EP0068147A1 - Einrichtung zur Druckbeaufschlagung des Presszylinders einer Druckgiessmaschine - Google Patents

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EP0068147A1
EP0068147A1 EP82104584A EP82104584A EP0068147A1 EP 0068147 A1 EP0068147 A1 EP 0068147A1 EP 82104584 A EP82104584 A EP 82104584A EP 82104584 A EP82104584 A EP 82104584A EP 0068147 A1 EP0068147 A1 EP 0068147A1
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pressure
cylinder
compensating
gas
press
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Friedrich Dipl.Ing. Stummer
Rolf Frey
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Mahle GmbH
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D17/00—Pressure die casting or injection die casting, i.e. casting in which the metal is forced into a mould under high pressure
    • B22D17/20—Accessories: Details
    • B22D17/32—Controlling equipment

Definitions

  • the invention relates to a device for pressurizing the press cylinder of a die casting machine according to the preamble of claim 1.
  • phase 1 In the initial phase of the casting process (phase 1), only a low speed of the plunger is provided in order to avoid splashing of the melt. In the actual filling phase (phase 2), high velocities of the plunger are selected in order to carry out the filling process quickly, while in the final and holding pressure phase (phase 3) considerably higher baling pressures are required and therefore the plunger is subjected to high pressure.
  • the invention has for its object to provide a pressurizing device working in all working phases with hydraulic fluid with a similar device simple structure, as described in such devices in DE-OS 23 56 711, in which a safe Damping the pressure surge at the end of the 2nd and 3rd Working phase can be achieved while maintaining the highest possible pressure difference between the pressure accumulator and the plunger in the actual filling phase.
  • the drawing shows a flow diagram of an embodiment of the invention.
  • Press cylinder and plunger of the casting machine are designated 1 and 4.
  • the valves 2, 3, 5 and 6 and the lines leading to the press cylinder 1 are used essentially only for carrying out the first working phase and for the return of the plunger 4 and the emptying of the compensating cylinder 8b).
  • Only the valve 5 also performs a function in the 2nd and 3rd working phases in such a way that it ensures a rapid drainage of the hydraulic fluid from the press cylinder.
  • the valve 3, on the other hand, only ensures at the end of the 2nd and 3rd working phases that the line which opens from the pressure side of the plunger 4 is closed.
  • the high-pressure accumulator 7a, 7b and the compensation accumulator 8b, 8b are essential elements for realizing the invention.
  • the high-pressure accumulator 7a, 7b and the compensating accumulator 8a, 8b each consist of a cylinder (high-pressure cylinder 7b or compensating cylinder 8b), each with a piston 10 or 11 displaceable therein and downstream pressure vessels (high-pressure container 7a or compensating container 8a).
  • a cylinder high-pressure cylinder 7b or compensating cylinder 8b
  • piston 10 or 11 displaceable therein and downstream pressure vessels
  • downstream pressure vessels high-pressure container 7a or compensating container 8a
  • other separating elements such as storage bladders can be used.
  • the volume of the pressure containers 7a, 8a is designed such that the pressure level of the stored gas remains approximately constant over the entire displacement paths of the pistons 10 and 11, or changes slightly progressively in the compensating cylinder 8b.
  • the final pressure in the high-pressure accumulator 7a, 7b is built up by pushing back the piston 10 under the pressure of hydraulic fluid introduced into the high-pressure cylinder 7b.
  • the pressure in the compensating accumulator 8a, 8b is predetermined as a function of the desired holding pressure in the 3rd phase and is below the final pressure in the high-pressure accumulator 7a, 7b.
  • the pressure setting in the expansion tank 8a is carried out by the amount of hydraulic fluid that is introduced via the pressure setting valve 12.
  • the operation of the pressurizing device is as follows.
  • the first working phase takes place with the valve 9 closed and the valves 2 and 3 actuated in a manner known per se.
  • the transition to the second work phase is initiated by opening the valve 9 provided with an adjustable throttle.
  • the piston 11 of the compensating cylinder 8b is in the position shown in the drawing.
  • the piston 10 of the high-pressure cylinder 7b now presses the hydraulic fluid under the full pressure of the high-pressure container 7a into the press cylinder 1 on the press piston 4 at the beginning of the second work phase.
  • the line between the press cylinder 1 prevails and high-pressure accumulators 7a, 7b a lower pressure than that set in the expansion tank 8a.
  • the piston 11 does not change its position during the second working phase.
  • a prerequisite for the functionality of the device is that the displacement paths of the pistons 10 and 11 are designed such that when the piston 10 is fully extended, the piston 11 is still freely movable at the end of the 3rd working phase, ie it is not yet in the direction of has reached the downstream expansion tank 8a.
