DE102020215665A1

DE102020215665A1 - Druckgießmaschine mit Absperrventil im Schmelzeeinlasskanal und Betriebsverfahren

Info

Publication number: DE102020215665A1
Application number: DE102020215665.4A
Authority: DE
Inventors: Daniel Gerner; Andreas Sydlo
Original assignee: Oskar Frech GmbH and Co KG
Current assignee: Oskar Frech GmbH and Co KG
Priority date: 2020-12-10
Filing date: 2020-12-10
Publication date: 2022-06-15
Also published as: EP4259359A1; MX2023006896A; WO2022122496A1; KR20230104935A; US20230398602A1; CN116685423A; TW202224809A; JP2023552614A; CA3202550A1

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein Druckgießmaschine mit einer Gießform (1), einer Gießkammer (2), einem axialbeweglich in der Gießkammer angeordneten Gießkolben (3), einem in die Gießkammer führenden Schmelzeeinlasskanal (4), einem Absperrventil (5) im Schmelzeeinlasskanal, einem von der Gießkammer zur Gießform führenden Schmelzeauslasskanal (6) und einer Steuereinheit (7) zur Steuerung des Gießkolbens, wobei die Druckgießmaschine dafür eingerichtet ist, zur Durchführung eines jeweiligen Gießvorgangs für eine Formfüllphase das Absperrventil in eine Schließstellung (VS) zu bringen, den Gießkolben (3) in der Gießkammer (2) zum Vorbewegen aus einer Gießstartposition in eine Füllendposition zu steuern, um Schmelzematerial (14) über den Schmelzeauslasskanal in die Gießform zu drücken, und für eine anschließende Nachfüllphase das Absperrventil in eine Offenstellung zu bringen und den Gießkolben zum Rückbewegen in die Gießstartposition zu steuern, um der Gießkammer Schmelzematerial über den Schmelzeeinlasskanal zuzuführen, sowie auf ein zugehöriges Betriebsverfahren.Die erfindungsgemäße Druckgießmaschine weist im Schmelzeauslasskanal (6) eine Verschlussdüse (19) auf und ist weiter dafür eingerichtet, in der Nachfüllphase die Verschlussdüse geschlossen zu halten und in der Formfüllphase den Gießkolben (3) bei geschlossen bleibendem Absperrventil (5) zunächst aus der Gießstartposition in eine Zusatzhubposition zurückzubewegen und anschließend aus der Zusatzhubposition über die Gießstartposition in die Füllendposition vorzubewegen und dabei die Verschlussdüse während der Rückbewegung des Gießkolbens in die Zusatzhubposition geschlossen zu halten und erst zu öffnen, wenn sich der Gießkolben wieder vorbewegt.Verwendung z.B. in der Warmkammer-Druckgießmaschinentechnik.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Betrieb einer Druckgießmaschine, die eine Gießform, eine Gießkammer, einen axialbeweglich in der Gießkammer angeordneten Gießkolben, einen in die Gießkammer führenden Schmelzeeinlasskanal mit einem Absperrventil und einen von der Gießkammer zur Gießform führenden Schmelzeauslasskanal aufweist, wobei zur Durchführung eines jeweiligen Gießvorgangs in einer Formfüllphase der Gießkolben in der Gießkammer bei geschlossenem Absperrventil aus einer Gießstartposition in eine Füllendposition vorbewegt und Schmelzematerial über den Schmelzeauslasskanal in die Gießform gedrückt wird und in einer anschließenden Nachfüllphase der Gießkolben in die Gießstartposition zurückbewegt und dadurch der Gießkammer bei geöffnetem Absperrventil Schmelzematerial über den Schmelzeeinlasskanal zugeführt wird, und auf eine zur Durchführung dieses Betriebsverfahrens geeignete Druckgießmaschine.
Derartige, gattungsgemäße und ähnliche Druckgießmaschinen und zugehörige Betriebsverfahren werden allgemein dafür benutzt, im jeweiligen Gießvorgang bzw. Gießzyklus ein bestimmtes Bauteil, auch Gussteil genannt, zu gießen. Die vorliegende Druckgießmaschine, im Folgenden auch kurz als Maschine bezeichnet, und das vorliegende Betriebsverfahren eignen sich insbesondere für metallisches Druckgießen, z.B. zum Gießen flüssiger oder teilflüssiger Metallschmelzen, wie Zink, Blei, Aluminium, Magnesium, Titan, Stahl, Kupfer und Legierungen dieser Metalle. Bei der Druckgießmaschine kann es sich insbesondere um eine Warmkammer-Druckgießmaschine handeln. In dieser Ausführung ist die Gießkammer in einem Gießbehälter ausgebildet, der in ein Schmelzebad eingetaucht ist, das von einem Schmelzebehälter bereitgehalten wird.
In der Formfüllphase des Gießvorgangs wird in der Gießkammer befindliches Schmelzematerial durch die Vorbewegung des Gießkolbens unter Druck über den Schmelzeauslasskanal aus der Gießkammer heraus in eine von der Gießform gebildete Formkavität gedrückt, um ein entsprechendes Gussteil zu bilden. Die Gießform beinhaltet hierbei üblicherweise eine feste und eine bewegliche Formhälfte, die zwischen sich die Formkavität bilden, die auch Formhohlraum oder synonym zur diesen bildenden Gießform kurz Form genannt wird. In typischen Realisierungen umfasst der Schmelzeauslasskanal eintrittsseitig einen Steigrohrbereich eines die Gießkammer enthaltenden Gießbehälters und austrittsseitig einen an den Gießbehälter angesetzten Mundstückkörper und einen sich in der festen Formhälfte bis zur Formkavität erstreckenden, formseitigen Auslasskanalabschnitt, d.h. das Schmelzematerial gelangt nach Verlassen der Gießkammer über den Steigrohrbereich und den Mundstückkörper zu einem Schmelzeeinlass bzw. einem Anschnittbereich direkt vor der Formkavität, wobei der formseitige Auslasskanalabschnitt z.B. einen sogenannten Angusskegel als Schnittstelle zur Ankopplung an den Mundstückkörper aufweist oder sich z.B. bei Heißkanalsystemen verzweigt und mit mehreren parallelen Zweigen jeweils über einen düsenförmigen Endbereich in einen Anschnittbereich bzw. in die Formkavität mündet.
In der Nachfüllphase wird der Gießkolben von seiner Füllendposition wieder in seine Ausgangsposition, d.h. Gießstartposition, zurückbewegt, und durch die Rückbewegung des Gießkolbens wird Schmelzematerial über den Schmelzeeinlasskanal in die Gießkammer nachgefüllt. Die Nachfüllphase kann daher auch als Kolbenrückkehrphase bezeichnet werden.
Bei einem entsprechenden Maschinentyp, wie er insbesondere für die vorliegende Druckgießmaschine geeignet ist, führt der Schmelzeauslasskanal getrennt vom Schmelzeeinlasskanal aus der Gießkammer ab, d.h. Schmelzeeinlasskanal und Schmelzeauslasskanal bilden zwei getrennte Führungskanäle für das Schmelzematerial mit einem Gießkammereinlass, an dem der Schmelzeeinlasskanal in die Gießkammer einmündet, und einem von diesem separaten Gießkammerauslass, an dem der Schmelzeauslasskanal aus der Gießkammer ausmündet. Diese Konfiguration erleichtert eine unabhängige Steuerung der Schmelzeflüsse im Schmelzeeinlasskanal und im Schmelzeauslasskanal, wobei sich speziell der Schmelzefluss im Schmelzeeinlasskanal durch das dort befindliche Absperrventil steuern lässt.
Als Absperrventil ist je nach Systemausführung ein rein durch Schmelzedruck betätigtes Rückschlagventil oder ein aktiv ansteuerbares Absperrventil verwendbar. Letzteres wird vorliegend als Absperrsteuerventil bezeichnet und von der Steuereinheit gesteuert. Das Absperrsteuerventil wird bei diesen gattungsgemäßen Druckgießmaschinen und zugehörigen Betriebsverfahren üblicherweise während der gesamten Formfüllphase geschlossen gehalten und während der gesamten Nachfüllphase offen gehalten. Im Vergleich zu einem bloßen Rückschlagventil bietet es als ein aktiv steuerbares bzw. ansteuerbares Absperrventil die Möglichkeit, den Schmelzedurchfluss im Schmelzeeinlasskanal bei Bedarf auch unabhängig von den Schmelzedruckverhältnissen in der Gießkammer bzw. im Schmelzeeinlasskanal zu beeinflussen bzw. zu regulieren.
