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Verfahren und Vorrichtung zur Regelung der Gießkolbenbewegung
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während des Einpreßvorganges an einer Druckgießmaschine
Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regelung der Gießkolbenbewegung während des
Einpressvorganges in einer nach dem Mehrphasenprinzip arbeitenden Druckgießmaschine,
wobei mindestens ein Gießparameter während des Einpreßvorganges gemessen und der
Druckmittelfluß im Einpreßteil in Abhängigkeit eines Istwert-Sollwert-Vergleiches
des Gießparameters eingestellt wird.
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Die Steuerung der Druckmittelzufuhr zum Einpreßteil erfolgt bei den
bisher bekannten Druckgießmaschinen mit von Hand einstellbaren Ventilen, mit digital
einstellbaren Ventilen, mit Ventilen, die durch einen elektronischen Antrieb mit
Elektromotoren verstellbar sind, oder mit Proportionalventilen in offener Steuerkette.
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Ferner ist es bekannt, den Druckverlauf über der Zeit während des
Gießvorganges zu messen, die für die einzelnen Phasen benötigten Zeiträume zu ermitteln
und bei Abweichung der Zeit-Istwerte von vorgegebenen Zeit-Sollwerten die Ventilanordnungen
vor dem nächsten Gießvoraang so einzustellen,da'ß jeweils die gewünschte Gießkolbengeschwindigkeit
in den Phasen des cießvorganges erreicht wird.
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Es ist ferner bereits bekannt, während der ersten Phase die Druckmittelzufuhr
so zu steuern, daß der Gießkolben von der Geschwindigkeit Null bis auf einen gewissen
Wert der Geschwindigkeit allmählich beschleunigt wird. Ein solcher progressiver
Geschwindigkeitsverlauf war jedoch nach dem bisherigen Verfahren während der zweiten
und dritten Phase des Gießvorganges nicht möglich.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs
genannten Art anzugeben, das es ermöglicht, zumindest während der ersten und zweiten
Phase des Gießvorganges eine Änderung der Gießkolbengeschwindigkeit gemäß einer
vorgegebenen Funktion zu erreichen, ohne daß dadurch die Einpreßgeschwindigkeit
insgesamt gegenüber den herkömmlichen Verfahren niedriger wird.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Geschwindigkeit
des Gießkolbens als Funktion des Gießkolbenweges vorgegeben wird, daß der vom Gießkolben
tatsächlich zurückgelegte Weg gemessen wird und daß mindestens während der ersten
und/oder zweiten Phase des laufenden Gießvorganges der Druckmittelfluß im Einpreßteil
derart gesteuert wird, daß die Gießkolbenge-schwindigkeit ihren dem Istwert des
Gießkolbenweges entsprechenden Funktionswert aufweist.
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Durch diese Art der Regelung ist es möglich, nun die Gießkolbengeschwindigkeit
während der ersten und/oder der zweiten Phase des Gießvorganges entsprechend einem
vorgegebenen Verlauf zu steigern. Dies hat den Vorteil, daß das vom Gießkolben vorgeschobene
Metall beschleunigt wird, ohne daß sich Wellen in dem Metall bilden können, die
ggfs.
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zu Lufteinschlüssen führen könnten. Da es wegen der progressiven Geschwindigkeitszunahme
des Gießkolbens keinen Stoß auf das Metall gibt, könne auch schwierige Gußteile
mit bester Qualität gegossen werden. Die während des laufenden Gießvorganges vorgenommene
Regelung der Druckmittelzufuhr entsprechend einem vorgegebenen Verlauf der Gießkolbengeschwindigkeit
ermöglicht eine Anpassung derselben an die jeweiligen Anforderungen. So kann beispielsweise
auch am Ende der zweiten Phase eine abfallende Geschwindigkeit vorgewählt und eingestellt
werden, um den sonst üblicherweise am Ende der zweiten Phase auftretenden Druckstoß
zu
verhindern.