  • the pressure in the high Pressure vessel 7a can be set to 300 bar, for example. In this case, the pressure to be selected for the expansion tank 8a is approximately in a range between 80 and 270 bar. The pressure level actually set depends on the level of the desired reprint at the end of the 3rd work phase.
  • the compensating cylinder 8b is connected in the narrowest cross section of a Venturi tube 13 arranged in the connecting line between the press cylinder 1 and valve 9. This ensures that the hydraulic fluid always flows in the direction of the press cylinder 1 at the high flow velocities in the venturi tube, since the static pressure on the piston 11 is lower than that which acts on the press piston 4.
  • the compensating cylinder 8b is emptied by switching the valves 6, 2 and 3 until the piston 11 is in the starting position.

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
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Abstract

Bei einer nach dem Drei-Phasen-System arbeitenden Druckgießmaschine, insbesondere Kaitkammer-Druckgießmaschine, erfolgt die Druckbeaufschlagung des Preßzylinders in der 2. und 3. Arbeitsphase über in einem Hochdruckspeicher (7a, 7b) über einen Kolben (10) durch Gasbeaufschlagung unter Druck gesetzte Hydraulikflüssigkeit. Zum Abschluß der 3. Arbeitsphase wird der von dem Hochdruckspeicher (7a, 7b) ausgehende Druck durch einen in der Verbindungsleitung zwischen Hochdruckspeicher (7a, 7b) und Preßzylinder (1) ventillos angeordneten Ausgleichsspeicher (8a, 8b) auf einen in dem Ausgleichspeicher (8a, 8b) voreingestellten Druck begrenzt. Der in dem Ausgleichsspeicher (8a, 8b) vorgegebene Druck ist frei wählbar und liegt unter demjenigen in dem Hochdruckspeicher (7a, 7b). Durch die einstellbare Druckdifferenz zwischen Hochdruckspeicher (7a, 7b) und Ausgleichspeicher (8a, 8b) ist es möglich, in der 2. Arbeitsphase durch Anlagen einer hohen Druckdifferenz zwischen Hochdruckspeicher (7a, 7b) und Preßzylinder (1) ein schnelles Formfüllen zu erreichen unter gleichzeitiger Beschränkung des End- und Nachdruckes in der 3. Arbeitsphase auf einen unterhalb des Druckes im Hochdruckspeicher (7a, 7b) gelegenen Enddruck. Der Ausgleichspeicher (8a, 8b) wird im Prinzip von einem gasbeaufschlagten Kolben (11) gebildet. Die Einrichtung vermeidet sicher und mit einfachen Mitteln das Auftreten schädlicher Druckstöße in den Arbeitsphasen.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Druckbeaufschlagung des Preßzylinders einer Druckgießmaschine nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
  • Der dreiphasige Gießvorgang setzt sich bei dieser Art von Druckgießmaschinen folgendermaßen zusammen. In der Anfangsphase des Gießvorganges (Phase 1) wird nur eine kleine Geschwindigkeit des Preßkolbens vorgesehen, um ein Spritzen der Schmelze zu vermeiden. In der eigentlichen Füllphase (Phase 2) werden hohe Geschwindigkeiten des Preßkolbens gewählt, um den Füllvorgang rasch durchzuführen, während in der End- und Nachdruckphase (Phase 3) erheblich höhere Preßdrücke erforderlich sind und deshalb der Preßkolben mit hohem Druck beaufschlagt wird.
  • Gattungsmäßig vergleichbare Einrichtungen zur Druckbeaufschlagung von Druckgießmaschinen sind z.B. in der DE-OS 23 56 711 beschrieben. Danach besteht ein typischer Aufbau einer derartigen Einrichtung darin, daß der Preßkolben durch aus einem Druckspeicher kommende Hydraulikflüssigkeit angetrieben wird. Der Druck in dem Druckspeicher wird durch über der Hydraulikflüssigkeit lagerndes komprimiertes Gas erzeugt. Der Gasdruck in dem Druckspeicher wird durch Einfüllen von Hydraulikflüssigkeit unter Druck von einer Pumpe direkt in dem Druckspeicher erzeugt. Als nachteilig wird es bei dieser Einrichtung angesehen, daß es nach Abschluß des Füllvorganges in der Füllphase 2 zu einem ein gutes Gußstück beeinträchtigenden Druckschlag kommt. Dies ist besonders dann der Fall, wenn das Druckniveau in dem Speicher hoch gewählt wird, um durch eine große Druckdifferenz zwischen Speicher und Preßkolben einen möglichst schnellen Formfüllvorgang realisieren zu können. Durch Einstellung eines niedrigeren Speicherdruckes kann dann der Druckstoß nach der 2. Arbeitsphase zwar gemindert werden, allerdings mit der zwangsläufigen Folge, daß durch die entsprechend geringere Druckdifferenz zwischen Preßkolben und Druckspeicher auch der eigentliche Füllvorgang verlangsamt wird. Gerade dies ist jedoch besonders bei der Verarbeitung von Leichtmetallen nur unter Inkaufnahme einer schlechteren Gußqualität möglich.
