DE102012016838B4

DE102012016838B4 - Hydraulische Steuerschaltung für eine hydraulisch betätigte Gießeinheit

Info

Publication number: DE102012016838B4
Application number: DE102012016838.1A
Authority: DE
Inventors: Holger Engert
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2012-08-27
Filing date: 2012-08-27
Publication date: 2023-12-28
Anticipated expiration: 2032-08-28
Also published as: CN103629172A; DE102012016838A1; CN103629172B

Abstract

Hydraulische Steuerschaltung für eine hydraulisch betätigte Gießeinheit (2), wobei dieser über zumindest zwei parallele hydraulische Steuermittel (12, 18; 20, 32) der Steuerschaltung (1) betätigbar ist, wobei das erste Steuermittel (12, 18) ein Rückschlagventil (12) hat, welches so konfiguriert ist, dass es einen Zustrom von Fluid von dem zweiten Steuermittel (20, 32) und/oder von der hydraulisch betätigten Gießeinheit (2) zum ersten Steuermittel (12, 18) im Wesentlichen verhindert, dadurch gekennzeichnet, dass ein Schließglied (56) des Rückschlagventils (12) durch ein Betätigungsmittel (18) in seiner Lage kontrolliert hydraulisch verstellbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine hydraulische Steuerschaltung für eine hydraulisch betätigte Gießeinheit gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
In der DE 10 2005 035 170 A1 ist eine derartige hydraulische Steuerschaltung offenbart. Diese hat einen als Differenzialzylinder mit einseitiger Kolbenstange ausgebildeten Gießzylinder dessen von einem Kolben begrenzter Zylinderraum mit einem Niederdruckzweig und einem fluidisch parallel zum Niederdruckzweig angeordneten Hochdruckzweig verbindbar ist. Der Niederdruckzweig dient zum Anfahren des Gießzylinders und zum Fahren einer Einzugsphase und einer Formfüllphase. Der Hochdruckzweig ist für eine Nachdruckphase vorgesehen. Der mit einem Niederdruckspeicher verbundene Niederdruckzweig weist ein Rückschlagventil auf, um ein Überströmen von Druckmittel vom Hochdruckzweig in den Niederdruckzweig zu verhindern. Das Rückschlagventil ist als Sitzventil mit einem Stufenkolben ausgebildet. Dieser hat eine kleinere Stirnfläche, eine rückseitige einen Federraum begrenzende Rückfläche und eine in Axialrichtung gesehen zwischen diesen beiden Flächen ausgebildete Ringfläche. Eine Fläche der Rückfläche entspricht hierbei der Summe der Flächen der Stirn- und der Ringfläche. Die Stirnfläche ist mit dem Druck am Ausgangsanschluss des Rückschlagventils beaufschlagbar. Die Rückfläche ist über eine axiale Durchgangsbohrung durch den Stufenkolben fluidisch mit der Stirnfläche verbunden und wird somit mit einem im Wesentlichen gleichen Druck beaufschlagt. Die Ringfläche ist über ein Wegeventil entweder gedrosselt mit dem Niederdruckspeicher oder mit einem Tank verbindbar. Eine Ausfahrbewegung des Gießzylinders wird über ein mit einem vom Kolben begrenzten Ringraum des Gießzylinders fluidisch verbundenen stetig verstellbaren Drosselventil geregelt.
Nachteilig bei dieser hydraulischen Steuerschaltung ist, dass diese durch die Vielzahl von Ventilen vorrichtungs- und/ oder regelungstechnisch äußerst aufwendig ausgestaltet ist.
Die Druckschrift EP 2 449 268 B1 zeigt eine Ventilanordnung mit einem vorgesteuerten Ventil.
Die Druckschrift DE 10 2006 055 393 A1 offenbart eine weitere hydraulische Steuerschaltung für einen Gießzylinder. Diese weist ebenfalls ein Rückschlagventil mit einem Stufenkolben auf. Koaxial zu diesem ist ein Differenzialzylinder vorgesehen, der stirnseitig mit seiner Kolbenstange an der den Federraum begrenzenden Rückfläche des Stufenkolbens des Rückschlagventils anlegbar ist. Dies dient dazu, eine Hubbewegung des Stufenkolbens in Öffnungsrichtung zu begrenzen. Zum Steuern des Differenzialzylinders ist ein stetig verstellbares 4/3-Wegeventil vorgesehen, wobei dieses den Kolben des Differentialzylinders anhand dessen Position steuert. Durch die Begrenzung des Verschiebeweg des Stufenkolbens des Rückschlagventils kann der Zulauf zum Gießzylinder gesteuert werden, weswegen ein Drosselventil, wie bei der vorstehend erläuterten Steuerschaltung nicht mehr notwendig ist. Ein Steuerraum des Rückschlagventils ist zusätzlich über ein Wegeventil mit einem Tank verbindbar.
Diese Lösung hat ebenfalls den Nachteil, dass sie vorrichtungs- und/ oder regelungstechnisch äußerst aufwendig ausgestaltet ist.
Dem gegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine hydraulische Steuerschaltung zu schaffen, die vorrichtungstechnisch einfach ausgestaltet ist.
Die Aufgabe wird gelöst durch eine hydraulische Steuerschaltung gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 1.
Sonstige vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand weiterer Unteransprüche.
