbare hydraulische Verbindung der Leitung mit einer hydraulischen Energiequelle erlaubt den Antriebskolben und auch den Druckübersetzer über diese Leitung wieder in Grundstellung zu fahren.
Eine proportionale Druckbeeinflussung zwischen einer hydraulischen Energiequelle und dieser Leitung erlaubt den Ringraumdruck sowohl des Antriebskolbens wie auch des Druckübersetzers zu beeinflussen.
Eine Kombination von zwei Stetigventilen erlaubt über diese Verbindungsleitung sowohl langsame und schnelle Bewegungen des Antriebskolbens als auch den Ringraumdruck von Antriebskolben und Druckübersetzer anforderungsgerecht zu beeinflussen. Dadurch können Hydraulikventile mit funktionsgerechter Nennweite eingesetzt werden, was deren dynamisches Verhalten stark verbessert. Das kleinere und damit schnellere 3-Wege-Stetigventil beeinflusst die Antriebskolbengeschwindigkeit in Differenzialschaltung. Das grössere 2-Wege-Stetigventil beeinflusst die schnelle Kolbenbewegung. Beiden Stetigventile zusammen bilden einen Druckteiler, wobei das kleinere und damit schnellere Ventil die Druckregelung übernimmt und das grössere Stetigventil den Basisvolumenstrom dieser hydraulischen Schaltung bestimmt.
Ähnliche Leitungen wie in der DE 198 42 830 A1 beschrieben, aber zu einem anderen Zweck sind im Stande der Technik bereits vorbekannt, z. B. gemäss CH-A-486 938 und 486 939 sowie DE-A-2 165 325 , doch hierbei über eine solche Leitung der Multiplikator nach beendetem Einspritzzyklus wieder in seine Ausgangslage gebracht. Eine Gegenkraft lässt sich mit diesen bekannten Vorrichtungen nicht auf den Antriebskolben aufbringen, weil das dabei vorgesehene Rückschlagventil in dieser Richtung sperrt. Daher wäre eine solche Lösung für die Rückführung des Multiplikatorkolbens bei einer Ausbildung gemäss DE 198 42 830 A1 unmöglich. Bei diesen bekannten Rückführungsschaltungen kann sich ein unkontrollierbarer Druck aufbauen, weshalb man für die Rückführung des Multiplikators besser eine mechanische Rückführung, etwa nach der DE-B-2 017 951 oder mit hydraulischer Rückführung nach der DE-A-1 804 261 oder der GB-A-2 198 081 wählt.
Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich an Hand der nachfolgenden Beschreibung von in der Zeichnung schematisch dargestellten Ausführungsbeispielen. Es zeigen die:
1 eine Ausführungsform gemäss DE 198 42 830 A1
2 eine erfindungsgemässe Regelung.
Gemäss 1 wird ein, mit einem Wegmesssystem 2 verbundener Giesskolben 1 einer Druckgiessmaschine über eine Kolbenstange 3 von einem Antriebskolben 4 angetrieben der in einem Antriebszylinder 5 verschiebbar ist. Die Bewegung des Antriebszylinders wird vorzugsweise über ein an eine Ablaufleitung 6 (Ablauf während des Einspritzzyklus) angeschlossenes Proportionalventil 7 bzw. über die dessen Magnet 8 zugeführten Signale gesteuert, wie es an sich bekannt ist und daher hier nicht im einzelnen beschrieben wird.
Bevorzugt übernimmt das Ventil 7 auch die Einstellung des Druckes in dem Giesskolben 1 zugewandten Zylinderraum 9. Demnach sind an der Ausgangsseite des Ventils 7 zwei Leitungen 10 und 11 vorgesehen, wovon die Leitung 10 unmittelbar zu einem Druckmitteltank T führt, wogegen die Leitung 11 an eine Pumpe P oder an eine andere Druckmittelquelle (z. B. Druckakkumulator) angeschlossen ist. Sowohl an den Zylinderraum 9 als auch an den ihm gegenüberliegenden Zylinderraum 12 sind druckelektrische Wandler 13, 14 angeschlossen.