  • Zur Milderung des schädlichen Druckstoßes am Ende der 3. Arbeitsphase wird in der genannten DE-OS 23 56 711 vorgeschlagen, den Preßkolben nicht unter Zwischenschaltung einer Hydraulikflüssigkeit, sondern direkt durch aus dem Druckspeicher kommendes Gas anzutreiben. Dadurch soll durch geringere Masse des Hydraulikmediums und der Kompressionseigenschaft des Hydraulikmediums Gas der am Ende der 3. Arbeitsphase auftretende Druckstoß erheblich verminderbar sein. Abgesehen davon, daß bei dieser Lösung unerwünschte Gasfederungsvorgänge zu erwarten sind und daher das Druckstoßproblem nur unbefriedigend gelöst zu sein scheint, hat diese Einrichtung noch andere Nachteile. Insbesondere sind die drei Arbeitsphasen, nämlich Vorfüll- Formfüll- und Nachdruckvorgänge nicht unabhängig voneinander regelbar und durchführbar. Denn in allen drei Phasen muß praktisch mit der gleichen Druckdifferenz zwischen Preßkolben und Druckspeicher gearbeitet werden. Da in der eigentlichen Formfüllphase eine hohe Druckdifferenz - wie oben erläutert ist - erforderlich ist, besteht dieser Druck dann automatisch auch am Ende der 3. Arbeitsphase, in der sich der Druckstoß aufbaut, an. Darüberhinaus sind für den Rückzug des Preßkolbens hohe Kräfte erforderlich, da der Preßkolben gegen den vollen Arbeitsdruck im Druckspeicher verschoben werden muß. Überdies entstehen durch eine Gasdruckbeaufschlagung vieler Bauteile erhebliche Sicherheitsprobleme.
  • Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine in allen Arbeitsphasen mit Hydraulikflüssigkeit arbeitende Druckbeaufschlagungseinrichtung mit ähnlich einrichtungsmäßig einfachem Aufbau, wie er bei solchen Einrichtungen in der DE-OS 23 56 711 beschrieben ist, zu schaffen, bei der eine sichere Dämpfung des Druckstoßes am Ende der 2.u.3. Arbeitsphase erreichbar ist bei gleichzeitiger Einhaltung einer möglichst hohen Druckdifferenz zwischen Druckspeicher und Preßkolben in der eigentlichen Füllphase.
  • Gelöst wird diese Aufgabe durch eine Ausgestaltung der Einrichtung zur Druckbeaufschlagung nach den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1.
  • Weitere Ausgestaltungen der Erfindung enthalten die Unteransprüche.
  • Die Zeichnung zeigt ein Fließschema eines Ausführungsbeispiels der Erfindung.