Erfindungsgemäß ist eine hydraulische Steuerschaltung für einen Verbraucher, insbesondere für einen Gießzylinder, vorgesehen. Der Verbraucher ist über zumindest zwei fluidisch parallele hydraulische Steuermittel steuerbar beziehungsweise betätigbar. Das erste Steuermittel kann dazu eingerichtet sein eine Fluidmenge gemäß einem vorgegebenen Zeit-Mengen-Profil bereit zu stellen. Das zweite Steuermittel wiederum kann dazu eingerichtet sein, einen vorgegebenen Druck oder ein Fluid mit einem vorgegebenen Druck bereitzustellen. Um beim Einsatz des zweiten Steuermittels eine Strömung von Druckmittel vom zweiten Steuermittel zum ersten Steuermittel oder eine Strömung von Druckmittel vom hydraulischen Verbraucher zum ersten Steuermittel zu verhindern, hat das erste Steuermittel ein Rückschlagventil. Dies ist somit derart konfiguriert, dass es einen Zustrom von Fluid von dem zweiten Steuermittel in das erste Steuermittel oder eine Rückströmung von Fluid vom Verbraucher zum ersten Steuermittel zumindest im Wesentlichen verhindert. Ein Schließglied des Rückschlagventils ist durch ein, insbesondere mit dem Rückschlagventil fest verbundenen, Betätigungsmittel in seiner Lage kontrolliert hydraulisch verstellbar.
Die Lösung hat den Vorteil, dass durch die kontrollierte hydraulische Verstellung des Rückschlagventils dieses zusätzlich als Wegeventil zum Steuern der vom ersten Steuermittel beziehungsweise vom Niederdruckzweig gelieferten Fluidmenge für den hydraulischen Verbraucher einsetzbar ist. Ein Drosselventil, wie im eingangs erläuterten Stand der Technik, ist nicht notwendig, wodurch ein vorrichtungstechnischer Aufwand sinkt. Des Weiteren ist es nicht notwendig, wie eingangs erläutert, einen verstellbaren Anschlag zum Voreinstellen der Fluidmenge bei aufgesteuerten beziehungsweise entsperrten Rückschlagventil vorzusehen, sondern das Rückschlagventil kann direkt hydraulisch verstellt sein. Der Anschlag im Stand der Technik hat ferner den Nachteil, dass dieser den Stufenkolben mechanisch kontaktiert, was zu einem starken Verschleiß des Stufenkolbens führt.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung umfasst das erste Steuermittel einen Positionssensor. Dieser kann eine Ist-Position eines Schließglieds und/oder des Betätigungsmittels des Rückschlagventils erfassen. Des Weiteren hat das Steuermittel einen Regler, über den eine Position des Schließglieds mittels Ansteuerung des Betätigungsmittels regelbar ist. Der Regler regelt diese Position hierbei anhand einer Sollwertvorgabe, die insbesondere abhängig von der gewünschten Einspritzung des Gießzylinders und/oder abhängig von der ermittelten Ist-Position des Schließglieds des Rückschlagventils ist. Das Schließglied des Rückschlagventils kann somit äußerst schnell und direkt im Vergleich zum Stand der Technik gesteuert werden, bei dem beispielsweise erst ein Differenzialzylinder als verstellbarer Anschlag verstellt wird. Mit dem Rückschlagventil kann vorzugsweise eine Anfahrphase, eine Einzugsphase und/oder eine Formfüllphase des Gießzylinders gesteuert werden.
Bei dem Rückschlagventil handelt es sich beispielsweise um ein kostengünstiges Aktivlogikventil. Dies kann beispielsweise Nenngrößen zwischen 25 und 125 aufweisen. Ein derartiges Aktivlogikventil hat durch kleine aktive Flächen eine hohe Dynamik und weist auf einfache Weise eine Rückschlagventilfunktion auf. Ein derartiges Aktivlogikventil beziehungsweise ein 2/2-Wege-Einbauventil, das aktiv ansteuerbar ist, ist beispielsweise in dem Datenblatt der Anmelderin RD 21040/11.10 offenbart.
Der Positionssensor kann einfach als proportionaler Wegsensor ausgebildet sein, mit dem ein Verschiebeweg des Schließglieds des Rückschlagventils erfassbar ist. Ferner ist der Positionssensor vorrichtungstechnisch einfach seitlich des Rückschlagventils angeordnet und erstreckt sich beispielsweise etwa senkrecht und/ oder benachbart zum Schließglied.
Mit dem Positionssensor kann beispielsweise in einem festgelegten Detektionsbereich bei einer Verschiebung des Schließglieds des Rückschlagventils Änderungen von dessen Durchmesser erfasst und hieraus die Ist-Position des Schließglieds ermittelt werden. Somit werden Änderungen eines Abstands zwischen dem Positionssensor und dem Schließglied, insbesondere in einer radialen Richtung bezüglich des Schließglieds, erfasst.
Mit Vorteil ist mit dem Schließglied eine Verbindung zwischen einem mit einer Druckmittelquelle verbindbaren Eingangsanschluss und einem mit einem Arbeitsanschluss des Verbrauchers verbindbaren Ausgangsanschluss des Rückschlagventils durch Aufsetzen und Abheben von einem Ventilsitz zu- und aufsteuerbar und durch Steuerung eines Öffnungsquerschnitts des Rückschlagventils im abgehobenen Zustand des Schließglieds eine Fluidmenge steuerbar.
Das Schließglied des Rückschlagventils ist beispielsweise als Stufenkolben mit einer kleineren Stirnfläche, einer rückseitigen einen Federraum begrenzenden Rückfläche und einer Ringfläche ausgebildet, wobei die Summe der Stirn- und Ringfläche der Rückfläche entspricht. Die Stirn- und Rückfläche sind dann mit dem Druck am Ausgangsanschluss beaufschlagt. Ein auf die Ringfläche wirkender Druck zum Steuern eines Öffnungsquerschnitts des Rückschlagventils zwischen dem Eingangs- und dem Ausgangsanschluss, wird über das Betätigungsmittel gesteuert, in dem die Ringfläche mit Druckmittel von der Druckmittelquelle beaufschlagt wird oder mit einer Druckmittelsenke verbunden wird.
Mit Vorteil sind die Stirn- und die Rückfläche des Schließglieds fluidisch über einen Fluidpfad verbunden, der vorzugsweise als eine oder mehrere das Schließglied durchsetzende Axialbohrungen ausgestaltet ist.
Als Wegmeßsystem ist aber auch jedes handelsübliche Wegmeßsystem, wie zum Beispiel ein Differnzilatransformator in einem Druckrohr oder magnetostriktive Wegmeßsysteme einsetzbar.
