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Steuereinrichtung für einen hydraulischen, doppeltwirkenden Differentialkolben-Servomotor,
insbesondere für Druckgießmagdhinen Die Erfindung betrifft eine insbesondere für
Druckgießmaschinen bestimmte Steuereinrichtung für einen hydraulischen, doppeltwirkenden
Differentialkolben-Servomotor mit hin- und hergehender Bewegung und mit im Verlaufe
des Vorschubes in der einen Richtung steuerbarem Arbeitsdruck.
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Es ist eine derartige Einrichtung bekannt, bei welcher die eine Seite
des Differentialkolbens :zunächst eine drucklose Flüssigkeitssäule vor sich her
in einen Ausweichraum mit regelbarem Volumen schiebt und nach dessen Füllung durch
eine Drossel drückt, wobei sich ein Gegendruck aufbaut. Dadurch wird an einer vorbestimmten
Stelle des Verschiebeweges eine Verminderung des wirksamen Druckes, verbunden mit
einer Verlangsamung der weiteren Vorschubbewegung, erreicht.
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Im Gegensatz dazu liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde,
den beim Vorschub des Differentialkolbens einer Steuerungseinrichtung der eingangs
erwähnten Art wirksamen Druck an einem vorbestimmten Punkte des Kolbenweges möglichst
verzögerungsfrei zu steigern. Diese Aufgabe läßt sich durch Umkehrung des Prinzips
der bekannten, mit einer Drossel arbeitenden Einrichtung nicht lösen, da dieses
wohl die Zuschaltung einer Drossel, aber nicht deren Abschaltung ermöglicht. Andererseits
besteht aber - insbesondere beim Bau von Druckgießmaschinen - ein erhebliches Bedürfnis
nach -.einer einfachen und sicher wirkenden Lösung der gestellten Aufgabe.
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Um beim Druckgießen dichte Gußstücke zu erzielen, ist es erwünscht,
die Füllung des Formhohlraumes mit dem einströmenden Metall so vorzunehmen, daß
die im Formhohlraum befindliche Luft genügend Zeit hat, um zu entweichen. Deshalb
ist man bestrebt, den die Formfüllung bewirkenden Druckkolben von Druckgießmaschinen
in einer ersten Phase seines Vorschubs langsam und mit entsprechend geringer Kraft
zu bewegen. Gegen das Ende der die Formfüllung bewirkenden Bewegung des Druckkolbens
ist es vorteilhaft, dessen Geschwindigkeit und Arbeitsdruck zu erhöhen. Die besten
Ergebnisse sind zu erzielen, wenn sowohl der Arbeitsdruck als auch die Geschwindigkeit
des Druckkolbens stufenlos regelbar sind, damit diese Größen auf die Art des herzustellenden
Druckgußteiles genau abgestimmt werden können.
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Bei einer bekannten Druckgießmaschine wird die Verwirklichung dieses
erwünschten Arbeitsprinzips dadurch angestrebt, daß der hydraulische Antriebskolben
für den Druckkolben zunächst von einem niedrig gespannten Druckmittel beaufschlagt
wird, daß später der Arbeitsdruck und die Vorschubgeschwindigkeit durch Zuschalten
eines Akkumulators erhöht wird und daß schließlich in einer Endphase eine nochmalige
Steigerung des Arbeitsdruckes durch Zuschalten einer Hochdruckpumpe bewirkt wird.
Die hierzu erforderliche Einrichtung ist aufwendig und außerdem mit dem Mangel behaftet,
daß das Zuschalten der einzelnen Druckstufen mit einer nicht vermeidbaren Trägheit
vor sich geht, weil jeweils eine verhältnismäßig große Druckmittelsäule beschleunigt
werden muß, bevor sie wirksam werden kann. Außerdem gewährleistet sie nicht ohne
weiteres eine erwünschte Regelbarkeit der Anfangsgeschwindigkeit des Druckkolbens
in den erforderlichen weiten Grenzen.