  • Preßzylinder und Preßkolben der im übrigen nicht dargestellten Gießmaschine sind mit 1 und 4 bezeichnet. Die Ventile 2,3,5 und 6 sowie die damit in Verbindung stehenden zu dem Preßzylinder 1 führenden Leitungen dienen im wesentlichen nur zur Durchführung der ersten Arbeitsphase sowie der Rückführung des Preßkolbens 4 und dem Entleeren des Ausgleichszylinders 8b).Lediglich das Ventil 5 übt auch in der 2. und 3. Arbeitsphase eine Funktion dahingehend aus, daß es für einen schnellen Abfluß der Hydraulikflüssigkeit aus dem Preßzylinder sorgt. Das Ventil 3 sorgt dagegen bei Ablauf der 2. und 3. Arbeitsphase lediglich dafür, daß die von der Druckseite des Preßkolbens 4 einmündende Leitung verschlossen ist. Für die Realisierung der Erfindung wesentliche Elemente sind der Hochdruckspeicher 7a, 7b sowie der Ausgleichspeicher 8b, 8b. Beide Speicher münden in eine gemeinsame Zuleitung zu dem Preßzylinder 1 und sind in dieser Leitung durch ein Ventil 9 voneinander trennbar. Der Hochdruckspeicher 7a, 7b sowie der Ausgleichspeicher 8a, 8b bestehen jeweils aus einem Zylinder (Hochdruckzylinder 7b bzw. Ausgleichszylinder 8b) mit jeweils einem darin verschiebbaren Kolben 10 bzw. 11 und nachgeschalteten Druckgefäßen (Hochdruckbehälter 7a bzw. Ausgleichbehälter 8a). Anstelle der Kolben 10, 11 können andere Trennorgane wie z.B. Speicherblasen eingesetzt werden. Das Volumen der Druckbehälter 7a, 8a ist derart ausgelegt, daß das Druckniveau des gespeicherten Gases über die gesamten Verschiebewege der Kolben 10 und 11 etwa konstant bleibt, bzw. sich im Ausgleichszylinder 8b gering progressiv ändert. Der Enddruck in dem Hochdruckspeicher 7a, 7b wird durch Rückschieben des Kolbens 10 unter dem Druck von in den Hochdruckzylinder 7b eingebrachter Hydraulikflüssigkeit aufgebaut. Der Druck in dem Ausgleichspeicher 8a, 8b wird abhängig vom gewünschten Nachdruck in der 3. Phase vorgegeben und liegt unter dem Enddruck in dem Hochdrucksepeicher 7a, 7b. Die Druckeinstellung in dem Ausgleichbehälter 8a erfolgt durch die Hydraulikflüssigkeitsmenge, die über das Druckeinstellventil 12 eingebracht wird.
  • Die Arbeitsweise der Druckbeaufschlagungseinrichtung ist wie folgt.
  • Die 1. Arbeitsphase erfolgt bei geschlossenem Ventil 9 unter Betätigung der Ventile 2 und 3 in an sich bekannter Weise. Der Übergang in die 2. Arbeitsphase wird durch Öffnen des mit einer verstellbaren Drossel versehenen Ventiles 9 eingeleitet. Zu diesem Zeitpunkt befindet sich der Kolben 11 des Ausgleichzylinders 8b in der in der Zeichnung dargestellten Lage. Der Kolben 10 des Hochdruckzylinders 7b drückt nun zu Beginn der 2. Arbeitsphase die Hydraulikflüssigkeit unter dem vollen Druck des Hochdruckbehälters 7a in den Preßzylinder 1 auf den Preßkolben 4. Durch das Verschieben des Preßkolbens 4 in der 2. Arbeitsphase herrscht in der Leitung zwischen Preßzylinder 1 und Hochdruckspeicher 7a, 7b ein niedrigerer Druck als der in dem Ausgleichbehälter 8a eingestellte. Dadurch verändert der Kolben 11 während der 2. Arbeitsphase seine Lage nicht. Bei einem Druckstoß am Ende der 2. Arbeitsphase und während der 3. Arbeitsphase, d.h. der End- und Nachdruckphase, weicht der Kolben 11 dann unter dem sich verstärkt in dem Preßzylinder aufbauenden Druck aus und wirkt dadurch druckdämpfend bzw. abbauend. Auf diese Weise ist es möglich, Druckstöße am Ende der 2. Phase sowie den End- und Nachdruck sowie Druckstöße in der 3. Arbeitsphase auf einfachste Weise auf einen vorgegebenen Wert zu beschränken. Wichtig ist dabei, daß diese Beschränkung den Ablauf der 2. Arbeitsphase, in der mit einer möglichst hohen Druckdifferenz zwischen Preßkolben und Hochdruckspeicher 7a, 7b gearbeitet werden soll, in keiner Weise beeinträchtigt. Die Arbeitsdrücke für beide Phasen sind vielmehr unabhängig voneinander wählbar. Hierin liegt einer der wesentlichen Vorteile der erfindungsgemäßen Einrichtung. Eine Voraussetzung für die Funktionsfähigkeit der Einrichtung ist es, daß die Verschiebewege der Kolben 10 und 11 so ausgelegt sind, daß bei voll ausgefahrenem Kolben 10 am Ende der 3. Arbeitsphase der Kolben 11 noch frei beweglich ist, d.h. noch nicht seinen Anschlag in Richtung auf den ihm nachgeschalteton Ausgleichsbehälter 8a erreicht hat. Der Druck in dem Hochdruckbehälter 7a kann z.B. auf 300 bar eingestellt sein. In diesem Fall liegt der für den Ausgleichbehälter 8a zu wählende Druck etwa in einem Bereich zwischen 80 und 270 bar. Die tatsächlich eingestellte Druckhöhe richtet sich nach der Höhe des gewünschten Nachdruckes am Ende der 3. Arbeitsphase.