Abhängig von dem durch wenigstens einen der Wandler 13 oder 14 gemessenen Druck kann in bekannter Weise ein Multiplikatorkolben 15 zur Druckerhöhung zugeschaltet werden. Dieser Multiplikatorkolben 15 kann an sich beliebiger bekannter Bauart sein. Dementsprechend besitzt er einen Kolbenteil 16 grösseren Durchmessers und einem anschliessenden Kolbenteil 17 kleineren Durchmessers, die jeweils in Zylinderabschnitten 18 und 19 eines Multiplikatorzylinders 20 verschiebbar sind. Dem Multiplikatorkolben 15 ist ein Druckakkumulator 21 in Serie zugeschaltet, der über ein Sperrventil 22, gesteuert durch das Signal wenigstens eines der Wandler 13 bzw. 14, freigebbar oder sperrbar ist.
Während also bei freigegebenem Druckakkumulator 21 (d. h. das Ventil 22 ist bezüglich 1 nach links verschoben) der kleinere Kolbenteil 17 Druck an eine Leitung 23 und damit in den Zylinderraum 12 abgibt, wird Druckmittel aus dem gegenüberliegenden Zylinderraum 9 verdrängt. Dieses Druckmittel kann nur in dem Masse über das Ventil 7 in den Tank T abfliessen, wie dies durch die Stellung des Proportionalventiles 7 gestattet wird. Je nach der Lage des entsprechenden Ventilkörpers wird sich im Raum 9 ein Druck aufbauen, der dem Druck im Raume 12 entgegengerichtet ist, so dass der Antriebskolben 4 zwischen diesen einander entgegengesetzten Drücken „eingespannt” wird und daher sich seine Neigung zu Schwingungen verringert. Es versteht sich daher, dass es an sich möglich wäre, diesen Gegendruck durch eine gesonderte Druckmittelquelle zu erzeugen, doch ist der Multiplikator 15 und sein Zylinder 20 aus Kosten- und Funktionsgründen bevorzugt für diesen Zweck heranzuziehen.
Ferner kann der im Raum 9 aufgebaute Druck über eine Leitung 24 zur Beeinflussung des Multiplikatorkolbens 15 rückgeführt werden. Zweckmässig geschieht dies so, dass die Leitung 24 den Raum 9 mit derjenigen Seite des Multiplikatorkolbens 15 verbindet, an der der kleinere Kolbenteil 17 anschliesst, d. h. mit dem Ringraum des Zylinderabschnittes 18. Die Leitung 24 kann, wie ersichtlich, eine einfache Leitung ohne kostenträchtige Einbauten sein. Über sie ergibt sich automatisch auch eine Druckregelung des Multiplikators durch das einzige druckregelnde Proportionalventil 7, das hier somit zwei Funktionen gleichzeitig erfüllt.
Obwohl Proportionalventile 7 gemäss dem Stand der Technik (1) mit gleichzeitiger Regelung des Abflusses und des Druckes bekannt sind, soll nachstehend zum besseren Verständnis ein solches anhand der 1 beschrieben werden. Innerhalb eines Ventilgehäuses ist ein Ventilkörper mit zwei Vorsprüngen vorgesehen ist, wovon der eine Vorsprung den Druck durch mehr oder weniger weitgehendes Freigeben der Leitung 11 zur Druckmittelquelle P und der andere Vorsprung den Abfluss des Druckmediums aus dem Zylinderraum 9 über die Leitung 10 und zum Tank T hin steuert. Das bedeutet, dass bei Abschliessen der Leitung 10 durch den Vorsprung dann durch weiteres Verschieben des Ventilgliedes der Druck im Zylinderraum 9 über den die Leitung 11 mehr oder weniger freigebenden Vorsprung eingestellt werden kann. Praktisch wirkt also dieses Ventil, verglichen mit einer elektronischen Schaltung, wie ein Spannungsteiler mit zwei durch die Stellung der Vorsprünge gegebenen Widerständen, die einen gemeinsamen Mittelabgriff in Form der Leitung 6 besitzen.
Die Steuerkanten können mechanisch verbunden oder unabhängig voneinander sein.
Die schaltbare hydraulische Verbindung der Leitung mit dem Kolbenraum des Antriebskolbens 4 erlaubt den Antriebskolben 4 in Differenzialschaltung zu betreiben. Dies führt zu einer nennenswerten Energieeinsparung während relativ langsamer Kolbenbewegungen.