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Um den steuerungstechnischen Aufwand möglichst gering zu halten, kann
die aeschwindigkeitsfunktion als unstetige Funktion mit im wesentlichen geradlinigen
Abschnitten vorgegeben werden, indem man eine diskrete Anzahl von Wegkoordínaten,
diesen zugehörige GeschwindigkRitswerte und die Anstiegswerte der FunktionsabSchnitte
vor der jeweiligen Weoodinate vorgibt.
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Die Änderung der Gießkolbengeschwindigkeit kann sowohl durch eine
Einstellung des Druckmittelzuflusses- zum Preßzylinderarbeitsraum als auch durch
eine Steuerung des Abflusses aus dem Rückzugsraum des Preßzylinders oder durch eine
Kombination beider Maßnahmen erfolgen.
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Zur zusätzlichen Überwachung der ersten und zweiten Phase wird erfindungsgemäß
vorgeschlagen, daß die Laufzeit des Gießkolbens von einer bestimmten Wegmarke bis
zum Erreichen eines bestimmten Druckes im Preßzylinderarbeitsraum- gemessen wird,
daß derMeßwert mit einem vorgegebenen oberen tind unteren Grenzwert verglichen wird
und daß bei Erreichen oder Über- bzw. Unterschreiten eines der Grenzwerte ein zur
Steuerung des Druckmittelflusses verwendbares Signal erzeugt wird-. Dadurch kann
eine zusätzliche Sicherheit geschaffen werden, daß in einer vorgeschriebenen Zeit
nach dem Loslaufen des Gießkolbens auch ein gewünschter Enddruck erreicht wird.
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Die Einstellung der Druckmittelzufuhr für die dritte Phase erfolgt
jeweils vor einem Gießvorgang, beispielsweise mit Hilfe eines motorgetriebenen Potentiometers,
welches die Ventilanordnung steuert, wobei die dritte Phase wegabhängig,
d.h.
in Abhängigkeit des vom Gießkolben zurückgelegten Weges ausgelöst wird. Zur Überwachung
der dritten Phase wird die Zeitdauer der dritten Phase druckabhänctig gemessen und
der gemessene Zeitwert mit einem vorgegebenen Oberen und unteren Grenzwert verglichen,
wobei bei Erreichen oder Über- bzw. Unterschreiten des jeweiligen Grenzwertes ein
zur Steuerung des Druckmittelzuflusses während der dritten Phase des nächstfolgenden
Gießvorganaes verwertbares Signal erzeugt wird.
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Vorzugsweise ist vorgesehen, daß der Druck im PreBzylinderarbeitsraum
während der ersten und zweiten Phase gemessen und mit einem vorgegebenen oberen
Grenzwert verglichen wird und daß bei Überschreiten dieses Grenzwertes der Gießvorgang
abgebrochen wird. Dies gibt die Möglichkeit, einen oberen Grenzwert für die Gießkolbenreibung
vorzugeben, oberhalb dessen.damit gerechnet werden muß, daß die gewünschten Gießkolbengeschwindigkeiten
nicht mehr erreicht und dadurch Teile minderer Qualität erhalten werden.
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Die Erfindung betrifft ferner eine Anordnung zur Regelung der Gießkolbenbewegung
im Einpreßteil einer nach dem Mehrphasenprinzip arbeitenden Druckgießmaschine, umfassend
mindestens eine erste Ventilanordnung zur Steuerung der Druckmittelzufuhr zum Einpreßzylinder
während der ersten und/oder zweiten Phase und eine zweite Ventilanordnung zur Steuerung
der Druckmittelzufuhr; während der dritten Phase sowie ein? Steuervorrichtung zur
Steuerung der Ventilanordnungen in Abhängigkeit mindestens eines Gießparameters.