  • Außerdem treten zwischen dem Ende der 2. Arbeitsphase und dem Beginn der 3. Arbeitsphase keine Schaltzeiten auf, da keine Ventile verwendet werden müssen.
  • In dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Ausgleichzylinder 8b im engsten Querschnitt eines in der Verbindungsleitung zwischen Preßzylinder 1 und Ventil 9 angeordneten Venturirohres 13 angeschlossen. Dadurch ist sichergestellt, daß die Hydraulikflüssigkeit bei den hohen Strömungsgeschwindigkeiten in dem Venturirohr stets zunächst in Richtung Preßzylinder 1 strömt, da der statische Druck auf dem Kolben 11 kleiner ist als derjenige, der auf den Preßkolben 4 wirkt.
  • Nach durchgeführtem Einpreßzyklus wird durch Schalten der Ventile 6, 2 und 3 der Ausgleichszylinder 8b entleert bis der Kolben 11 in Ausgangsposition steht.

Claims (7)

1. Einrichtung zur Druckbeaufschlagung des Preßzylinders einer Druckgießmaschine, insbesondere Kaltkammer-Druckgießmaschine mit Drei-Phasen-Arbeitssystem, bei der das Einpreßteil aus einem Preßzylinder (1) mit einstufigem Preßkolben (4) besteht und zumindest der für die 2. und 3. Phase erforderliche Füll-, End- und Nachdruck aus einem mit Flüssigkeit gefüllten unter Gasdruck stehenden Hochdruckspeicher (7a, 7b) aufgebracht wird, während der Druck für die 1. Phase durch ein von dem Hochdruckspeicher (7a, 7b) gesondertes System aufgebracht werden kann, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:
(a) in eine Verbindungsleitung zwischen Hochdruckspeicher (7a,7b) und Preßzylinder (1) mündet ein Ausgleichspeicher (8a,8b) ventillos,
(b) der gasbeaufschlagte Hochdruckspeicher (7a,7b) besteht aus einem mit Gas gefüllten Hochdruckbehälter (7a) und einem in Richtung zum Preßzylinder (1) nachgeschalteten Hochdruckzylinder (7b) mit darin verschieblichem Kolben (10) zur Trennung der Hydraulikflüssigkeit von dem den Hochdruckzylinder (7b) beaufschlagenden Gas des Hochdruckbehälters (7a),
(c) der Ausgleichspeicher (8a,8b) besteht aus einem mit Gas gefüllten Ausgleichbehälter (8a) mit in Richtung zum Preßzylinder (1) nachgeschaltetem Ausgleichzylin- der (8b) mit darin verschieblichem Kolben (11) zur Trennung der Hydraulikflüssigkeit von dem den Ausgleichzylinder (8b) beaufschlagenden Gas des Ausgleichsbehälters (8a),
(d) der Druck im Ausgleichspeicher (8a, 8b) ist niedriger als der Druck im Hochdruckspeicher (7a,7b)
2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in die von Hochdruckspeicher (7a, 7b) zum Preßzylinder (1) führende Verbindungsleitung zwischen in diese Verbindungsleitung einmündendem Ausgleichsspeicher (8a,8b) und Hochdruckspeicher (7a,7b) ein Ventil (9) angeordnet ist, das nur während des Ablaufs der 2. und 3. Arbeitsphase geöffnet ist.
3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß zur Rückführung des Kolbens (10) im Hochdruckzylinder (7b) in dessen Arbeits- Ausgangslage in dem zwischen dem Ventil (9) und dem Hochdruckzylinder (7b) liegenden Teil der Hydraulikleitung ein Anschluß zum Einbringen von Hydraulikflüssigkeit vorgesehen ist.
4. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß die Höhe des Gasdrucks in dem Ausgleichbehälter (8a) durch einen Anschluß des Ausgleichsbehälters (8a) an die Hydraulikflüssigkeit über ein Druckbegrenzungsventil (12) beliebig einstellbar ist.
5. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß die Verbindungsleitung zwischen Preßzylinder (1) und Hochdruckzylinder (7b) an der Stelle, an der der Ausgleichszylinder (8b) einmündet, als Venturirohr (13) ausgebildet ist ist und die Einmündungsstelle im Bereich des engsten Strömungsquerschnittes des Venturirohres liegt.
6. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß die Rückführung des Kolbens (11) in die Ausgangsposition durch Betätigung der Ventile (6,2,3) erfolgt.
7. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß der Kolben (11) in der Ausgangsposition am oberen Anschlag des Ausgleichszylinders (8b) in Richtung Venturirohr (13) anliegt.
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