Im Bereich ihrer Ringfläche weist das Schließglied eine Veränderung ihres Durchmessers auf, weshalb vorzugsweise der Detektionsbereich des Positionssensors im Bereich der Ringfläche des Schließglieds vorgesehen ist.
Die Ringfläche kann vorzugsweise kegelstumpfförmig ausgebildet sein, wodurch sich ein Durchmesser des Schließglieds im Detektierbereich des Positionssensors bei einer Verschiebung des Schließglieds kontinuierlich verändert und damit kontinuierlich eine genaue Ist-Position des Schließglieds erfassbar ist.
Bei dem Betätigungsmittel handelt es sich vorzugsweise um ein Ventil, vorzugsweise um ein Vorsteuer- beziehungsweise Pilotventil. Die Ausgestaltung der Steuerschaltung mit dem Rückschlagventil, das erfindungsgemäß „zwei Ventile in einem“ bildet, und dem Vorsteuerventil ist äußerst kostengünstig und hat eine hohe Dynamik. Durch die geringe Anzahl von Bauteilen beziehungsweise Ventilen kann eine Steuerblockgröße ebenfalls vergleichsweise klein sein.
Das Ventil beziehungsweise Vorsteuerventil ist vorrichtungstechnisch äußerst einfach mit einem Ventilschieber ausgestaltet, der zumindest zwei Schaltstellungen hat. In einer ersten Schaltstellung kann Druckmittel zur Ringfläche des Schließglieds beschickt und in einer zweiten Schaltstellung von der Ringfläche entlassen werden.
Der Ventilschieber des Vorsteuerventils kann in weiterer Ausgestaltung über eine Ventilfeder über eine Federkraft in Richtung der zweiten Schaltstellung beaufschlagt sein und über einen elektrischen Aktuator insbesondere in beide Richtungen betätigbar sein. Im unbestromten Zustand des Aktuators, beispielsweise beim Ausfall einer Stromversorgung, wird der Ventilschieber somit durch die Ventilfeder in die Schaltstellung verschoben, in der Druckmittel von der Ringfläche des Schließglieds entlassen wird, wodurch das Schließglied durch die anderen Flächen und der Ventilfeder überwiegend in Richtung seiner Schließstellung belastet ist und schließt.
Bevorzugter Weise ist das Betätigungsmittel zusammen mit dem Rückschlagventil in einem Ventil- oder Steuerblock ausgebildet. Durch die geringe Bauteilanzahl und eine vergleichsweise einfach fluidische Verbindung der Ventile ist eine Steuerblockgröße äußerst klein. Denkbar wäre auch dass das Betätigungsmittel in einen Deckel für ein Gehäuse des Rückschlagventils vorgesehen ist.
Die beiden Steuermittel können kostengünstig von einer gemeinsamen Druckmittelquelle versorgt sein.
Mit Vorteil ist der von der Ringfläche des Schließglieds begrenzte Steuerraum des Rückschlagventils zusätzlich über ein in einer Fluidströmungsrichtung weg vom Steuerraum sich öffnendes Rückschlagventil mit der Druckmittelquelle verbunden. In entgegengesetzter Richtung kann dieses Rückschlagventil mit einer Federkraft einer Feder belastet sein. Der Steuerraum wird über dieses Rückschlagventil zusätzlich gesichert, falls beispielsweise das Vorsteuerventil defekt ist und keine Verbindung zur Druckmittelsenke herstellt.
Vorzugsweise ist das erste Steuermittel mit einem Arbeitsanschluss eines Einspritzzylinders für eine Druckgussmaschine verbunden und das zweite Steuermittel über einen Druckübersetzer mit dem Einspritzzylinder in Wirkverbindung.
Im Folgenden werden bevorzugte Ausführungen der Erfindung anhand schematischer Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

1 einen hydraulischen Schaltplan der erfindungsgemäßen hydraulischen Steuerschaltung gemäß einem Ausführungsbeispiel
2 einen vergrößerten Ausschnitt des Schaltplans aus 1 im Bereich des erfindungsgemäßen Rückschlagventils
3 schematisch in einem Längsschnitt das Rückschlagventil mit einem Vorsteuerventil und einem Positionssensor.

Gemäß 1 ist eine hydraulische Steuerschaltung 1 für einen Gießzylinder 2, der als Differenzialzylinder mit einseitiger Kolbenstange 4 ausgestaltet ist, gezeigt. Der Gießzylinder 2 ist Teil eines hydraulischen Antriebs einer Druckgießmaschine, insbesondere einer Kaltkammerdruckgießmaschine. Denkbar wäre auch die hydraulische Steuerschaltung 1 mit dem Gießzylinder 2 für ähnliche Gieß- oder Einspritzeinheiten, wie beispielsweise Tixomolding- oder andere Spritzgießmaschinen einzusetzen. Mit dem Gießzylinder 2 wird ein aufgeschmolzenes oder teigiges Formmaterial in eine Werkzeugkavität eingespritzt. Aufgrund des schnellen Erstarrungsprozesses wird dieser Einspritzvorgang beziehungsweise Schuss mit hoher Geschwindigkeit ausgeführt. Zum vollständigen Füllen der Werkzeugkavität und zum Verdichten sowie zum Ausgleich der Materialschrumpfung werden anschließend hohe Drücke aufgebracht.
Ein Formfüll- oder Gießvorgang kann in drei Phasen unterteilt werden. In einer ersten Phase wird das aufgeschmolzene Formmaterial in eine Gießbüchse eingebracht, in der ein vom Gießzylinder 2 angetriebener Gießkolben axial verschiebbar geführt ist. Während dieses Einfüllens des aufgeschmolzenen Formmaterials erfolgt eine Gießkolbenbewegung eines mit der Kolbenstange 4 verbundenen Kolbens 6 des Gießzylinders 2 vergleichsweise langsam.