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Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird bei einer derartigen
Anordnung erfindungsgemäß vorgeschlagen,
daß ein Wegaufnehmer zur
kontinuierlichen Messung des vom Gießkolben zurückgelegten Weges vorgesehen ist
und daß die Steuervorrichtung eine Speichereinheit zur Speicherung des vorgegebenen
Verlaufes der Gießkolbengeschwindigkeit als Funktion des Gießkolbenweges einen Komparator
zum Vergleich des vom Wegaufnehmer ermittelten Weg-Istwertes mit dem der vorgegebenen
Gießkolbengeschwindigkeit entsprechenden Wegsollwert und eine Ansteuereinheit für
die Ventilanordnung umfaßt, welche während des laufenden Gießvorganges ein Steuerelement
der jeweiligen Ventilanordnung in Abhängigkeit eines vom Komparator erzeugten Signales
betätigt.
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Vorzugsweise ist zumindest die den Druckmittelfluß während der ersten
und/oder zweiten Phase steuernde Ventilanordnung von einem Proportionalventil gebildet,dessen
Steuerelement mittels zweier gegeneinander arbeitender gleichzeitig betätigbarer
Stellmagnete verstellbar ist. Dadurch läßt sich eine außerordentlich hohe Ansprechgeschwindigkeit
der Ventilanordnung erreichen, welche die Regelung der Druckmittelzufuhr während
des laufenden Gießvorganges ermöglicht, ohne daß dadurch die für den gesamten Gießvorgang
erforderliche Zeit länger wird. Vorzugsweise besitzen die Ventilanordnungen jeweils
eine elektrische Rückführung, so daß auch bei Stromschwankungen stets die durch
die Steuerungsvorrichtung bestimmte öffnung des Ventils eingehalten wird.
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Der Wegaufnehmer ist vorzugsweise von einem induktiven Wegaufnehmer
gebildet, der eine Induktionswicklung und einen gegenüber dieser verschiebbaren
Kern umfaßt, wobei eines der Teile mit dem Gießkolben verbunden und das andere ortsfest
angeordnet ist. Dieser Wegaufnehmer ermöglicht
eine Positionsbestimmung
des Gießkolbens bzw. eine Messung des vom Gießkolben zurückgelegten Weges mit einer
Genauigkeit von 1 mm.
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Vorzugsweise ist die Steuervorrichtung so ausgebildet, daß sämtliche
einzugebendenDaten in digitaler Form eingegeben werden können. Auch die Anzeige
kann ggfs. digital erfolgen. Es kann jedoch auch eine Anzeigevorrichtung zur analogen
Darstellung der Gießkolbengeschwindigkeit, des Gießkolbenweges und des Druckes über
der Zeit vorgesehen sein, die eine anschaulichere Überwachung des Gießvorganges
ermöglicht.
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Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den weiteren
Unteransprüchen und der folgenden Beschreibung, welche in Verbindung mit den beigefügten
Zeichnungen die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispieles erläutert.
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Es zeigen: Fig. 1 eine schematische Schnittdarstellung der erfindungsgemäßen
Druckgießmaschine, Fig. 2 ein Blockschaltbild der erfindungsqemäßen Steuerungsvorrichtung,
Fig. 3 eine schematische Skizze des Steuerungsteiles einer Ventilanordnung zur Steuerung
der Druckmittelzufuhr zum Preßzylinder, und Fig. 4 eine graphische Darstellung der
Gießkolbenseschwindigkeit in Abhängigkeit des Gießkolbenweges.
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In Fig. 1 erkennt man die schematische Darstellung einer an sich bekannten
Druckgießmaschine, die daher auch nur sehr knapp erläutert wird. Die Druckgießmaschine
umfaßt ein
Einpreßteil 10 und ein Formträgerteil 12. Das Einpreßteil
10 umfaßt einen Preßzylinder 14 mit einem darin verschiebbaren Preßkolben 16, dessen
Kolbenstange 18 mit einem Gießkolben 20 verbunden ist, der das Gießmaterial 22 durch
eine Füllkammer 24 in eine Form 26 des Formträgerteils 12 einfüllt.