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Gemäß der Erfindung werden diese Nachteile dadurch vermieden, daß
bei einer Steuereinrichtung der eingangs erwähnten Art auf die beim Vorschub wirksame
Kolbenfläche ein in üblicher Weise gesteuertes Druckmittel, z. B. Preßwasser, mit
konstanter Spannung einwirkt, während in an sich bekannter Weise auf die in entgegengesetzter
Richtung wirksame Kolbenfläche zeitweilig eine Druckmittelsäule einwirkt, deren
Druck durch einen an sich bekannten druckluftbelasteten Akkumulator mit stufenlos
regelbarem Luftdruck bestimmt ist, und deren Einwirkung an einem vorherbestimmten
Punkt des Kolbenweges abschaltbar ist.
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Diese Art der Steuerung der Geschwindigkeit und des Arbeitsdruckes
eines hydraulisch bewegten Kolbens durch die Anwendung eines äbschaltbaren und
beliebig
regelbaren Gegendruckes zeichnet sich durch große Einfachheit und Robustheit aus.
Sie gestattet nach einer einmal vorgenommenen Einstellung den Ablauf der zu steuernden
Bewegung in jeder gewünschten Weise, ohne däß im Laufe der Zeit ungewollte Änderungen
eintreten, und sie arbeitet vor allem sicher, weil der volle Enddruck von Anfang
an immer vorhanden ist und nicht stufenweise erst erzeugt werden muß.
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In vorteilhafter weiterer Ausbildung des Erfindungsgegenstandes dient
zum Abschalten der Einwirkung der Druckmittelsäule ein Auslaßventil, das durch eine
an der Kolbenstange des Antriebskolbens befestigte Kurve abhängig von der Stellung
des Antriebskolbens gesteuert wird.- Zum Zurückholen des Arbeitskolbens wird diese
Kurve durch einen unter dem Einfluß des gesteuerten Druckmittels stehenden Kolben
auch unabhängig von der Lage des Antriebskolbens in eine Lage gebracht, welche der
Schließstellung des Auslaßventils entspricht. Schließlich ist der Erfindungsgegenstand
in vorteilhafter Weise für den hydraulischen Antrieb des Druckkolbens einer Druckgießmaschine
geeignet.
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Die Zeichnung stellt ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes
dar.
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Zu steuern ist bei diesem Beispiel der Arbeitshub eines im Druckzylinder
1 gelagerten Antriebskolbens 2, an dessen Schaft 3 der nicht dargestellte Druckkolben
einer Druckgießmaschine sitzt. Die Bewegung dieses Antriebskolbens 2 wird durch
ein Ventilpaar 4 und 5 bzw. 4 und 21 sowie durch ein weiteres Ventilpaar gesteuert,
von dem in der Zeichnung das Druckventil 5 sichtbar ist, während das Abwasserventil
hinter 4 liegt. Zur Betätigung des Einzelventils 4 und des Ventilpaares 5 ist ein
Handhebel 6 vorgesehen, der selbstverständlich auch durch automatische Steuerungsmittel,
z. B. durch umlaufende Nockenscheiben, ersetzt werden kann. Die größere Fläche des
Kolbens 2 wird über die Leitung 7 von Preßwasser mit einer konstanten großen Spannung
beaufschlagt, wenn das Druckventil 5 den Durchfluß des Preßwassers durch die Leitung
7 gestattet. Der seiner kleineren Fläche zugeordnete Raum des Zylinders 1 ist über
eine Leitung 8 mit einem Multiplikator 9, 10 verbunden, auf dessen größeren Kolben
10 die Wassersäule 11 eines Akkumulators drückt, der mit einem Luftkissen 12 belastet
ist. Die Spannung des Luftkissens 12 ist an einem Manometer 13 ablesbar und durch
Zuleiten von Preßluft über eine Leitung 14 oder durch Ablassen von Preßluft über
eine Leitung 15 durch eine entsprechende Stellung des Ventils 16 stufenlos regelbar.