In einer zweiten Phase, bei der es sich um den eigentlichen Formfüllvorgang handelt, wird die Werkzeugkavität mit hoher Fließgeschwindigkeit gefüllt. Hierfür wird der Kolben 6 des Gießzylinders 2 mit maximaler Geschwindigkeit ausgefahren.
In einer dritten Phase, der Nachdruckphase, wird die Werkzeugkavität dann vollständig gefüllt und ein Materialschwund kompensiert. Hierfür ist es erforderlich dass über den Gießzylinder 2 ein sehr hoher Druck aufgebracht wird.
Für die ersten beiden Phasen wird ein vom Kolben 6 begrenzter Zylinderraum 8 des Gießkolbens 2 mit einem Hochdruckspeicher 10 fluidisch verbunden. Zur Steuerung der Fluidmenge ist ein erfindungsgemäßes Rückschlagventil 12 vorgesehen. Der Zylinderraum 8 hat einen Arbeitsanschluss A, der über eine Arbeitsleitung 14 mit einem Ausgangsanschluss R_A des Rückschlagventils 12 verbunden ist. Ein Eingangsanschluss R_B des Rückschlagventils ist über eine Druckleitung 16 an einen Speicheranschluss S des Hochdruckspeichers 10 angeschlossen.
Bei dem Rückschlagventil 12 handelt es sich um ein Aktivlogikventil, das über ein Vorsteuerventil 18 kontrolliert hydraulisch auf- und zusteuerbar ist. Ein genauerer Aufbau und eine Funktionsweise des Rückschlagventils zusammen mit dem Vorsteuerventil 18 ist untenstehend in der 2 näher erläutert. Das Rückschlagventil 12 zusammen mit dem Vorsteuerventil 18 dient gemäß 1 als erstes Steuermittel für den Gießzylinder 2. Ein weiteres zweites Steuermittel ist fluidisch parallel zum ersten Steuermittel angeordnet und wird für die dritte Phase eingesetzt. Das zweite Steuermittel hat einen Druckübersetzer 20, der als Differenzialzylinder mit einseitiger Kolbenstange 22 ausgebildet ist. Ein mit der Kolbenstange 22 verbundener Kolben 24 des Druckübersetzers 20 trennt einen Zylinderraum 26 von einem Ringraum 28 des Druckübersetzers 20. Der Zylinderraum 26 ist über einen Arbeitsanschluss B an eine Arbeitsleitung 30 angeschlossen, die wiederum über ein Hochdruck-Regelventil 32 mit dem Hochdruckspeicher 10 verbunden ist. Das Regelventil 32 ist als 2/2-Proportionalventil ausgestaltet und hat einen Arbeitsanschluss R_A, an den die Arbeitsleitung 30 angeschlossen ist. Über einen Druckanschluss R_P ist das Regelventil 32 an eine Druckleitung 34 angeschlossen, die wiederum von der Druckleitung 16 abzweigt. Ein Ventilschieber des Regelventils 32 ist über eine Ventilfeder 36 in Richtung seiner Schließpositionen mit einer Federkraft beaufschlagt. Über einen elektrischen Aktuator 38 ist der Ventilschieber entgegen die Federkraft in Richtung seiner Öffnungspositionen verschiebbar.
Zur Druckentlastung des Ringraums 28 des Druckübersetzers 20 beim Verschieben des Kolbens 24 in Richtung des Zylinderraums 8 des Gießzylinders 2 ist eine Steuerventil 40 vorgesehen. Dieses ist über eine Ventilleitung 42 mit dem Ringraum 28 und über eine Tankleitung 44 mit einem Tank 46 verbunden. Das Steuerventil 40 ist als 2/2-Wegeventil ausgestaltet und hat einen Ventilschieber, der über eine Ventilfeder 48 mit einer Federkraft in Richtung seiner Schließstellung beaufschlagt ist und über einen elektrischen Aktuator 50 in seine Öffnungsstellung bringbar ist, in der der Ringraum 28 mit dem Tank 46 verbunden ist und somit Druckmittel aus dem Ringraum 28 entlassen werden kann.
Der Gießzylinder hat ebenfalls einen Ringraum 52, der von der Kolbenstange 4 durchsetzt ist und der mit dem Tank 46 über ein weiteres Steuerventil 54 verbunden werden kann. Das Steuerventil 54 ist entsprechend dem Steuerventil 40 aufgebaut und verbindet im geöffneten Zustand den Ringraum 52 des Gießzylinders 2 mit dem Tank 46.
Eine Achse des Druckübersetzers 20 ist waagrecht oder senkrecht zur Achse des Gießzylinders 2 angeordnet. Zur Druckübersetzung taucht die Kolbenstange 22 in den Zylinderraum 8 des Gießzylinders 2 ein.
Gemäß 2 hat das erfindungsgemäße Rückschlagventil 12 ein Schließglied in Form eines Stufenkolbens 56. Dieser hat eine Stirnfläche A₁, eine Ringfläche A₂ und eine rückseitige Rückfläche A₃. Die Rückseitige Rückfläche A₃ entspricht in ihrer Größe einer Summe aus den von dieser wegweisenden Flächen A₁ und A₂. Die Rückfläche A₃ begrenzt einen Federraum 58 des Rückschlagventils 12 in dem eine Ventilfeder 60 angeordnet ist. Über diese ist der Stufenkolben 56 mit einer Federkraft gegen seinen Ventilsitz 62 vorgespannt. Im Stufenkolben 12 ist eine Verbindungsbohrung 64 vorgesehen, die einen möglichst großen Querschnitt aufweist um den Federraum 58 mit dem Ausgangsanschluss R_A zu verbinden, so dass im Federraum 58 im Wesentlichen der gleiche Ausgangsandruck vorherrscht.
Die Ringfläche A₂ begrenzt einen Ringraum 66 der über einen Vorsteuerkanal 68 mit einem Arbeitsanschluss A des Vorsteuerventils 18 verbunden ist.