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Während der ersten Phase des Gießvorganges kann dem Preßzylinderarbeitsraum
28 über ein Rückschlagventil 30 Druckfluid entweder von einer Pumpe 32 über ein
Absoerrventil 34 oder von einem Druckspeicher 36 über ein erstes Regelventil 38
zugeführt werden. Während der zweiten Gießphase wird dem Preßzylinderarbeitsraum
28 Druckfluid von dem Druckspeicher 36 über das Regelventil 38 und das Rückschlagventil
30 zugeführt. Während der dritten Gießphase erfolgt eine Nachverdichtung mittels
eines in einem Multiplikatorzylinder 40 verschiebbaren Multiplikatorkolbens 42.
Das hierzu erforderliche Druckfluid wird dem Arbeitsraum 44 des Multiplikatorzylinders
40 vom Druckspeicher 36 über ein zweites Regelventil 46 zugeführt.
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Der Hochdruckspeicher kann von der Pumpe 32 her über ein Rückschlagventil
48 und eine Leitung 50 wieder aufgeladen werden. Die soweit beschriebene Druckgießmaschine
ist an sich bekannt.
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Bei den Regelventilen 38 und 46 handelt es sich um an sich bekannte
Proportionalventile, wie sie beispielsweise in der DE-OS 27 37 153.5 beschrieben
sind'Dort erfolgt die Verstellung des Steuerkolbens des Proportionalventiles mit
Hilfe eines Motors. Das hat den Nachteil, daß die Verstellung des Steuerkolbens
relativ langsam erfolgt und
somit die Ansprechzeit des Proportionalventils
bei einer Regelung relativ lang ist.
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Bei den erfindungsgemäß verwendeten Ventilen 38 und 46 dagegen erfolgt
gemäß Fig. 3 die Verstellung des Steuerkolbens 52 des Proportionalventils über einen
Hilfskolben 54, der durch eine Feder 56 in eine der Absperrstellung des Ventiles
entsprechende Stellung vorgespannt ist.
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Dieser Hilfskolben 54 kann durch ein Druckmittel in der Fig. 3 nach
oben bewegt werden, das .E er Leitungen 58, 60 von einem Ventil 62 her zu geführt
wird, dessen Ventilkolben 64 mittels zweier gegeneinander wirkender Elektromagnete
66, 68 verstellbar ist. Werden die Elektromagnete 66 und 68 mit gleicher Stromstärke
beaufschlagt, so halten sie den Kolben 64 in einer Stellung, welche der Schließstellung
des Hilfskolbens 54 entspricht.
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Durch ungleiche Bestromung der beiden Elektromagnete 66, 68 kann der
Hilfskolben 64 angehoben und damit der Steuerkolben 52 des Proportionalventiles
verstellt werden. Diese Art der Steuerung ermöglicht ein äußerst rasches Ansprechen
des Proportionalventiles, so daß es dadurch möglich wird, die Druckmittelzufuhr
zum Preßzylinderarbeitsraum 28 während des laufenden Gießvorganges zu verändern
und dadurch die Gießkolbengeschwindigkeit während des laufenden Gießvorganges zu
regeln.
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Zur Regelung der Gießkolbengeschwindigkeit gemäß dem nachstehend beschriebenen
Verfahren wird der Druck in dem Preßzylinderarbeitsraum 28 mittels eines Druckaufnehmers
70 gemessen. Ferner wird der Weg oder Hub des Gießkolbens 20 mit Hilfe eines induktiven
Wegaufnehmers 72 gemessen. Dieser umfaßt eine langgestreckte Induktionswicklung
74 und einen mit dem Gießkolben starr verbundenen langgestreckten
Kern
76, dessen Verschiebung relativ zur Induktionswicklung 74 eine Änderung der Induktivität
bewirkt und auf diese Weise eine Messung des von dem Preßkolben 16 bzw. dem Gießkolben
20 zurückgelegten Weges mit einer Genauigkeit von etwa 1 mm ermöglicht.