Die Steuereinheit umfasst je nach Systemausführung eine einzige Steuerungsvorrichtung, in der alle Steuerungsfunktionalitäten der Druckgießmaschine integriert sind, oder mehrere einzelne Steuerungsvorrichtungen, die jeweils spezifische Maschinenkomponenten steuern bzw. regeln und vorzugsweise miteinander in Kommunikationsverbindung stehen. Dabei kann die Steuereinheit wie üblich mindestens teilweise in Hardware und/oder mindestens teilweise softwaremäßig ausgeführt sein. Die Steuereinheit steuert vorliegend insbesondere den Gießkolben, genauer gesagt dessen Bewegung, und optional eine oder mehrere weitere Maschinenkomponenten wie insbesondere das Absperrsteuerventil, wenn das Absperrventil durch ein solches realisiert ist.
Die Patentschrift EP 0 576 406 B1 offenbart eine gattungsgemäße Druckgießmaschine mit einem Gießkolben vom Verdrängertyp, wie er als Alternative zu einem Gießkolben vom Schiebertyp bekannt ist, und mit einem direkt an einer Einmündung des Schmelzeeinlasskanals in die Gießkammer angeordneten Absperrsteuerventil. Beim Schiebertyp entspricht das Kolbenaußenmaß des Gießkolbens dem Innenmaß der Gießkammer, wobei der Kolben gegenüber der Gießkammerwand abgedichtet ist. Folglich schiebt in diesem Fall der Gießkolben bei seiner Vorbewegung das Schmelzematerial in der Gießkammer vollständig vor und übt dabei den nötigen Druck auf das Schmelzematerial aus, um es in die Formkavität zu drücken. Beim Verdrängertyp ist das Außenmaß des Gießkolbens geeignet geringer als das Innenmaß der Gießkammer, so dass der Gießkolben bei seiner Vorbewegung in das Schmelzematerial der Gießkammer eintaucht. Die Druckwirkung auf das Schmelzematerial wird in diesem Fall durch den Verdrängungseffekt des in das Schmelzematerial eintauchenden Gießkolbenvolumens bewirkt.
Die Offenlegungsschrift DE 32 48 423 A1 offenbart eine Druckgießmaschine und ein zugehöriges Betriebsverfahren der eingangs genannten, gattungsgemäßen Art, bei denen ein Gießkolben mit Vorkolben vom Verdrängertyp und ein der Gießkammer zusätzlich zuführbares Druckgas verwendet werden und sich das Absperrsteuerventil in einem die Gießkammer enthaltenden Gießbehälter mit jeweiligem strömungstechnischem Abstand stromaufwärts der Gießkammer und stromabwärts von einem Einlass in den Gießbehälter im Schmelzeeinlasskanal befindet. Während der Formfüllphase wird das Absperrsteuerventil geschlossen gehalten. Während der Nachfüllphase wird das Absperrsteuerventil geöffnet und eine gewisse Menge an Druckgas in die Gießkammer geleitet, um vor dem Öffnen des Absperrsteuerventils die Bildung eines Vakuums in der Gießkammer und ein Aufspritzen von dadurch hereingerissener Schmelze auf den Gießkolbenteil hinter dem Vorkolben zu vermeiden und den Gasdruck in der Gießkammer um ein gewisses Maß über Atmosphärendruck hinaus vorzuspannen. Nach Zufuhr einer erforderlichen Schmelzemenge während der Nachfüllphase wird das Absperrsteuerventil wieder geschlossen.
Weiter sind Druckgießmaschinen von einem zum gattungsgemäßen Typ alternativen Maschinentyp ohne Absperrventil im Schmelzeeinlasskanal bekannt, wobei der Schmelzeeinlasskanal dann typischerweise in einem von einem Gießkolben vom Schiebertyp überfahrbaren Bereich in die Gießkammer einmündet, so dass der Gießkolben, der sich in der Gießkammer vor und zurück bewegt, gleichzeitig als Absperrorgan für den Schmelzeeinlasskanal in die Gießkammer fungiert. Der Bewegungsweg des Gießkolbens von einer hinteren Endposition bis zum Erreichen der Einmündung des Schmelzeeinlasskanals in die Gießkammer dient bei diesen Maschinen als Beschleunigungsweg, auf dem der Gießkolben beschleunigt werden kann, bevor er dann Schmelze aus der Gießkammer über den Schmelzeauslasskanal in die Form drückt.
Um bei diesem Maschinentyp eine aus wirtschaftlichen Gründen angestrebte, kurze Zykluszeit, d.h. Dauer eines jeweiligen Gießvorgangs, und aus Gründen der Gussteilqualität einen möglichst niedrigen Luftanteil im Gussteil, d.h. eine minimale Luftporosität des Gussteils, zu erzielen, wird in der Patentschrift EP 1 284 168 B1 vorgeschlagen, zu Beginn der Formfüllphase bzw. vor der eigentlichen Formfüllphase in einer Vorfüllphase den Gießkolben bereits bei noch offener Form so weit vorzubewegen, dass das Schmelzematerial den Steigkanalbereich und den Mundstückkörperbereich füllt, bevor dann die Form geschlossen und der Gießkolben zur Durchführung der eigentlichen Formfüllphase weiter vorbewegt wird.
Für diesen Maschinentyp sind zudem Maschinenausführungen bekannt, die über eine Verschlussdüse im Schmelzeauslasskanal verfügen, z.B. im vorderen Auslassbereich des Mundstückkörpers oder bei Heißkanalsystemen im formseitigen Auslasskanalabschnitt des Schmelzeauslasskanals direkt vor der Formkavität bzw. dem in die Formkavität mündenden Anschnittbereich. Wenn sich der Schmelzeauslasskanal im formseitigen Auslasskanalabschnitt verzweigt, wie bei Heißkanalsystemen üblich, verfügt vorzugsweise jeder Kanalzweig über eine eigene Verschlussdüse. Unter Verschlussdüse ist dabei ein düsenförmiger Mündungsbereich des Schmelzeauslasskanals zu verstehen, der insbesondere während der Nachfüllphase eines Gießvorgangs bzw. vor dem Öffnen der Gießform und dem Entnehmen oder Ausstoßen des gegossenen Gussteils geschlossen werden kann, so dass der Schmelzeauslasskanal in diesen Zeiträumen verschlossen ist. Damit soll ein unabsichtliches Ausströmen von Schmelzematerial aus dem Schmelzeauslasskanal heraus und/oder ein unabsichtliches Zurückströmen von Schmelzematerial im Schmelzeauslasskanal in Richtung Gießkammer unterbunden werden. Dazu kann dieser düsenförmige Mündungsbereich, d.h. die Verschlussdüse, dafür eingerichtet sein, in einer Abkühlphase des Gießvorgangs vor dem Öffnen der Gießform einen Schmelzepfropfen aus erstarrtem oder teilerstarrtem Schmelzematerial zu bilden, der den Schmelzeauslasskanal verschließt. Diese Technik wird beispielsweise beim sogenannten Pfropfengießen benutzt. Zusätzlich oder alternativ kann dieser düsenförmige Mündungsbereich, d.h. die Verschlussdüse, einen betätigbaren, beweglichen Düsenkanalschließkörper als mechanisches Verschlusselement beinhalten, durch das der Schmelzeauslasskanal verschlossen werden kann. Die Offenlegungsschriften WO 2013/071926 A2 und WO 2017/148457 A1 offenbaren derartige Druckgießmaschinen, deren Verschlussdüse zur Schmelzepfropfenbildung ausgelegt ist und optional zusätzlich einen von einem Rückschlagventil bereitgestellten Düsenkanalschließkörper aufweisen kann.
Ein weiterer allgemein bei Druckgießmaschinen der vorliegenden Art zu berücksichtigender Gesichtspunkt ist die Minimierung von Verschleißeffekten der einander gegenüberliegenden Wandungen von Gießkolben und Gießkammer durch die Hubbewegung des Gießkolbens in der Gießkammer, insbesondere wenn dieser vom Schiebertyp ist.
Der Erfindung liegt als technisches Problem die Bereitstellung einer Druckgießmaschine und eines zugehörigen Betriebsverfahrens der eingangs genannten Art zugrunde, die gegenüber dem oben erläuterten Stand der Technik Vorteile insbesondere im Hinblick auf die Erzielung relativ kurzer Gießzykluszeiten und/oder einer relativ geringen Luftporosität im Gussteil und/oder im Hinblick auf eine relativ geringe Verschleißneigung von Gießkolben und Gießkammer bieten.