Zum Erfassen einer Hubbewegung des Stufenkolbens 12 ist ein Positionssensor 70 in Form eines Wegsensors am Ventilgehäuse 72 des Rückschlagventils 12 angeordnet, der eine Ist-Position des Stufenkolbens 56 erfasst. Diese wird über eine Signalleitung 74 vom Positionssensor 70 zu einem Regler 76 gemeldet. Die Ist-Position wird mit einem in der 2 als Pfeil dargestellten Soll-Wert 78 verglichen und das Vorsteuerventil 18 entsprechend angesteuert. Die Ansteuerung erfolgt mittels einer Signalleitung 80 zwischen dem Regler 76 und dem Vorsteuerventil 18.
Das Vorsteuerventil 18 ist ein proportional verstellbares 4/3-Wegeventil. Es hat einen Tankanschluss T, an den ein Tankkanal 82 angeschlossen ist, der mit dem Tank 46 verbunden ist. An einen Druckanschluss P des Vorsteuerventils 18 ist ein Druckkanal 84 angeschlossen, der mit der Druckleitung 16 aus 1 verbunden ist. Ein Ventilschieber des Vorsteuerventils 18 ist über eine Ventilfeder 86 mit einer Federkraft in Richtung seiner Schaltstellungen a₁ beaufschlagt, in der der Arbeitsanschluss A mit dem Tankanschluss T und der Druckanschluss P mit einem Arbeitsanschluss B verbunden ist. Der Arbeitsanschluss B ist mit einem abgesperrten Kanal 88 verbunden, weswegen der Druckanschluss P in den Schaltstellungen a₁ abgesperrt ist. Durch die Verbindung des Arbeitsanschlusses A mit dem Tankanschluss T ist der Ringraum 66 des Rückschlagventils 12 mit dem Tank 46 verbunden. Über einen elektrischen Aktuator 90 ist der Ventilschieber des Vorsteuerventils 18 aufgrund der Sollwertvorgabe vom Regler 76 in Schaltstellungen a₂, 0 oder b verschiebbar. Die Schaltstellungen a₂ sind Zwischenstellungen zwischen den Schaltstellungen a₁ und der Schließstellung 0. In den Schaltstellungen a₂ sind die Anschlüsse des Vorsteuerventils 18 entsprechend der Schaltstellung a₁ verbunden. In der Schaltstellung 0 sind alle Anschlüsse A, B, P und T miteinander gedrosselt verbunden. Die Schaltstellungen b verbinden den Druckanschluss P mit dem Arbeitsanschluss A und somit den Ringraum 66 des Rückschlagventils 12 mit dem Hochdruckspeicher 10 aus 1, und den Arbeitsanschluss B mit dem Tankanschluss T.
Das Rückschlagventil 12 hat somit zwei Funktionen zum Einen dient es als Rückschlagventil für das erste Steuermittel der hydraulischen Steuerschaltung 1 und somit als Rückschlagventil für den Niederdruckzweig, um ein Überströmen von Druckmittel in der dritten Phase vom Hochdruckzweig, also vom zweiten hydraulischen Steuermittel, in den Niederdruckzweig beziehungsweise vom Gießzylinder 2 in den Niederdruckzweig zu verhindern. Zum Anderen kann mit dem Rückschlagventil 12 in der ersten und zweiten Phase ein Fluidvolumenstrom zwischen dem Hochdruckspeicher 10 und dem Zylinderraum 8 des Gießzylinders 2 eingestellt werden. Das Rückschlagventil 12 weist somit praktisch „zwei Ventile in Einem“ auf, weswegen die hydraulische Steuerschaltung 1 vergleichsweise kostengünstig und vorrichtungstechnisch einfach aufgebaut ist.
Das Rückschlagventil 12 wird somit als aktives Rückschlagventil und als proportionales Stromregelventil eingesetzt, wodurch insbesondere zum Einen die Einspritzung über den Gießzylinder 2 gesteuert werden kann und zum Anderen ein schnelles Schließen in der dritten Phase erfolgen kann.
In der ersten Phase, in der eine vergleichsweise langsame Verschiebung des Kolbens 6 des Gießzylinders 2 erfolgt, wird hierfür das Rückschlagventil 12 etwas aufgesteuert. Hierzu wird der Ringraum 66 des Rückschlagventils 12 über das Vorsteuerventil 18, dessen Ventilschieber in den Schaltstellungen b gestellt ist, mit dem Hochdruckspeicher 10 verbunden und entgegen der Federkraft der Ventilfeder 60 vom Ventilsitz 62 angehoben. Weist das Rückschlagventil 12 beispielsweise eine Nenngröße von 80 auf, so kann ein Ventilhub beispielsweise etwa 0,7 mm betragen. Die Ist-Position des Stufenkolbens 56 wird dabei von dem Positionssensor 70 erfasst und vom Regler 76 mit dem Soll-Wert 78 verglichen. Ist der Soll-Wert erreicht, so wird der Ventilschieber des Vorsteuerventils 18 über den Aktuator 90 in die Schließstellungen 0 geschaltet. Übersteigt der Ventilhub den vorgegebenen Soll-Wert, so wird der Ventilschieber in die Schaltstellungen a₂ bewegt, wodurch der Ringraum 66 des Rückschlagventils 12 mit dem Tank 46 verbunden ist und Druckmittel entlassen wird, wodurch der Stufenkolben 56 in Richtung des Ventilsitzes 62 über die Ventilfeder 60 bewegt ist. Ist der Soll-Wert erreicht, so wird der Ventilschieber des Vorsteuerventils 18 in seine Schließstellungen 0 verfahren. Die Ist-Position kann somit durch das Vorsteuerventil 18 eingeregelt werden.
In der zweiten Phase, in der die Werkzeugkavität mit hoher Fließgeschwindigkeit gefüllt wird, wird der Stufenkolben 56 des Rückschlagventils 12 weiter vom Ventilsitz 62 angehoben. Hierbei wird wieder der Ist-Wert des Ventilhubs des Stufenkolbens 56 mit dem Soll-Wert in dieser zweiten Phase verglichen und die Ist-Position entsprechend über das Vorsteuerventil 18 geregelt. Der Ventilhub kann hier beispielsweise etwa 13,5 bis 30 mm betragen. Durch das stark aufgesteuerte Rückschlagventil 12 kann somit eine große Fluidmenge vom Hochdruckspeicher 10 zum Zylinderraum 8 des Gießzylinders 2 strömen.