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Anhand der Fig. 2 soll nun die Steuerungsvorrichtung und das mit ihrer
Hilfe mögliche Verfahren zur Regelung der Gießkolbengeschwindigkeit während des
laufenden Gießvorganges erläutert werden. Innerhalb des gestrichelten Rechtecks
befindet sich die eigentliche Steuerungsvorrichtung.
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Diese umfaßt eine digitale Rechen- und Speichereinheit 78. In diese
wird vor Beginn eines Gießvorganges der gewünschte Verlauf der Gießkolbengeschwindigkeit
als Funktion des Gießkolbenweges eingegeben, wie dies in der Fig. 4 schematisch
dargestellt ist. An einem Eingang 80 werden mehrere Geschwindigkeitswerte vi, beispielsweise
in Einheiten von m/sec, vorgewählt. An einem Eingang 82 werden die zugehörigen Wegkoordinaten
xi vorgewählt, an denen die jeweilige Geschwindigkeit vi erreicht sein soll.
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An einem Eingang 84 wird die jeweilige Zeit t. (Fig. 4) vorgewählt,
innerhalb der die gewünschte Geschwindigkeit vi erreicht sein soll. Dies entspricht
der reziproken Steigung des jeweiligen Kurvenabschnittes si (Fig, 4).
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Die Eingabe der Zeiten ti kann beispielsweise in Eihheiten von Sekunden
erfolgen.
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Die Recheneinheit 78 bestimmt aus den ihr eingegebenen Daten vi, xi
und ti die Ventilöffnung des Ventils 38, während der ersten und der zweiten Einpreßphase,
die erforderlich ist, um den aewünschten Geschwindigkeitsverlauf des Gießkolbens
zu erreichen. (Es wird der Fall außer Acht gelassen, daß die Druckmittelzufuhr während
der ersten
Phase von der Pumpe 32 her erfolgt).
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Um sicherzustellen, daß der aewünschte Verlauf der Gießkolbengeschwindigkeit
als Funktion des Gießkolbenweges auch tatsächlich erreicht wird, wird der GießRolbenweq
mit dem Wegaufnehmer 72 gemessen und diese Information der Recheneinheit 78 über
eine Leitunq 86 zugeführt. Aufgrund eines Vergleiches zwischen dem Istwert und dem
Sollwert des vom Gießkolben zurückgelegten Weges wird dann ggfs. die Efnung des
Ventils 38 über eine entsprechende Betätigung der Stellmagnete 66 und 68 nachgeregelt.
Dies erfolgt während des laufenden Gießvorganges.
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Daneben erfolgt eine zeitliche Überwachung des Verlaufs der Gießkolbengeschwindigkeit
durch einen Zeitzähler 88, der über eine Leitung 90 von dem Wegaufnehmer 72 oder
auf andere Weise wegabhängig gestartet und über eine Leitung 92 vom Druckaufnehmer
70 druckabhängig gestoppt wird. Die gemessene Zeit wird über eine Leitung 94 einem
ersten Komparator 96 zugeführt, der den gemessenen Zeitwert mit einem oberen und
einem unteren Grenzwert vergleicht, die ihm über Eingänge 98 und 100 vorgegeben
werden. Fällt der gemessene Zeitwert aus dem zwischen den beiden Grenzwerten liegenden
Bereich, so sendet der Komparator 96 über eine Leitung 102 ein Signal aus, das beispielsweise
der Recheneinheit 78 zugeführt werden kann und von dieser zur Nachregelung des Ventils
38 verweriet werden kann.
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Mit der soweit beschriebenen Anordnung ist es möglich, den Gießkolben
während der ersten und/oder' zweiten Phase mit konstanter Geschwindigkeit, mit progressiv
zunehmender Geschwindigkeit und auch am Endender zweiten Phase mit abnehmender Geschwindigkeit
zu bewegen, wie dies in der
Fig. 4 durch die stufenartig abnehmende
Kurve dargestellt ist. Durch diese Abbremsung des Gießkolbens am Ende der zweiten
Phase können die sonst ggfs. auftretenden Druckspitzen vermieden werden.