Die Erfindung löst dieses Problem durch die Bereitstellung eines Druckgießmaschinen-Betriebsverfahrens mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und einer Druckgießmaschine mit den Merkmalen des Anspruchs 6. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung, die zur Lösung dieses und weiterer Probleme beitragen, sind in den Unteransprüchen angegeben, deren Inhalt einschließlich sämtlicher sich durch die Anspruchsrückbezüge ergebender Merkmalskombinationen hiermit vollumfänglich durch Verweis zum Inhalt der Beschreibung gemacht wird.
Beim erfindungsgemäßen Betriebsverfahren wird eine Verschlussdüse im Schmelzeauslasskanal verwendet, die in der Nachfüllphase geschlossen gehalten wird. In der Formfüllphase wird der Gießkolben bei geschlossen bleibendem Absperrventil zunächst aus der Gießstartposition in eine Zusatzhubposition zurückbewegt und anschließend aus der Zusatzhubposition über die Gießstartposition in die Füllendposition vorbewegt, wobei die Verschlussdüse während der Rückbewegung des Gießkolbens in die Zusatzhubposition geschlossen gehalten wird und erst geöffnet wird, wenn sich der Gießkolben wieder vorbewegt. Dabei kann mit dem Öffnen der Verschlussdüse je nach Bedarf zu einem Zeitpunkt begonnen werden, zu dem der Gießkolben bei seiner Vorbewegung wieder seine Gießstartposition erreicht hat oder bevor er diese erreicht hat oder erst nachdem er diese schon überfahren hat. Die Gießstartposition ist dabei diejenige Position, in die sich der Gießkolben während der Nachfüllphase eines vorausgegangenen Gießvorgangs zurückbewegt hat und die eine Ausgangsstellung bzw. Grundstellung des Gießkolbens für den Start des nächsten Gießvorgangs darstellt. Da das Absperrventil am Ende der Nachfüllphase von seiner geöffneten Ventilstellung in seine geschlossene Ventilstellung umgestellt wird, kann diese Gießstartposition auch als eine Ventilumstellposition des Gießkolbens bezeichnet werden, d.h. es handelt sich um diejenige Position, in der sich der Gießkolben befindet, wenn das Absperrventil in seine geschlossene Ventilstellung umgestellt wird. Bei einem sich verzweigenden Schmelzeauslasskanal, z.B. im Fall eines entsprechenden Heißkanalsystems, verfügt zweckmäßigerweise jeder Kanalzweig über eine eigene Verschlussdüse, d.h. das vorliegend erwähnte Vorhandensein einer Verschlussdüse ist selbstredend dahingehend zu verstehen, dass dem Schmelzeauslasskanal je nach Systemausführung eine oder mehrere Verschlussdüsen zugeordnet sein können.
Diese erfindungsgemäße Verfahrensführung kombiniert in einer vorteilhaften Weise ein kontrollierbares Öffnen und Schließen des Schmelzeeinlasskanals mittels des Absperrventils mit einem kontrollierbaren Öffnen und Schließen des Schmelzeauslasskanals mittels der Verschlussdüse jeweils während bestimmten Zeiträumen im Verlauf eines Gießvorgangs.
Durch die Maßnahme, die Verschlussdüse des Schmelzeauslasskanals in der Nachfüllphase geschlossen zu halten, bleibt der Schmelzeauslasskanal bis zur Verschlussdüse mit Schmelzematerial vorgefüllt, wenn in der Nachfüllphase über das geöffnete Absperrventil Schmelzematerial in die Gießkammer nachgefüllt wird. Damit liegt das System für den nächsten Gießzyklus bereits vorgefüllt vor, ohne dass es dazu weiterer Vorfüllmaßnahmen bedarf.
Durch die Maßnahme, zu Beginn eines nächsten Gießzyklus zunächst den Gießkolben in die Zusatzhubposition zurückzubewegen und dabei das Absperrventil noch geschlossen zu halten, wobei auch die Verschlussdüse noch geschlossen gehalten wird, wird für den Gießkolben ein Zusatzhub gewonnen, der zur anschließenden Beschleunigung des Gießkolbens für seine Vorwärtsbewegung im weiteren Verlauf der Formfüllphase genutzt werden kann. Durch die Rückbewegung des Gießkolbens in die Zusatzhubposition bei geschlossenem Absperrventil und geschlossener Verschlussdüse entsteht im Schmelzeauslasskanal hinter der Verschlussdüse ein Unterdruck, der durch das anschließende Vorbewegen des Gießkolbens aus seiner Zusatzhubposition heraus wieder abgebaut wird und dem Gießkolben auf diesem Beschleunigungsweg eine Vorwärtsbeschleunigung ohne nennenswerte Gegenkraft ermöglicht.
Der Gießkolben kann auf diese Weise effektiv und funktionell vorteilhaft in seiner Vorwärtsbewegung auf eine gewünscht hohe Geschwindigkeit beschleunigt werden, schon bevor er dann wieder seine Gießstartposition erreicht und sich anschließend mit dieser hohen Geschwindigkeit bis zur Füllendposition weiterbewegt, um das Schmelzematerial in die Gießform zu drücken. Dabei kann die Zusatzhubposition und dadurch der einstellbare Beschleunigungsweg für den Gießkolben je nach Bedarf stufenlos variabel frei gewählt werden. Mit zunehmendem Zusatzhub, d.h. größerer Differenz von Zusatzhubposition und Gießstartposition bzw. Ventilumstellposition, erhöhen sich entsprechend der für die anschließende Vorbewegung bis zur Gießstartposition verfügbare Beschleunigungsweg für den Gießkolben und der Unterdruck im Schmelzeauslasskanal hinter der Verschlussdüse. Typischerweise kann der Zusatzhub betraglich z.B. zwischen einigen Zehntelprozent und ca. 30 % des Hubs des Gießkolbens von seiner Gießstartposition in seine Füllendposition liegen.
Durch die Verwendung des Absperrventils ist es nicht erforderlich, dass der Gießkolben eine Einmündung bzw. Einlaufbohrung des Schmelzeeinlasskanals in die Gießkammer überfährt, was den Verschleiß z.B. am Gießkolben und etwaigen zugehörigen Kolbenringen minimiert. Es besteht dementsprechend auch keine Gefahr, dass Kolbenringe aufgrund des Schmelzedrucks in die Einlaufbohrung gedrückt werden, wie dies bei herkömmlichen Gießsystemen auftreten kann, in denen der Gießkolben eine solche Einlaufbohrung überfährt. Die Kolbenringe des Gießkolbens stehen vorliegend zu jedem Zeitpunkt im Schmelzeraum bzw. Druckraum der Gießkammer und können so vor starken Belastungsänderungen freigehalten werden.
In einer Weiterbildung der Erfindung beginnt die Nachfüllphase nach einer an die Formfüllphase anschließenden Nachdruckphase während einer Gussteil-Abkühlphase mit der Rückbewegung des Gießkolbens, wobei das Absperrventil bereits zu Beginn der Nachfüllphase geöffnet wird. Durch diese Maßnahme kann unmittelbar nach Abschluss der üblichen, die Formfüllphase abschließenden Nachdruckphase die Nachfüllphase mit Einleitung von Schmelzematerial in die Gießkammer gestartet werden. Alternativ kann das Absperrventil auch z.B. gegenüber dem Start der Rückbewegung des Gießkolbens verzögert geöffnet werden, wodurch bei Bedarf ein gewisser Saugdruck in der Gießkammer zum Ansaugen des Schmelzematerials aus dem Schmelzebad nach Öffnen des Absperrventils erzeugt werden kann.
In einer Weiterbildung der Erfindung umfasst das Schließen der Verschlussdüse einen Schmelzepfropfenbildungsvorgang, und das Öffnen der Verschlussdüse umfasst einen Schmelzepfropfenentfernungsvorgang. Die Realisierung dieser Vorgänge zur Bildung eines Schmelzepfropfens zwecks Schließen der Verschlussdüse und zum Entfernen des zuvor gebildeten Schmelzepfropfens zum Öffnen der Verschlussdüse ist an sich bekannt, wobei vorliegend eine beliebige herkömmliche Realisierung benutzt werden kann.
In einer Weiterbildung der Erfindung umfasst das Öffnen und Schließen der Verschlussdüse ein entsprechendes gesteuertes Betätigen eines Düsenkanalschließkörpers. Dies kann anstelle oder zusätzlich zur vorstehend erwähnten Bildung eines Schmelzepfropfens vorgesehen sein. Wiederum kann hierfür eine beliebige der für diese Maßnahme an sich bekannten Realisierungen verwendet werden. Der mechanisch bewegliche, z.B. über die Steuereinheit betätigbare Düsenkanalschließkörper kann beispielsweise eine hierfür übliche Verschlusskugel oder Verschlussnadel sein.