In der dritten Phase, der Nachdruckphase, bringt der Gießzylinder 2 einen hohen Druck auf. Hierfür wird das Rückschlagventil 12 in kürzester Zeit zugesteuert, indem sein Ringraum 66 über das Vorsteuerventil 18 zum Tank 46 entlastet wird und der Stufenkolben 12 über die Federkraft der Ventilfeder 60 und der an der Flächendifferenz zwischen der Rückfläche A₃ und der Stirnfläche A₁ wirkenden Druckkraft in Richtung des Ventilsitzes 2 verschoben wird. Der Druckübersetzer 20 wird dabei wegabhängig zugeschaltet. Die Zuschaltung erfolgt derart, dass kurz bevor der Kolben 6 des Gießzylinders 2 steht, das Regelventil 32 geöffnet wird, um den Druckübersetzer 20 mit dem Hochdruckspeicher 10 zu verbinden. Würde man den Druckübersetzer 20 erst zu dem Zeitpunkt zuschalten, wenn der Kolben 6 des Gießzylinders 2 steht, so würde ein Druckaufbau durch eine Stellzeit des Regelventils 32 und einer Beschleunigungszeit des Kolbens 24 des Druckübersetzers 20 zu lange dauern. Das Gleiche gilt für das Rückschlagventil 12, das so schnell wie möglich schließen muss und ebenfalls kurz vor dem Stehenbleiben des Kolbens 6 des Gießzylinders 2 durch das Vorsteuerventil 18 angesteuert wird, dessen Ventilschieber über die Schaltstellungen a₂ in die Schaltstellungen a₁ verschoben wird. Die Verschiebung des Ventilschiebers erfolgt einerseits durch die Federkraft der Ventilfeder 86 und andererseits durch Betätigung des Aktuators 90, der beispielsweise mit -10 Volt angesteuert wird. Ist nun das Regelventil 32 geöffnet, so strömt Druckmittel vom Hochdruckspeicher 10 in den Zylinderraum 26 des Druckübersetzers 20, woraufhin der Kolben 24 in Richtung des Zylinderraums 8 des Gießzylinders 2 verschoben wird und die Kolbenstange 22 in den Zylinderraum 8 eintaucht. Durch das Eintauchen der Kolbenstange 22 in den Zylinderraum 8 wird dessen Volumen verkleinert, wodurch ein auf den Kolben 6 des Gießzylinders 2 wirkender Druck steigt.
Nach Beenden der Phasen werden der Kolben 6 des Gießzylinders 2 und der Kolben 24 des Druckübersetzers 20 in Richtung des sich verkleinernden Zylinderraums 8 beziehungsweise 26 verschoben. Hierzu kann beispielsweise eine Hydropumpe vorgesehen sein, die Druckmittel in den Ringraum 52 beziehungsweise 28 fördert. Das aus dem Zylinderraum 8 und 26 verdrängte Druckmittel strömt dann über das geöffnete Rückschlagventil 12 und das Regelventil 32 zum Hochdruckspeicher 10.
Wird in der dritten Phase der Stufenkolben 56 des Rückschlagventils 12 vergleichsweise spät in Richtung seines Ventilsitzes 62 verschoben, beispielsweise weil Abstimmungszeiten zwischen dem Regelventil 32 und dem Vorsteuerventil 18 falsch eingestellt sind, so kann Druckmittel vom Zylinderraum 8 des Gießzylinders 2 über das Rückschlagventil 12 strömen. Des Weiteren würde der Druck in der Arbeitsleitung 14 ansteigen. Um in dieser Situation ein sicheres Schließen des Rückschlagventils 12 zu ermöglichen, ist ein weiteres Rückschlagventil 92 vorgesehen. Dieses ist gemäß 1 und 2 zwischen dem Vorsteuerkanal 68 und der Druckleitung 16 angeordnet und öffnet in einer Strömungsrichtung vom Ringraum 66 zur Druckleitung 16 entgegen einer Federkraft einer Ventilfeder 94. Übersteigt ein Druck im Ringraum 66 eine Summe aus dem Druck in der Druckleitung 16 und einem Druckäquivalent der Federkraft der Ventilfeder 94, so öffnet das Rückschlagventil 92 und entlässt Druckmittel aus dem Ringraum 66 zum Hochdruckspeicher 10. Der Stufenkolben 56 kann somit äußerst schnell über die Federkraft der Ventilfeder 60 und dem Druck im Federraum 58 auf seinen Ventilsitz 62 verschoben werden. Der Druck im Federraum 58 entspricht hierbei im Wesentlichen dem Druck im Zylinderraum 8 des Gießzylinders 2, mit dem der Federraum 58 über die Verbindungsbohrung 64 und die Arbeitsleitung 14 verbunden ist.
In der Regel, bei richtig geschaltetem Vorsteuerventil 18, ist das Rückschlagventil 92 geschlossen, bevor bei einer Einspritzung Druckmittel vom Gießzylinder 2 zum Hochdruckspeicher 10 über das Rückschlagventil 12 strömen kann.
Des Weiteren dient das zusätzliche Rückschlagventil 92 als Sicherheitsventil. Ist beispielsweise der Ventilschieber des Vorsteuerventils 18 in seinen Schließstellungen 0 oder Schaltstellungen b klemmt und/oder ist das Rückschlagventil 12 etwas geöffnet und/oder der Gießzylinder 2 fährt an einen Anschlag und/oder der Druckübersetzer 20 wird bei einer Fehlfunktion zugeschaltet, so könnte sich ohne das Rückschlagventil 92 eine Druckspitze von 500 bar im ersten Steuermittel einstellen. Das Rückschlagventil 92 hat somit mehrere Funktionen. Bei einer Verkettung von einer Mehrzahl von Fehlern schützt es das Vorsteuerventil 18 und den Vorsteuerkanal 68 vor Beschädigungen. Des Weiteren dient es dazu, dass, falls das Vorsteuerventil 18 ungenau und unpassend geschaltet wird, das Rückschlagventil 12 dennoch geschlossen wird, beispielsweise in der dritten Phase.