Eine Kombination von zwei Stetigventilen 15', 17' erlaubt über die Verbindungsleitung 10 sowohl langsame und schnelle Bewegungen des Antriebskolbens 4 als auch den Ringraumdruck von Antriebskolben 4 und Druckübersetzer anforderungsgerecht zu beeinflussen. Dadurch können Hydraulikventile mit funktionsgerechter Nennweite eingesetzt werden, was deren dynamisches Verhalten stark verbessert. Das kleinere und damit schnellere 3-Wege-Stetigventil 17', 18' beeinflusst die Antriebskolbengeschwindigkeit in Differenzialschaltung. Das grössere 2-Wege-Stetigventil 15' beeinflusst die schnelle Kolbenbewegung. Beiden Stetigventile 15', 17', 18' zusammen bilden einen Druckteiler, wobei das klei nere und damit schnellere Ventil 17', 18' die Druckregelung übernimmt und das grössere Stetigventil 15' den Basisvolumenstrom dieser hydraulischen Schaltung bestimmt.
Die Ventile 15', 17', 18' ersetzen das Proportionalventil 7 gemäss 1.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- CH 668385 A [0002]
- DE 2362482 A [0003]
- DE 19842830 A1 [0004, 0008, 0013, 0013, 0015]
- CH 486938 A [0013]
- CH 486939 [0013]
- DE 2165325 A [0013]
- DE 2017951 B [0013]
- DE 1804261 A [0013]
- GB 2198081 A [0013]

Claims

Verfahren zum Betreiben eines Antriebkolbens (1) in einem Arbeitszylinder (2) für das Einspritzaggregat einer Druckgiessmaschine wobei gleichzeitig mit einem Druck ein entgegengesetzt wirkender Gegendruck von einer Druckmittelquelle (20) auch an die andere Seite (9) des Antriebkolbens (4) geführt wird und an dieser Seite der Druck veränderbar ist, und der Antriebskolben (4) so zwischen beiden entgegengesetzt wirkenden Kräften eingespannt wird, wobei infolge des hydraulischen Verbindens der Gegendruck vom Multiplikator abgeleitet wird, dadurch gekennzeichnet, dass eine Verbindungsleitung (10) den Ringraum (3) des Arbeitskolbens (1) mit dem Ringraum (7) des Druckübersetzers (5) und mit dem Kolbenraum (4) des Arbeitskolbens (1) verbindet.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein schaltbares Hydraulikventil (16) die Verbindungsleitung (10) zum Ringraum (7) des Druckübersetzers (5) trennen kann.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein schaltbarer Hydraulikventil (17') die Verbindungsleitung (10) zum Kolbenraum (4) des Antriebskolbens (1) trennen kann.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein schaltbares Hydraulikventil (15') die Verbindungsleitung (10) zum Tank (22) verbinden kann.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein schaltbares Hydraulikventil (18') die Verbindungsleitung (10) zu einer hydraulischen Energiequelle (20) verbindet.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein Hydraulikventil mit variabler Öffnung (17) die Vorfahrtgeschwindigkeit des Antriebkolbens (1) beein flussen kann.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein Hydraulikventil mit variabler Öffnung (15) die Vorfahrtgeschwindigkeit des Antriebkolbens (4) beeinflussen kann.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein Hydraulikventil mit variabler Öffnung (18) eine hydraulische Energiequelle (20) mit der Verbindungsleitung (10) verbinden kann.
Verfahren nach Anspruch 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, dass zwei Hydraulikventile (15', 18') zusammen einen hydraulischen Druckteiler in Verbindungsleitung (10) bilden.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass ein Hydraulikventil (15', 18') mit variabler Öffnung einen Basisvolumenstrom des hydraulischen Druckteilers beeinflusst.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass ein Hydraulikventil (18', 15') mit variabler Öffnung den resultierenden Druck in der Verbindungsleitung (10) des Druckteilers beeinflusst.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Basisstrom des hydraulischen Druckteilers situationsgerecht an die Bedürfnisse angepasst werden kann.
Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der resultierende Druck in der Verbindungsleitung (10) auf den Ringraum (3) des Arbeitskolbens (1) wirkt.