In einer Weiterbildung der Erfindung wird als Absperrventil ein von der Steuereinheit steuerbares Absperrsteuerventil oder ein in seine Schließstellung vorgespanntes Rückschlagventil verwendet. Die Verwendung eines steuerbaren Absperrventils ermöglicht ein kontrolliertes Öffnen und Schließen des Absperrventils durch die Steuereinheit zu frei vorgebbaren Zeitpunkten. Bei Verwendung eines Rückschlagventils als Absperrventil wird die Gießkolbenbewegung geeignet darauf abgestimmt, so dass das Rückschlagventil unter der Wirkung des darauf wirkenden Schmelzedrucks zum jeweils gewünschten Zeitpunkt öffnet bzw. schließt.
Die erfindungsgemäße Druckgießmaschine beinhaltet zusätzlich zu den eingangs genannten Komponenten des betrachteten gattungsgemäßen Maschinentyps eine Verschlussdüse, d.h. wie oben erwähnt eine einzige oder mehrere Verschlussdüsen, im Schmelzeauslasskanal, wie dies für den dazu oben erwähnten anderen herkömmlichen Maschinentyp an sich bekannt ist. Die Steuereinheit und das Absperrventil sind dafür eingerichtet, zur Durchführung eines jeweiligen Gießvorgangs für eine Formfüllphase das Absperrventil in eine Schließstellung zu bringen, den Gießkolben in der Gießkammer zum Vorbewegen aus einer Gießstartposition in eine Füllendposition zu steuern, um Schmelzematerial über den Schmelzeauslasskanal in die Gießform zu drücken, und für eine anschließende Nachfüllphase das Absperrventil in eine Offenstellung zu bringen und den Gießkolben zum Rückbewegen in die Gießstartposition zu steuern, um der Gießkammer Schmelzematerial über den Schmelzeeinlasskanal zuzuführen. Weiter sind die Steuereinheit, das Absperrventil und die Verschlussdüse dafür eingerichtet, in der Nachfüllphase die Verschlussdüse geschlossen zu halten und in der Formfüllphase den Gießkolben bei geschlossen bleibendem Absperrventil zunächst aus der Gießstartposition in eine Zusatzhubposition zurückzubewegen und anschließend aus der Zusatzhubposition über die Gießstartposition in die Füllendposition vorzubewegen und dabei die Verschlussdüse während der Rückbewegung des Gießkolbens in die Zusatzhubposition geschlossen zu halten und erst zu öffnen, wenn sich der Gießkolben wieder vorbewegt. Dabei kann mit dem Öffnen der Verschlussdüse je nach Bedarf begonnen werden, schon bevor der Gießkolben wieder seine Startposition erreicht oder genau zu diesem Zeitpunkt oder erst danach. Dadurch eignet sich diese Druckgießmaschine insbesondere zur Durchführung des erfindungsgemäßen Betriebsverfahrens.
In einer Weiterbildung der Erfindung weist die Verschlussdüse einen schmelzepfropfenbildenden Düsenteil auf. Dies ermöglicht ein Schließen der Verschlussdüse durch die dortige Bildung eines Schmelzepfropfens.
In einer Weiterbildung der Erfindung weist die Verschlussdüse einen in seinem Durchlassquerschnitt steuerbar veränderlichen Düsenteil auf. Dies kann z.B. ein mechanisch beweglicher Düsenkanalschließkörper sein, wie eine Verschlusskugel oder eine Verschlussnadel.
In einer Weiterbildung der Erfindung ist das Absperrventil als ein von der Steuereinheit steuerbares Absperrsteuerventil ausgebildet. Dies ermöglicht eine aktive Steuerung des Absperrventils mittels der Steuereinheit, insbesondere um es im Verlauf eines Gießvorgangs in seine jeweils gewünschte geöffnete bzw. geschlossene Stellung zu verbringen.
In einer Ausgestaltung der Erfindung beinhaltet die Druckgießmaschine einen von der Steuereinheit angesteuerten Ventil-Aktor zur Betätigung des Absperrsteuerventils. Der Aktor fungiert als Bindeglied zwischen der Steuereinheit und dem Absperrventil und kann je nach Art der Steuereinheit und des Absperrventils geeignet gewählt sein, z.B. von einem elektrischen, magnetischen, hydraulischen, pneumatischen oder mechanischen Typ. Alternativ kann die Ventilbetätigungsfunktionalität z.B. direkt in die Steuereinheit integriert sein.
In einer alternativen Weiterbildung der Erfindung ist das Absperrventil als ein in seine Schließstellung vorgespanntes Rückschlagventil ausgebildet. Dies stellt eine Alternative zur Realisierung als Absperrsteuerventil dar. Das Absperrventil wird in diesem Fall abhängig vom auf selbiges einwirkenden Druck des Schmelzematerials gesteuert bzw. betätigt, insbesondere vom Schmelzedruck in der Gießkammer.
In einer Weiterbildung der Erfindung beinhaltet die Druckgießmaschine eine Ventilsensoreinheit zur Sensierung einer oder mehrerer Messgrößen des Absperrventils und/oder der Verschlussdüse. Dies kann z.B. dafür genutzt werden, der Steuereinheit über die Ventilsensoreinheit eine Rückmeldung über die momentane Stellung des Absperrventils und/oder über den momentanen Zustand der Verschlussdüse zu geben und/oder Ventil- und/oder Düsendiagnoseinformationen bereitzustellen, die darüber informieren, ob das Absperrventil bzw. die Verschlussdüse fehlerfrei arbeitet bzw. in welchem Gebrauchszustand es/sie sich befindet und ob es/sie z.B. einer Wartung bedarf.
Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt. Diese und weitere Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend näher erläutert. Hierbei zeigen:

1 eine schematische Darstellung eines vorliegend interessierenden Teils einer Druckgießmaschine,
2 ein Flussdiagramm eines ersten Gießzyklus eines Druckgießmaschinen-Betriebsverfahrens ab einem Betriebsstart,
3 eine schematische Darstellung der Druckgießmaschine von 1 bei Betrieb gemäß dem Verfahren von 2 gegen Ende einer Formfüllphase des ersten Gießzyklus,
4 die Ansicht von 3 während einer Nachfüllphase nach der Formfüllphase,
5 die Ansicht von 3 am Ende der Nachfüllphase,
6 die Ansicht von 3 nach beendeter Abkühlphase,
7 ein Flussdiagramm eines auf den ersten Gießzyklus gemäß 2 folgenden zweiten Gießzyklus des Druckgießmaschinen-Betriebsverfahrens,
8 die Ansicht von 3 zu Beginn des zweiten Gießzyklus gemäß 7 vor einer Hubgewinnungsphase und
9 die Ansicht von 3 am Ende der Hubgewinnungsphase des zweiten Gießzyklus.

In 1 ist schematisch ein hier interessierender Teil einer Druckgießmaschine in einer erfindungsgemäßen Realisierung veranschaulicht, die mit dem erfindungsgemäßen Betriebsverfahren betrieben werden kann. Bei dieser Druckgießmaschine kann es sich insbesondere um eine solche vom Warmkammertyp zum Druckgießen flüssiger oder teilflüssiger Metallschmelzen handeln, wie Zink, Blei, Aluminium, Magnesium, Titan, Stahl, Kupfer und Legierungen dieser Metalle. Dazu umfasst die Druckgießmaschine insbesondere eine Gießform 1 mit einer festen Formhälfte 1a und einer beweglichen Formhälfte 1b, eine Gießkammer 2, einen axialbeweglich in der Gießkammer 2 angeordneten Gießkolben 3, einen in die Gießkammer 2 führenden Schmelzeeinlasskanal 4, ein Absperrventil 5 im Schmelzeeinlasskanal 4, einen von der Gießkammer 2 zur Gießform 1 führenden Schmelzeauslasskanal 6, eine Verschlussdüse 19 im Schmelzeauslasskanal 6 und eine Steuereinheit 7.