Das Vorsteuerventil 18 kann beispielsweise auf einem Deckel des Rückschlagventils 12 oder zusammen mit dem Rückschlagventil 12 in einem Steuerblock angeordnet sein.
Es ist denkbar, die hydraulische Steuerschaltung 1 ohne das Rückschlagventil 92 auszubilden. Ist ein Rückschlagventil 92 vorhanden, so kann es ebenfalls in einem Deckel des Gehäuses des Rückschlagventils 12 oder im Steuerblock angeordnet sein.
Denkbar wäre auch, das Vorsteuerventil 18 beispielsweise als 3/2-Wegeventil auszugestalten. In ersten Schaltstellungen kann dann der Ringraum 66 des Rückschlagventils 12 mit dem Hochdruckspeicher 10 und in zweiten Schaltstellungen mit dem Tank 46 verbunden sein.
Gemäß 3 hat das Rückschlagventil 12 ein Ventilgehäuse 96 mit einer ersten Zylinderbohrung 98. In dieser ist ein Abschnitt des Stufenkolbens 56 axial verschiebbar geführt. Der andere Abschnitt des Kolbens 56 ragt in eine zur ersten Zylinderbohrung 2 koaxiale zweite Zylinderbohrung 100 einer Buchse 102, die fest mit dem Ventilgehäuse 96 verbunden ist. Das der Buchse 102 abgewandte Ende der ersten Zylinderbohrung 98 ist von einem fest mit dem Ventilgehäuse 96 verbundenen Deckel 104 verschlossen, an dem sich die Ventilfeder 60 abstützt und den Stufenkolben 56 mit der Federkraft beaufschlagt. Ein Durchmesser der Buchse 102 ist im vom Ventilgehäuse 96 abgewandten Endabschnitt verkleinert, wodurch eine Stufe als Ventilsitz 62 des Rückschlagventils 12 gebildet ist. Stirnseitig der Buchse 102 ist der Ausgangsanschluss R_A des Rückschlagsventils vorgesehen. Durch eine in die Buchse 102 eingebrachte Querbohrung 106 ist der Eingangsanschluss R_B gebildet. Gemäß 3 liegt der Stufenkolben 56 an dem Ventilsitz 62 an, wodurch der Eingangsanschluss R_B vom Ausgangsanschluss R_A getrennt ist. Im abgehobenen Zustand des Stufenkolbens 56 sind die Anschlüsse R_A und R_B miteinander in Druckmittelverbindung.
Eine Fläche des Ventilsitzes 62 ist kegelstumpfförmig ausgestaltet. Der in der Zylinderbohrung 98 des Ventilgehäuses 96 geführte Abschnitt des Stufenkolbens 56 hat einen größeren Durchmesser als der in der Buchse 102 geführte Abschnitt, wodurch am Stufenkolben 56 die Ringfläche A₂ gebildet ist. Diese begrenzt zusammen mit der Zylinderbohrung 98 des Ventilgehäuses 96 und einer Stirnfläche der Buchse 102 den Ringraum 66. Die Ringfläche A₂ ist kegelstumpfförmig ausgestaltet.
Benachbart zur Ringfläche A₂ ist etwa senkrecht zur Längsachse des Stufenkolbens 56 der Positionssensor 70 im Ventilgehäuse 96 angeordnet. Mit diesem kann der Abstand zum Stufenkolben 56 in seinem Detektionsbereich erfasst werden. Der Detektionsbereich liegt hierbei im Bereich der Ringfläche A₂. Deren axiale Länge ist dabei so gewählt, dass sie über den gesamten Ventilhub des Stufenkolbens 56 im Detektionsbereich des Positionssensors 70 liegt. Durch die kegelstumpfförmige Ausgestaltung der Ringfläche A₂ ändert sich bei einer Hubbewegung des Stufenkolbens 56 der Abstand zwischen dem Stufenkolben 56 und dem Positionssensor 70 kontinuierlich, woraus dieser beziehungsweise der Regler 76 aus 2 die Ist-Position bestimmt. Wird der Stufenkolben 56 beispielsweise weg vom Ventilsitz 62 verschoben, so vergrößert sich der Abstand, während er sich in entgegen gesetzter Richtung verkleinert. Das Vorsteuerventil 18 aus 2 ist gemäß 3 mit dem Deckel 104 verbunden.
Offenbart ist, insbesondere erfindungsgemäß, eine hydraulische Steuerschaltung für einen Verbraucher, insbesondere für einen Gießzylinder. Diese hat ein Aktivlogikventil, das zum einen als Rückschlagventil zur Sicherung gegen Überströmen von Druckmittel in einen Niederdruckzweig und zum anderen als proportionales Stromregelventil dient. Zum Einsetzen des Aktivlogikventils als Stromregelventil ist ein Vorsteuerventil vorgesehen, mit dem das Aktivlogikventil gesteuert ist.