Ebenso kann über einen Dreiwegehahn 17 Preßwasser aus dem Akkumulator abgelassen
oder in ihn eingeführt werden.
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Vom Multiplikator 9,10 führt eine zweite Leitung 18 über ein Rückschlagventil
19 zum Ventil 4. Außerdem zweigt von der Leitung 18 eine drucklose Abwasserleitung
20 ab, die durch ein Ventil 21 verschließbar und so angeordnet ist, daß der Raum
um den Plunger 9 immer mit Preßflüssigkeit gefüllt bleibt. Dieses Ventil wird durch
einen Hebel 22 gesteuert, dessen Rolle 23 auf einem Lineal 24 abrollt, das mit der
Stange 3 des zu steuernden Kolbens 2 verbunden ist. Mit diesem Lineal ist außerdem
ein Zylinder 25 starr und ein Kurvenstück 29 schwenkbar verbunden. Letzteres ist
außer am Lineal 24 auch am Kolben 26 angelenkt, der im Zylinder 25 gelagert ist.
Auf die kleinere Fläche dieses Kolbens wirkt ein konstanter Druck im Sinne des eingezeichneten
Pfeiles 27. Seine größere Seite ist über die flexible Leitung 28 und die Leitung
7 mit dem Druckraum des Arbeitszylinders 1 verbunden.
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Die Zeichnung zeigt die Stellung der beschriebenen Teile zu Beginndes
Arbeitshubes. Die größere Fläche des Kolbens 2 ist dabei über die Leitung 7 mit
Preßwasser von konstantem Druck belastet, der den Kolben nach links drückt. Dadurch
erhöht sich der Druck auch auf der anderen Seite des Kolbens 2 und infolgedessen
gehen die Kolben 9 und 10 etwas nach oben und komprimieren das Luftkissen 12. Die
Geschwindigkeit des Kolbens 2 nimmt dadurch etwas ab. Sie ist im übrigen abhängig
von dem einstellbaren Druck des Luftkissens 12. Mit dem Kolben 2 bewegt sich gleichsinnig
auch das Lineal 24. Sobald die Rolle 23 auf die mit dem Lineal verbundene Kurve
29 aufläuft, wird über den Hebel 22 das Ventil 21 geöffnet und der Druck in der
Leitung 18 und in dem Teil des Zylinders 1 abgebaut, welcher der kleineren Fläche
des Kolbens 2 zugeordnet ist. Es wirkt infolgedessen auf den Kolben 2 jetzt nur
noch der in der Leitung 7 herrschende, durch keine Gegenkraft mehr geschwächte Preßdruck,
was einen alsbaldigen Anstieg des Arbeitsdruckes und der Kolbengeschwindigkeit zur
Folge hat. Wann das geschehen soll, kann durch entsprechende Einstellung des die
Kurve 29 tragenden Lineals 24 bestimmt werden. In der Zeichnung ist die dazu erforderliche
Längsverschiebbarkeit des Lineals gegenüber seinem Träger der Übersichtlichkeit
halber nicht angedeutet.
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Um den Kolben 2 wieder in seine ursprüngliche Lage zurückzuführen,
werden die Leitungen 7 und 28 durch Umlegen des Hebels 6 auf Abwasser geschaltet.
Dadurch gleitet der Steuerkolben 26 nach unten und die Kurve 29 kommt in die in
strichpunktierten Linien angedeutete Lage. Infolgedessen schließt sich das Ventil
21 wieder. Gleichzeitig gelangt über das nunmehr ebenfalls offene Ventil
4 und die Leitungen 18 und 8
Preßwasser in den Zylinder 1 und
schiebt den Kolben 2 zurück.
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Sobald man nun den Hebel 6 wieder in die gezeichnete Lage bringt,
wiederholt sich das beschriebene Arbeitsspiel.