Das Absperrventil 5 ist im gezeigten Beispiel als ein Absperrsteuerventil, d.h. als ein ansteuerbares Absperrventil, ausgeführt, das von der Steuereinheit 7 direkt oder, wie im gezeigten Beispiel, über einen optionalen Ventil-Aktor 16 angesteuert wird. Der Ventil-Aktor 16 kann ein beliebiger Aktor herkömmlicher Art sein, wie er dem Fachmann zur Betätigung eines solchen Ventils an sich bekannt ist. Dabei kann der Aktor 16 je nach Bedarf und Anwendungsfall insbesondere von einem herkömmlichen elektrisch arbeitenden, hydraulisch arbeitenden, pneumatisch arbeitenden oder mechanisch direkt oder ein über Hebelsystem etc. arbeitenden Aktortyp sein. Der Ventil-Aktor 16 kann hierbei je nach Bedarf und Anwendungsfall ein rein binär arbeitender Aktortyp, der das Absperrventil 5 nur zwischen einer ersten, geöffneten Stellung und einer zweiten, geschlossenen Stellung umsteuert, oder alternativ ein Proportional-Aktortyp sein, der das Absperrventil 5 stetig oder in mehreren Stufen öffnen kann, d.h. das Absperrventil 5 auch in eine oder mehrere Teilöffnungsstellungen zwischen seiner vollständig offenen Stellung und seiner vollständig geschlossenen Stellung verbringen und halten kann. Der Ventil-Aktor kann dazu bei Bedarf z.B. variabel einstellbare Endanschläge umfassen, die manuell oder automatisch verstellt werden können. In einer alternativen Ausführung der Druckgießmaschine ist das Absperrventil 5 durch ein Rückschlagventil gebildet.
Unter der Steuereinheit 7 sind vorliegend umfassend alle Steuerungselemente der Druckgießmaschine zur Steuerung bzw. Regelung der diversen Komponenten der Maschine zu verstehen, wozu die Steuereinheit 7 je nach Systemausführung eine einzige Steuerungsvorrichtung, in der alle Steuerungsfunktionalitäten integriert sind, oder mehrere einzelne Steuerungsvorrichtungen beinhalten kann, die jeweils spezifische Maschinenkomponenten steuern bzw. regeln und vorzugsweise miteinander in Kommunikationsverbindung stehen. Ebenso kann die Steuereinheit 7 wie üblich mindestens teilweise in Hardware und/oder mindestens teilweise softwaremäßig ausgeführt sein. Lediglich symbolisch sind stellvertretend zur Veranschaulichung aller Maschinensteuerungsfunktionalitäten der Steuereinheit 7 Ansteuerungspfeile 7a, 7b, 7c gezeigt, die von der Steuereinheit 7 zur Gießform 1, zum Gießkolben 3 bzw. zu einer Ventilstange 5d des Absperrventils 5 führen, wobei vorliegend die zu diesen Maschinenkomponenten gehörigen Steuerungsfunktionen primär interessieren. Der Einfachheit halber ist die schematische Darstellung der Steuereinheit 7 nur in 1 enthalten, in den 3 bis 6, 8 und 9 hingegen weggelassen.
Soweit hierauf im Folgenden nicht näher eingegangen wird, sind sowohl die Steuereinheit 7 als auch die übrigen genannten Maschinenkomponenten von einem an sich herkömmlichen, dem Fachmann geläufigen Aufbau, was daher hier keiner näheren Erläuterung bedarf. Im gezeigten Beispiel ist, wie z.B. aus 1 ersichtlich, die Gießkammer 2 in einem Gießbehälter 8 einer insoweit herkömmlichen Gießeinheit ausgebildet, wobei der Gießbehälter 8 im Gießbetrieb in ein Schmelzebad 9 eingetaucht ist, das sich in einem üblichen Schmelzebehälter 10 befindet.
Das Absperrventil 5 ist in im gezeigten Beispiel mit einem Ventilgehäusekörper 5a am Gießbehälter 8 gehalten. Am Ventilgehäusekörper 5a, alternativ an anderer Stelle des Gießbehälters 8, befinden sich eine oder mehrere Einlassöffnungen als Eintritt 4a des Schmelzeeinlasskanals 4, d.h. Schmelzematerial 14 kann aus dem Schmelzebad 9 über den Eintritt 4a in den Schmelzeeinlasskanal 4 gelangen. Das Absperrventil 5 befindet sich speziell mit einem feststehenden Ventilsitz 5b und einem beweglichen Ventilschließkörper 5c im Schmelzeeinlasskanal 4, wobei der Ventilschließkörper 5c im gezeigten Beispiel über die Ventilstange 5d axial gegen den Ventilsitz 5b zur Anlage kommend und von diesem weg bewegt werden kann, um das Absperrventil 5 zu schließen bzw. zu öffnen, d.h. zwischen einer z.B. in 1 gezeigten Schließstellung VS und einer z.B. in 4 gezeigten Offenstellung VO umzustellen. Dabei kann es sich bei der Offenstellung VO je nach Ventilausführung und/oder Betriebssituation um eine vollständig geöffnete Stellung oder um eine teilweise geöffnete Stellung des Ventils handeln. In nicht gezeigten, alternativen Ausführungen ist das Absperrventil 5 im Gießkolben 3 angeordnet, wobei in diesem Fall der Schmelzeeinlasskanal 4 über den Gießkolben 3, insbesondere durch diesen hindurch, geführt ist, wie an sich bekannt.
In der gezeigten Maschinenausführung erfolgt die Umstellbewegung des Absperrventils 5, d.h. des Absperrsteuerventils, wie bereits erwähnt durch die Steuereinheit 7 über den optionalen Ventil-Aktor 16. In der nicht gezeigten, alternativen Maschinenausführung mit dem Rückschlagventil als Absperrventil 5 erfolgt die Umstellbewegung des Absperrventils 5 abhängig vom Schmelzedruck in der Gießkammer 2, wobei in bevorzugter Realisierung das Rückschlagventil durch eine Vorspanneinheit herkömmlicher Art in seine Schließstellung vorgespannt ist. Wenn in der Gießkammer 2 ein entsprechender Schmelzeunterdruck vorliegt, wird das in diesem Fall als Rückschlagventil gebildete Absperrventil 5 durch diesen Unterdruck gegen die Vorspannkraft der Vorspanneinheit aus seiner Schließstellung VS heraus in seine Offenstellung VO bewegt. Sobald der Schmelzeunterdruck nicht mehr vorliegt, kehrt das Rückschlagventil durch die Wirkung der Vorspanneinheit selbsttätig in seine Schließstellung VS zurück. Die Vorspanneinheit kann z.B. durch eine Vorspannfeder realisiert sein, wie eine entsprechend ausgelegte und angeordnete Druck- oder Zugfeder.
Der Schmelzeauslasskanal 6 führt in einer üblichen Weise über einen im Gießbehälter 8 gebildeten Steigkanalbereich bzw. Steigrohrabschnitt 6a aus der Gießkammer 2 heraus und setzt sich anschließend über einen Mundstückkörper 6b bis zum Bereich der Form 1 fort. Dazu ist in ebenfalls herkömmlicher Weise der Mundstückkörper 6b eintrittsseitig an einen Mundstückansatz 11, mit welcher der Steigrohrabschnitt 6a aus dem Gießbehälter 8 ausmündet, angekoppelt und austrittsseitig bis zur festen Formhälfte 1a geführt. In der festen Formhälfte 1a verläuft der Schmelzeauslasskanal 6 mit einem formseitigen Auslasskanalabschnitt 6c bis zu einer Gießkavität 13, die bei geschlossener Gießform 1 von den beiden Formhälften 1a, 1b gebildet ist und abhängig vom herzustellenden Gussteil gestaltet ist.
Dabei mündet der Schmelzeauslasskanal 6 mit einem Angusskegel bzw. düsenförmigen vorderen Auslassbereich 12 von an sich bekannter Gestalt in die Formkavität 13, wobei in diesem Bereich 12 eine Verschlussdüse 19 in einer der hierfür an sich bekannten Realisierungen gebildet ist. Dazu beinhaltet die Verschlussdüse 19 je nach Bedarf und Anwendungsfall einen schmelzepfropfenbildenden Düsenteil und/oder einen in seinem Durchlassquerschnitt steuerbar veränderlichen Düsenteil, im erstgenannten Fall typischerweise unter Verwendung eines geeignet geformten düsenförmigen Mündungsbereichs des Schmelzeauslasskanals 6 und zugeordneten, auf den Düsenbereich wirkenden Schmelzetemperiermitteln, im letztgenannten Fall typischerweise unter Verwendung eines betätigbaren, beweglichen mechanischen Düsenkanalschließkörpers, wie einer Verschlusskugel oder einer Verschlussnadel.
Im gezeigten Beispiel besitzt die Druckgießmaschine ein Heißkanalsystem, bei dem sich der Schmelzeauslasskanal 6 im formseitigen Auslasskanalabschnitt 6c in mehrere parallele Zweige aufteilt, wobei im austrittsseitigen Endbereich jedes Zweiges je eine zugeordnete Verschlussdüse 19 vorgesehen ist. In einer alternativen Maschinenausführung, wie sie z.B. für das Pfropfengießen von Magnesium verwendbar ist, ist die Verschlussdüse 19 im austrittsseitigen Endbereich des Mundstückkörpers 6b angeordnet, der in diesem Fall vorzugsweise unverzweigt über einen Angusskegel als formseitigen Auslasskanalabschnitt 6c des Schmelzeauslasskanals 6 in der festen Formhälfte 1a in die Formkavität 13 mündet.