Bezugszeichenliste

1: hydraulische Steuerschaltung
2: Gießzylinder
4: Kolbenstange
6: Kolben
8: Zylinderraum
10: Hochdruckspeicher
12: Rückschlagventil
14: Arbeitsleitung
16: Druckleitung
18: Vorsteuerventil
20: Druckübersetzer
22: Kolbenstange
24: Kolben
26: Zylinderraum
28: Ringraum
30: Arbeitsleitung
32: Regelventil
34: Druckleitung
36: Ventilfeder
38: Aktuator
40: Steuerventil
42: Ventilleitung
44: Tankleitung
46: Tank
48: Ventilfeder
50: Aktuator
52: Ringraum
54: Steuerventil
56: Stufenkolben
58: Federraum
60: Ventilfeder
62: Ventilsitz
64: Verbindungsbohrung
66: Ringraum
68: Vorsteuerkanal
70: Positionssensor
72: Ventilgehäuse
74: Signalleitung
76: Regler
78: Soll-Wert
80: Signalleitung
82: Tankkanal
84: Druckkanal
86: Ventilfeder
88: Kanal
90: Aktuator
92: Rückschlagventil
94: Ventilfeder
96: Ventilgehäuse
98: Zylinderbohrung
100: Zylinderbohrung
102: Buchse
104: Deckel
106: Querbohrung
A1: Stirnfläche
A2: Ringfläche
A3: Rückfläche
A: Arbeitsanschluss
B: Arbeitsanschluss
T: Tankanschluss
P: Druckanschluss
a1: Schaltstellung
a2: Schaltstellung
b: Schaltstellung
0: Schließstellung

Claims

Hydraulische Steuerschaltung für eine hydraulisch betätigte Gießeinheit (2), wobei dieser über zumindest zwei parallele hydraulische Steuermittel (12, 18; 20, 32) der Steuerschaltung (1) betätigbar ist, wobei das erste Steuermittel (12, 18) ein Rückschlagventil (12) hat, welches so konfiguriert ist, dass es einen Zustrom von Fluid von dem zweiten Steuermittel (20, 32) und/oder von der hydraulisch betätigten Gießeinheit (2) zum ersten Steuermittel (12, 18) im Wesentlichen verhindert, dadurch gekennzeichnet, dass ein Schließglied (56) des Rückschlagventils (12) durch ein Betätigungsmittel (18) in seiner Lage kontrolliert hydraulisch verstellbar ist.
Hydraulische Steuerschaltung nach Anspruch 1, wobei das erste Steuermittel (12, 18) einen Positionssensor (70) aufweist, welcher eine Ist-Position des Schließglieds (56) und/oder des Betätigungsmittels (18) des Rückschlagventils (12) erfasst, und dass ein Regler (76) vorhanden ist, der eine Position des Schließglieds (56) mittels Ansteuerung des Betätigungsmittels (18) gemäß einer Soll-Wert-Vorgabe regelt.
Hydraulische Steuerschaltung nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Rückschlagventil (12) ein Aktivlogikventil ist.
Hydraulische Steuerschaltung nach Anspruch 2 oder 3, wobei der Positionssensor (70) als proportionaler Wegsensor ausgebildet ist.
Hydraulische Steuerschaltung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, wobei der Positionssensor (70) seitlich des Rückschlagventils (12) angeordnet ist.
Hydraulische Steuerschaltung nach einem der Ansprüche 2 bis 5, wobei der Positionssensor, insbesondere ein Differnzilatransformator in einem Druckrohr oder ein magnetostriktive Wegmeßsystem in einem Kolben und/oder in einem Deckel des insbesondere proportionalen Rückschlagventils montiert sind.
Hydraulische Steuerschaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei mit dem Schließglied (56) eine Verbindung zwischen einem mit einer Druckmittelquelle (10) verbindbaren Eingangsanschluss (R_B) und einem mit einem Arbeitsanschluss (A) der hydraulisch betätigten Gießeinheit (2) verbindbaren Ausgangsanschluss (R_A) durch Aufsetzen und Abheben von einem Ventilsitz (62) zu- und aufsteuerbar ist.
Hydraulische Steuerschaltung nach Anspruch 7, wobei das Schließglied (56) des Rückschlagventils (12) als Stufenkolben (56) mit einer kleineren Stirnfläche (A₁), einer rückseitigen einen Federraum (58) begrenzenden Rückfläche (A₃) und einer Ringfläche (A₂) ausgebildet ist, wobei eine Summe der Stirn- und Ringflächen (A₁, A₂) der Rückfläche (A₃) entspricht, und wobei die Stirnfläche (A₁) und die Rückfläche (A₃) mit dem Druck am Ausgangsanschluss (R_A) und die Ringfläche (A₂) mit dem Druck der mit dem Eingangsanschluss (R_B) verbundenen Druckmittelquelle (10) oder einer anderen Druckmittelquelle oder einer Druckmittelsenke beaufschlagbar ist.
Hydraulische Steuerschaltung nach Anspruch 8, wobei ein Detektionsbereich des Positionssensors (70) im Bereich der Ringfläche (A₂) des Schließglieds (56) vorgesehen ist.
Hydraulische Steuerschaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Betätigungsmittel (18) ein Vorsteuerventil (18) ist.
Hydraulische Steuerschaltung nach Anspruch 10, wobei ein Ventilschieber des Vorsteuerventils (18) zumindest zwei Schaltstellungen hat, wobei in einer ersten Schaltstellung (b) ein von der Ringfläche A₂ des Schließglieds (56) begrenzter Steuerraum (66) des Rückschlagventils (12) mit der mit dem Eingangsanschluss (R_B) verbundenen Druckmittelquelle (10) oder einer anderen Druckmittelquelle und in einer zweiten Schaltstellung (a₁, a₂) der Steuerraum (66) mit der Druckmittelsenke (46) verbunden ist.
Hydraulische Steuerschaltung nach Anspruch 11, wobei der Ventilschieber über eine Ventilfeder (86) mit einer Federkraft in Richtung der zweiten Schaltstellungen (a₁, a₂) beaufschlagt ist und über einen elektrischen Aktuator zumindest entgegen der Federkraft betätigbar ist.
Hydraulische Steuerschaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Betätigungsmittel (18) zusammen mit dem Rückschlagventil (12) in einem Ventil- oder Steuerblock angeordnet ist.
Hydraulische Steuerschaltung nach einem der Ansprüche 8 bis 13, wobei der von der Ringfläche (A₂) des Schließglieds (56) begrenzte Steuerraum (66) des Rückschlagventils (12) zusätzlich über ein in einer Fluidströmungsrichtung weg vom Steuerraum (66) sich öffnendes Rückschlagventil (92) mit der Druckmittelquelle (10) verbindbar ist.