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Die Regelung der Gießkolbengeschwindigkeit, insbesondere das Abbremsen
des Gießkolbens 20 am Ende der zweiten Phase, kann auch durch eine regelung eines
Ventils 104 erfolgen (Fig. 1), welches den Abfluß des Druckmittels aus dem Rückzugsraum
106 des Einpreßzylinders 14 steuert.
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Die für die dritte Phase erforderliche Druckmittelmenge wird über
einen Eingang 108 in die Recheneinheit 78 einw gegeben, welche eine entsprechende
Verstellung des Ventils 46 veranlaßt. Dabei erfolgt die Auslösung der dritten Phase
beispielsweise über eine vom Wegaufnehmer 72 führende Leitung 110 wegabhängig.
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Die Überwachung der dritten Phase erfolgt mittels einer Zeitmessung.
Hierzu ist ein Zeitzähler 112 vorgesehen, der beispielsweise vom Druckaufnehmer
70 über eine Leitung 114 druckabhängig gestartet und gestoppt wird. Der gemessene
Zeitwert wird über eine Leitung 116 einem zwei ten Komparator 118 zugeführt, der
den gemessenen Zeitwert mit einem oberen und einem unteren Grenzwert vergleicht,
die dem Komparator 118 über Eingänge 120 bzw, 122 eingegeben werden. Fällt der gemessene
Zeitwert aus dem durch die beiden Grenzwerte eingeschlossenen Bereich, so gibt der
zweite Komparator 118 über die Leitung 124 ein Signal an die Recheneinheit 78, die
eine Änderung der Voreinstellung des Ventils 46 für den nächsten Gießvorgang veranlaßt.
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Um bei einer übermäßigen Gießkolbenreibung den Gießvorgang Unterbrechen
zu können, ist ein dritter Komparator 126 vorgesehen, an dem über einen Eingang
128 die maximal zulässige Kolbenrelbung inForm eines Druckwertes eingegeben werden
kann. Übersteigt die von dem Druckaufnehmer 70 gemessene Druckhöhe einen unter Berücksichtigung
der maximal zulässigen Gießkolbenreibung vorgegebenen Wert, so gibt der dritte Komparator
126 über eine Leitung 130 ein Signal an die Recheneinheit 78, welche den Gießvorgang
unterbricht.
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Um der Bedienungsperson die optische Kontrolle des Gießvorganges zu
erleichtern, ist eine Anzeigevorrichtung 132 beispielsweise mit einem Bildschirm
vorgesehen, auf dem die über Leitungen 134, 136 und 138 zugeführten Meßwerte des
Wegaufnehmers 72 , des Druckaufnehmers 70 bzw. die von der Recheneinheit 78 ermittelten
Geschwindigkeitswerte dargestellt werden können.
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Zur Ermittlung des Gießrestes ist ein vierter Komparator 140 vorgesehen,
der über eine Leitung 142 den Meßwert des vom Gießkolben bei Abschluß des Gießvorganges
zurückgelegten Weges und über einen Eingang 144 den maximal möglichen Gießkolbenhub
vorgegeben erhält. Durch Differenzbildung dieser beiden Werte ergibt sich der Gießkolbenrest,
der vom Komparator 140 an eine Anzeige 146 gegeben wird.
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Die verwendeten Schaltungen sind so ausgebildet, daß alle Eingaben
digital in den gängigen Maßeinheiten eingegeben werden können.
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Durch das erfindungsgemäße Verfahren bzw. die erfindung gemäße Steuervorrichtung
kann durch die stufenlose schnelle
Einstellung des Ventilhubes
die Gießkolbengeschwindigkeit entsprechend einem gewünschten Verlauf während des
laufenden Gießvorganges geregelt werden. Dies gibt die Möglichkeit, neben den oben
genannten Vorteilen auch die Gießkolbengeschwindigkeit beeinflussende Störfaktoren,
wie beispielsweise mangelhafte Preßkolbenschmierung, mangelhafte Kühlung oder eine
zu hohe Temperatur des Gießmetalles auszugleichen.
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