2 veranschaulicht das erfindungsgemäße Betriebsverfahren in einer exemplarischen Ausführungsvariante bei einem Betriebsstart der Druckgießmaschine, d.h. nach Starten der Maschine zum Gießen einer gewünschten Anzahl gleicher Gussteile in einer entsprechenden Anzahl aufeinanderfolgender Gießvorgänge bzw. Gießzyklen. Die 1 und 3 bis 6 veranschaulichen die Maschine schematisch in unterschiedlichen Betriebsstadien während des Betriebs gemäß der Ausführungsvariante von 2.
In einem anfänglichen Betriebsstadium B1 von 2 befindet sich die Maschine in einem Grundzustand bei Betriebsstart. 1 zeigt die Maschine in diesem Betriebsstadium B1. Der Gießkolben 3 befindet sich dementsprechend in einer Betriebsstartposition BS. Das Schmelzematerial 14 befindet sich überall auf Höhe eines Schmelzebadniveaus 9a des Schmelzebads 9, d.h. auch im Schmelzeauslasskanal 6. Folglich sind ein mittlerer und vorderer Bereich des Steigkanalabschnitts 6a, der Mundstückkörper 6b und der formseitige Auslasskanalabschnitt 6c noch frei von Schmelzematerial 14. Die Verschlussdüse 19 ist geöffnet, das Absperrventil 5 befindet sich in seiner Schließstellung VS, und die Gießform 1 wird geschlossen.
In einem anschließenden Betriebsstadium B2 von 2 wird ein erster Gießzyklus eingeleitet und dazu eine zugehörige Formfüllphase durchgeführt. 3 zeigt die Maschine in diesem Zeitpunkt. Dazu wird der Gießkolben 3 aus der Betriebsstartposition BS in eine Füllendposition FP vorbewegt, d.h. in den 1 und 3 bis 6 jeweils nach unten, so dass Schmelzematerial 14 aus der Gießkammer 2 über den Schmelzeauslasskanal 6 in die Gießform 1 bzw. die Gießkavität 13 gedrückt wird. Die Vorwärtsbewegung des Gießkolbens 3 ist in 3 mit einem zugehörigen Bewegungsrichtungspfeil GV symbolisiert. Der Schmelzefluss im Schmelzeauslasskanal 6 ist in 3 symbolisch mit entsprechenden Strömungspfeilen angedeutet, wobei 3 die Maschine konkret gegen Ende dieser Formfüllphase zeigt, die in an sich bekannter Weise mit einer sogenannter Nachdruckphase abschließen kann, in der ein zusätzlicher, erhöhter Nachdruck auf das Schmelzematerial 14 in der Form 1 ausgeübt wird.
In einem Betriebsstadium B3 von 2 ist die Formfüllphase beendet, und es schließt sich eine Nachfüllphase bzw. Kolbenrückkehrphase an. Hierzu wird das Absperrventil 5 von seiner Schließstellung VS in seine Offenstellung VO umgestellt, und der Gießkolben 3 wird aus seiner Füllendposition FP heraus zurückbewegt, d.h. in den betreffenden Figuren nach oben. Das Umstellen des Absperrventils 5 erfolgt im Fall des Absperrsteuerventils gesteuert durch die Steuereinheit 7, im Fall des Rückschlagventils durch den in der Gießkammer 2 aufgrund der Rückbewegung des Gießkolbens 3 entstehenden Schmelzeunterdruck. Es sei an dieser Stelle erwähnt, dass selbstredend die Vor- bzw. Rückbewegung des Gießkolbens 3 abhängig vom Maschinentyp nicht wie beim gezeigten Beispiel in vertikaler Richtung, sondern senkrecht oder geneigt zur Vertikalrichtung orientiert sein kann.
Die Gießform 1 bleibt zunächst geschlossen, und es läuft die sogenannte Abkühlzeit, während der das Schmelzematerial 14 in der Gießkavität 13 abgekühlt wird, so dass sich durch das dort erstarrende Schmelzematerial 14 ein gewünschtes Gussteil 15 bildet. Gleichzeitig wird die Verschlussdüse 19 geschlossen, z.B. mechanisch über die entsprechende Ansteuerung des Düsenkanalschließkörpers durch die Steuereinheit 7 und/oder wie gezeigt durch einen Schmelzepfropfen 20, der sich durch das Abkühlen des Schmelzematerials in der Gießkavität 13 bzw. der Gießform 1 am Ort der Verschlussdüse 19 ausbildet. Durch die Rückbewegung des Gießkolbens 3 wird Schmelzematerial 14 aus dem Schmelzebad 9 über den Schmelzeeinlasskanal 4 in die Gießkammer 2 gesaugt und damit nachgefüllt. 4 zeigt die Maschine in diesem Zeitraum der Nachfüllphase, in der Schmelzematerial 14 vom Schmelzebad 9 über den Schmelzeeinlasskanal 4 in die Gießkammer 2 nachgefüllt wird, wie mit entsprechenden Strömungspfeilen veranschaulicht. Die Rückbewegung des Gießkolbens 3 ist in 4 mit einem zugehörigen Rückbewegungspfeil GR symbolisiert.
In einem Betriebsstadium B4 von 2 wird das Nachfüllen von Schmelzematerial 14 aus dem Schmelzebad 9 über den Schmelzeeinlasskanal 4 in die Gießkammer 2 beendet, indem die Rückbewegung des Gießkolbens 3 bei Erreichen einer Gießkolbenstoppposition bzw. kurz Gießstoppposition oder einfach Stoppposition, gestoppt wird und das Absperrventil 5 von seiner Offenstellung VO in seine Schließstellung VS umgestellt wird. Die Gießkolbenstoppposition kann daher auch als Ventilumstellposition des Gießkolbens 3 bezeichnet werden, d.h. als die Position, die der Gießkolben 3 zum Zeitpunkt der Umstellung des Absperrventils 5 in seine Schließstellung VS einnimmt. Das Maß an Rückbewegung des Gießkolbens 3 von seiner Füllendposition FP in der Nachfüllphase und folglich die Stoppposition bzw. Ventilumstellposition des Gießkolbens 3 sind frei nach Bedarf wählbar und richten sich insbesondere danach, wieviel Schmelzematerial für die Herstellung je eines Gussteils benötigt wird, d.h. wie groß das Volumen des gegossenen Teils ist und wieviel Schmelzematerial folglich für den nächsten Gießzyklus in die Gießkammer nachgefüllt werden muss. Mit anderen Worten liegt die Ventilumstellposition zumindest so weit hinter der Füllendposition, dass durch die Nachfüllphase das dem Gussteilvolumen entsprechende Schmelzevolumen in die Gießkammer 2 nachgefüllt wird. Das Umstellen des Absperrventils 5 in seine Schließstellung VS wird im Fall des Absperrsteuerventils durch die Steuereinheit 7 bewirkt, im Fall des Rückschlagventils dadurch, dass durch das Stoppen der Rückbewegung des Gießkolbens 3 kein Schmelzeunterdruck mehr in der Gießkammer 2 erzeugt wird, so dass das Rückschlagventil selbsttätig durch seine Vorspanneinheit in seine Schließstellung VS zurückkehrt. Die Gießkolbenstoppposition des Gießkolbens 3 stellt eine Gießstartposition GS bzw. Ausgangs- oder Grundstellung dar, in welcher der Gießkolben 3 bis zum Start eines nächsten Gießzyklus verbleiben kann und in der er sich folglich beim Starten des nächsten Gießzyklus befindet. 5 zeigt die Maschine zu diesem Zeitpunkt. Derweil läuft die Abkühlzeit für das Schmelzematerial 14 in der Gießform 1 zur Bildung des Gussteils 15 weiter.
In einem Betriebsstadium B5 von 2 ist dann die Abkühlzeit zum vollständigen Erstarren des gebildeten Gussteils 15 in der Form 1 abgelaufen, und dementsprechend kann dann die Gießform 1 durch entsprechende Öffnungsbewegung der beweglichen Formhälfte 1b geöffnet und das gebildete Gussteil 15 entnommen bzw. ausgeworfen oder ausgestoßen werden. 6 veranschaulicht die Maschine in diesem Betriebszeitpunkt. Der erste Gießzyklus nach Betriebsstart ist damit beendet. Der Schmelzeauslasskanal 6 bleibt durch die Verschlussdüse 19 bzw. den Schmelzepfropfen 20 austrittsseitig geschlossen. Dies verhindert, dass Schmelzematerial aus dem Schmelzeauslasskanal heraus in die offene Form fließt. Ebenso wird dadurch ein formseitiger Lufteintritt in den Schmelzeauslasskanal und ein Zurückfließen von Schmelzematerial im Schmelzeauslasskanal verhindert. Somit verbleibt das Schmelzematerial 14 im gesamten Schmelzeauslasskanal 6 von der Gießkammer 2 bis zur austrittsseitigen Verschlussdüse 19 bzw. zum Schmelzepfropfen 20, d.h. das Gießsystem befindet sich in einem komplett vorgefüllten Betriebszustand.
7 veranschaulicht die Durchführung eines nächsten, zweiten Gießzyklus. Zunächst wird in einem Betriebsstadium B6 die Form 1 geschlossen. Das Absperrventil 5 ist geschlossen, und auch die Verschlussdüse 19 ist noch geschlossen. Das Gießsystem befindet sich in dem erwähnten, komplett vorgefüllten Zustand, und der Gießkolben 3 befindet sich in seiner Gießstartposition GS als seiner Stoppposition am Ende der Nachfüllphase des vorangegangenen ersten Gießzyklus. 8 zeigt die Maschine in diesem Zeitpunkt.
Als Start der Formfüllphase bzw. als dem eigentlichen Formfüllvorgang direkt vorgelagerte Betriebsphase wird in diesem zweiten und in jedem weiteren Gießzyklus zunächst eine Hubgewinnungsphase durchgeführt, in welcher der Gießkolben 3 von der Gießstartposition GS bzw. Ventilumstellposition in eine Zusatzhubposition ZH zurückbewegt wird, wobei das Absperrventil 5 und die Verschlussdüse 19 geschlossen bleiben. Dies ist in 7 als Betriebsstadium B7 angegeben. In 8 ist diese Rückbewegung des Gießkolbens 3 mit einem Rückbewegungspfeil ZR symbolisiert. 9 zeigt die Maschine am Ende dieser Hubgewinnungsphase. Der Gießkolben 3 befindet sich in der Zusatzhubposition ZH um einen Zusatzhub BW hinter der Gießstartposition GS, wie in 9 vergleichend veranschaulicht. Da sowohl das Absperrventil 5 als auch die Verschlussdüse 19, z.B. durch den Schmelzepfropfen 20, geschlossen sind, entsteht durch diese Rückbewegung des Gießkolbens 3 ein gewisser Unterdruck im Schmelzematerial 14 und speziell im Schmelzeauslasskanal 6 direkt hinter der Verschlussdüse 19, in 9 durch eine Vakuumblase 21 symbolisiert.
Die Zusatzhubposition ZH ist je nach Bedarf frei wählbar und kann z.B. der Betriebsstartposition BS des ersten Zyklus entsprechen, alternativ aber auch von dieser abweichen, z.B. zwischen dieser und der Gießstartposition GS, d.h. der Ventilumstellposition, liegen. Der Zusatzhub BW beträgt typischerweise zwischen einigen Zehntelprozent und ca. 30% des Gießkolbenhubabstands der Füllendposition FP von der Gießstartposition GS, in vielen Fällen etwa 5% bis etwa 20% davon.
An die Hubgewinnungsphase schließt sich in einem Betriebsstadium B8 von 7 eine Beschleunigungsphase für den Gießkolben 3 an, in der dieser aus seiner Zusatzhubposition ZH heraus vorbewegt wird, wie in 9 durch einen Vorbewegungspfeil VG symbolisiert. Dabei wird die Vorbewegung des Gießkolbens 3 durch den zuvor gebildeten Unterdruck im Schmelzeauslasskanal 6 unterstützt, so dass der Gießkolben 3 praktisch ohne Gegenkräfte in Vorwärtsrichtung beschleunigt werden kann, bis der Gießkolben 3 nach Zurücklegen des entsprechenden Zusatzhubs BW bzw. Beschleunigungswegs wieder seine Gießstartposition GS erreicht hat und der Unterdruck im Schmelzeauslasskanal 6 abgebaut ist. Der Zusatzhub BW kann auf diese Weise als Beschleunigungsweg für den Gießkolben 3 fungieren.
In einem Betriebsstadium B9 von 7 erfolgt die eigentliche Formfüllphase, indem der Gießkolben 3 seine Vorwärtsbewegung über die Gießstartposition GS hinaus fortsetzt und Druck auf das Schmelzematerial 14 in der Gießkammer 2 ausübt und das Schmelzematerial 14 über den Schmelzeauslasskanal 6 in die Form 1 drückt, bis der Gießkolben wieder seine Füllendposition FP erreicht hat. Dabei wird die Verschlussdüse 19 geöffnet, wozu insbesondere auch der an der Verschlussdüse 19 ggf. gebildete Schmelzepfropfen 20 in herkömmlicher Weise aus dem Schmelzeauslasskanal 6 herausgedrückt bzw. thermisch unterstützt aufgelöst wird. Zusätzlich oder alternativ wird im Fall eines mechanischen Verschlusses der Verschlussdüse dieser mechanische Verschluss geöffnet. Im Beispiel von 7 erfolgt das Öffnen der Verschlussdüse 19 bzw. das Auflösen des Schmelzepfropfens 20 erst zu Beginn der eigentlichen Formfüllphase nach der Beschleunigungsphase. In alternativen Ausführungen kann dies auch bereits während der Beschleunigungsphase erfolgen oder jedenfalls damit begonnen werden. Mit anderen Worten kann mit dem Öffnen der Verschlussdüse 19 je nach Bedarf zu einem Zeitpunkt begonnen werden, zu dem der Gießkolben 3 bei seiner Vorbewegung wieder seine Gießstartposition GS erreicht hat oder bevor er diese erreicht hat, d.h. während der Beschleunigungsphase, oder erst nachdem er seine Gießstartposition GS schon in Richtung Füllendposition FP überfahren hat.
Anschließend verläuft der Gießvorgang mit dem Start der Nachfüllphase wie der zuvor beschriebene erste Gießzyklus. Weitere Gießzyklen im Anschluss an den zweiten Gießzyklus können dann in gleicher Weise wie der zweite Gießzyklus durchgeführt werden.
Die erfindungsgemäße Druckgießmaschine ist wie gezeigt zur Durchführung des erfindungsgemäßen Betriebsverfahrens eingerichtet. Insbesondere sind dazu die Steuereinheit 7, das Absperrventil 5 und die Verschlussdüse 19 entsprechend zur Durchführung eines jeweiligen Gießvorgangs konfiguriert, wobei zur Durchführung der Formfüllphase das Absperrventil 5 geschlossen gehalten wird, sei es durch entsprechende Steuerung des Absperrsteuerventils direkt oder über den Ventil-Aktor 16 oder selbsttätig durch Geschlossenhalten des Rückschlagventils unter der Wirkung des Schmelzedrucks in der Gießkammer 2, und die Steuereinheit 7 den Gießkolben 3 in der Gießkammer 2 zum Bewegen aus seiner Betriebsstartposition oder seiner Gießstoppposition bzw. Gießstartposition GS bzw. seiner Zusatzhubposition ZH in seine Füllendposition FP steuert, um Schmelzematerial 14 über den Schmelzeauslasskanal 6 in die Gießform 1 zu drücken. Insbesondere sind die Steuereinheit 7, das Absperrventil 5 und die Verschlussdüse 19 dafür eingerichtet, in der Nachfüllphase die Verschlussdüse 19 geschlossen zu halten und in der Formfüllphase den Gießkolben 3 bei geschlossen bleibendem Absperrventil 5 zunächst aus der Gießstartposition GS in die Zusatzhubposition ZH zurückzubewegen und anschließend aus der Zusatzhubposition ZH über die Gießstartposition GS in die Füllendposition FP vorzubewegen und dabei die Verschlussdüse 19 anfangs geschlossen zu halten und erst zu öffnen, wenn sich der Gießkolben 3 wieder vorbewegt.
Optional verfügt die Druckgießmaschine wie in den gezeigten Beispielen über eine Ventilsensoreinheit 18 zur Sensierung einer oder mehrerer Messgrößen des Absperrventils 5 und/oder der Verschlussdüse 19. Die von der Ventilsensoreinheit 18 erfassten Messwerte bezüglich der jeweiligen Messgröße können bei Bedarf der Steuereinheit 7 zugeführt werden, um dieser eine Steuerungsrückmeldung über die momentane Stellung des Absperrventils 5 bzw. den Zustand der Verschlussdüse 19 zu geben. Zusätzlich oder alternativ können die Messwerte zur Diagnoseauswertung herangezogen werden, um den momentanen Zustand des Absperrventils 5 und/oder der Verschlussdüse 19 z. B. hinsichtlich etwaiger Fehlfunktionen zu diagnostizieren und zu erkennen, wenn das Absperrventil 5 bzw. die Verschlussdüse 19 einer Wartung bedarf.
Die Ventilsensoreinheit 18 kann je nach Bedarf und Anwendungsfall einen oder mehrere Sensoren einschließlich optionaler Endschalter mit oder ohne Anbindung an die Steuereinheit 7 umfassen, die wie bereits erwähnt eine gesamte Maschinensteuerung der Druckgießmaschine oder ein Teil dieser Maschinensteuerung sein kann. Die Ventilsensoreinheit 18 kann beispielsweise dafür eingerichtet sein, den Hub des Absperrventils 5 zu messen, um daraus eine Fehlerdiagnose abzuleiten, z.B. ob der Ventilschließkörper 5c abgerissen ist und die Ventilstange 5d bei der Ventilschließbewegung ihre Sollstellung überfährt und/oder ob der Ventilschließkörper 5c seine Geschlossen-Stellung tatsächlich erreicht oder verfrüht stehen bleibt. Die Ventilsensoreinheit 18 kann optional auch einen Kraftsensor in der Ventilstange 5d umfassen, der zum Diagnosemonitoring die Schließkraft bzw. den Anpressdruck und/oder die Öffnungskraft des Ventilschließkörpers 5c misst. Im Fall eines elektrischen oder hydraulischen bzw. pneumatischen Ventilantriebs z.B. über den Ventil-Aktor 16 kann die Ventilsensoreinheit 18 zu diesem Überwachungszweck auch einen Stromsensor bzw. Drucksensor herkömmlicher Bauart umfassen, sei es mit oder ohne Anbindung an die Steuereinheit 7.
Wie die gezeigten und die weiteren oben erläuterten Ausführungsbeispiele deutlich machen, stellt die Erfindung ein vorteilhaftes Verfahren zum Betrieb einer Druckgießmaschine zur Verfügung, mit dem sich kurze Gießzykluszeiten, ein geringer Luftanteil im Gussteil und/oder eine geringe Verschleißneigung von Gießkolben und Gießkammer erzielen lassen, wobei ein Absperrventil im Schmelzeeinlasskanal und eine Verschlussdüse im Schmelzeauslasskanal in einer verfahrenstechnisch besonders vorteilhaften Weise kombiniert genutzt werden. Weiter stellt die Erfindung eine zur Durchführung dieses Betriebsverfahrens geeignete Druckgießmaschine zur Verfügung, bei der es sich insbesondere um eine solche vom Warmkammertyp handeln kann und die sich insbesondere zum sogenannten Pfropfengießen eignet.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 0576406 B1 [0008]
DE 3248423 A1 [0009]
EP 1284168 B1 [0011]
WO 2013/071926 A2 [0012]
WO 2017/148457 A1 [0012]

Claims

Verfahren zum Betrieb einer Druckgießmaschine, die eine Gießform (1), eine Gießkammer (2), einen axialbeweglich in der Gießkammer angeordneten Gießkolben (3), einen in die Gießkammer führenden Schmelzeeinlasskanal (4) mit einem Absperrventil (5) und einen von der Gießkammer zur Gießform führenden Schmelzeauslasskanal (6) aufweist, wobei - zur Durchführung eines jeweiligen Gießvorgangs in einer Formfüllphase der Gießkolben in der Gießkammer bei geschlossenem Absperrventil aus einer Gießstartposition (GS) in eine Füllendposition (FP) vorbewegt und dadurch Schmelzematerial (14) über den Schmelzeauslasskanal in die Gießform gedrückt wird und in einer anschließenden Nachfüllphase der Gießkolben in die Gießstartposition zurückbewegt und dadurch der Gießkammer bei geöffnetem Absperrventil Schmelzematerial über den Schmelzeeinlasskanal zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass - eine Verschlussdüse (19) im Schmelzeauslasskanal (6) verwendet wird, die in der Nachfüllphase geschlossen gehalten wird, und in der Formfüllphase der Gießkolben (3) bei geschlossen bleibendem Absperrventil (5) zunächst aus der Gießstartposition (GS) in eine Zusatzhubposition (ZH) zurückbewegt und anschließend aus der Zusatzhubposition über die Gießstartposition in die Füllendposition (FP) vorbewegt wird, wobei die Verschlussdüse während der Rückbewegung des Gießkolbens in die Zusatzhubposition geschlossen gehalten und erst geöffnet wird, wenn sich der Gießkolben wieder vorbewegt.
Verfahren nach Anspruch 1, weiter dadurch gekennzeichnet, dass die Nachfüllphase nach einer an die Formfüllphase anschließenden Nachdruckphase während einer Gussteil-Abkühlphase mit der Rückbewegung des Gießkolbens beginnt und das Absperrventil bereits zu Beginn der Nachfüllphase geöffnet wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, weiter dadurch gekennzeichnet, dass das Schließen der Verschlussdüse einen Schmelzepfropfenbildungsvorgang umfasst und das Öffnen der Verschlussdüse einen Schmelzepfropfenentfernungsvorgang umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, weiter dadurch gekennzeichnet, dass das Öffnen und Schließen der Verschlussdüse ein entsprechendes gesteuertes Betätigen eines Düsenkanalschließkörpers umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, weiter dadurch gekennzeichnet, dass als Absperrventil ein von der Steuereinheit steuerbares Absperrsteuerventil oder ein in seine Schließstellung vorgespanntes Rückschlagventil verwendet wird.
Druckgießmaschine mit - einer Gießform (1), - einer Gießkammer (2), - einem axialbeweglich in der Gießkammer angeordneten Gießkolben (3), - einem in die Gießkammer führenden Schmelzeeinlasskanal (4), - einem Absperrventil (5) im Schmelzeeinlasskanal, - einem von der Gießkammer zur Gießform führenden Schmelzeauslasskanal (6) und - einer Steuereinheit (7) zur Steuerung des Gießkolbens, - wobei die Steuereinheit (7) und das Absperrventil (5) dafür eingerichtet sind, zur Durchführung eines jeweiligen Gießvorgangs für eine Formfüllphase das Absperrventil in eine Schließstellung (VS) zu bringen, den Gießkolben (3) in der Gießkammer (2) zum Vorbewegen aus einer Gießstartposition (GS) in eine Füllendposition (FP) zu steuern, um Schmelzematerial (14) über den Schmelzeauslasskanal (6) in die Gießform (1) zu drücken, und für eine anschließende Nachfüllphase das Absperrventil in eine Offenstellung (VO) zu bringen und den Gießkolben zum Rückbewegen in die Gießstartposition zu steuern, um der Gießkammer Schmelzematerial über den Schmelzeeinlasskanal zuzuführen, dadurch gekennzeichnet, dass - im Schmelzeauslasskanal (6) eine Verschlussdüse (19) vorhanden ist und - die Steuereinheit (7), das Absperrventil (5) und die Verschlussdüse weiter dafür eingerichtet sind, in der Nachfüllphase die Verschlussdüse geschlossen zu halten und in der Formfüllphase den Gießkolben (3) bei geschlossen bleibendem Absperrventil zunächst aus der Gießstartposition (GS) in eine Zusatzhubposition (ZH) zurückzubewegen und anschließend aus der Zusatzhubposition über die Gießstartposition in die Füllendposition (FP) vorzubewegen und dabei die Verschlussdüse während der Rückbewegung des Gießkolbens in die Zusatzhubposition geschlossen zu halten und erst zu öffnen, wenn sich der Gießkolben wieder vorbewegt.
Druckgießmaschine nach Anspruch 6, weiter dadurch gekennzeichnet, dass die Verschlussdüse einen schmelzepfropfenbildenden Düsenteil und/oder einen in seinem Durchlassquerschnitt steuerbar veränderlichen Düsenteil aufweist.
Druckgießmaschine nach Anspruch 6 oder 7, weiter dadurch gekennzeichnet, dass das Absperrventil als ein von der Steuereinheit steuerbares Absperrsteuerventil oder als ein in seine Schließstellung vorgespanntes Rückschlagventil ausgebildet ist.
Druckgießmaschine nach Anspruch 8, weiter gekennzeichnet durch einen von der Steuereinheit angesteuerten Ventil-Aktor (16) zur Betätigung des Absperrsteuerventils.
Druckgießmaschine nach einem der Ansprüche 6 bis 9, weiter gekennzeichnet durch eine Ventilsensoreinheit (18) zur Sensierung einer oder mehrerer Messgrößen des Absperrventils und/oder der Verschlussdüse.