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Die vorliegende Erfindung betrifft ein hydraulisches
Regelungsverfahren für ein Gerät gemäß dem Oberbegriff des
Anspruchs 1.
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Beispielsweise wird das obengenannte hydraulische
Regelungsverfahren bei einem Sekundärdruckgießverfahren
angewendet, bei welchem eine Sekundärdruckkraft auf unter Druck
in den Hohlraum einer Metallform gefülltes schmelzflüssige
Metall aufgebracht wird.
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Ein Druckgießverfahren, bei dem schmelzflüssiges Metall
in einen Hohlraum einer Metallform unter hohem Druck
eingegossen wird, ist weitverbreitet und wird als äußerst
geeignetes Verfahren bei der Massenproduktion auf dem Gebiet
des Gießens von Aluminiumlegierungen praktiziert. Bei diesem
Druckgießverfahren kommt es leicht zur Bildung von Blaslöchern
in einem dickwandigen Abschnitt eines Produkts, eine
kristalline Struktur wird grob, und das Ergebnis ist eine
geringere Festigkeit im dickwandigen Abschnitt. Zur Lösung
dieses Problems wurde ein Sekundärdruckgießverfahren
vorgeschlagen, bei dem eine zusätzliche Druckkraft
(Sekundärdruckkraft) auf das unter Druck in den Hohlraum einer
Metallform eingefüllte schmelzflüssige Metall vor dessen
Erstarrung ausgeübt wird (siehe z.B. JP-Veröffentlichung No.
48-7570 (1973), JP-Veröffentlichung Nr. 49-36093 (1974), US-PS
3,106,002, US-PS 4,446,907, US-PS 4,497,359 und UK-
Patentanmeldung GB 2055316A).
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Die deutsche Patentbeschreibung DE-A-3347845 (auf der die
Oberbegriffe der Ansprüche 1 und 4 beruhen) offenbart eine
Druckgieß-Einspritzvorrichtung unter Anwendung eines
Hydraulikkreisregelungsverfahrens, welche Vorrichtung von einem ersten
und einem zweiten Hydraulikkreis gesteuert wird, wobei der
erste Kreis mit einem Hydraulikfluidakkumulator versehen ist
und der erste und zweite Hydraulikkreis zur Regelung der
Vorrichtung sequentiell angesteuert werden. Bei dem diese
Vorrichtung verwendenden Formgießprozeß wird, wenn
schmelzflüssiges Metall durch eine Einspritzdüse unter Druck
in einen Hohlraum einer Metallform mittels einer Einspritzramme
eingefüllt wird, die Einspritzramme zuerst mit geringer
Vorschubgeschwindigkeit bewegt, und dann wird die
Einspritzramme durch Einleiten eines Arbeitsdrucks eines
Akkumulators in einen hydraulischen Einspritzzylinder zum
Antreiben der Einspritzramme mit hoher Vorschubgeschwindigkeit
bewegt. Die Beschreibung sagt nichts darüber aus, wie die
Ansteuerung des sekundären Hydraulikkreises für den Beginn der
Sekundärdruckbeaufschlagung zeitmäßig festgelegt wird.
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Typisch für das Druckgießverfahren ist, daß bei der
Einleitung von schmelzflüssigem Metall durch eine
Einspritzdüse in einen extrem schmalen Einspritzkanal und bei der
anschließenden Erstarrung die Zeit vor der Durcherstarrung sehr
kurz ist. Daher ist der Spielraum zum zeitlichen Festlegen der
Sekundärdruckbeaufschlagung klein, und es ist schwierig, den
Zeitpunkt für den Beginn der Druckbeaufschlagung festzusetzen.
Ist dieser Zeitpunkt falsch, kann nicht nur keine Druckwirkung
erzielt werden, sondern es kann dort, wo der Sekundärdruck nach
der beginnenden Erstarrung ausgeübt wurde, zu Rissen am
druckbeaufschlagten Abschnitt kommen.
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Im Stand der Technik wurden verschiedene Verfahrensweisen
vorgeschlagen, bei denen eine Position einer Einspritzramme zum
Druckbeaufschlagen von schmelzflüssigem Metall innerhalb einer
Einspritzdüse mit einem Positionsfühler od. dgl. ermittelt und
der Zeitpunkt für die Sekundärbeaufschlagung unter Ausnutzung
des Detektionssignals als Triggersignal festgelegt wird. Gemäß
diesen vorgeschlagenen Verfahrensweisen ist jedoch die
Abweichung bei der Detektionsgenauigkeit aufgrund von
Leistungsveränderungen eines Positionsfühlers, Änderungen in
der Geschwindigkeit einer Einspritzramme, Änderungen am Volumen
des schmelzflüssigen Metalls und dgl. groß, und es war
unmöglich, die Sekundärdruckbeaufschlag mit hoher
Verläßlichkeit durchzuführen.
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Es war auch noch ein anderes Verfahren bekannt, bei dem die
Sekundärdruckbeaufschlagung erfolgt, nachdem das in einen
Hohlraum eingespritze schmelzflüssige Metall mit erhöhtem Druck
beaufschlagt worden ist, u.zw. unter gleichzeitiger Verwendung
eines Einspritzzylinders und eines Druckverstärkerzylinders,
wobei der Druck im Einspritzzylinder detektiert und der
Zeitpunkt der Sekundärdruckbeaufschlagung unter Verwendung des
Detektionssignals als Triggersignal festgelegt wird. Gemäß dem
letztgenannten Verfahren ist jedoch das Detekionstiming
veränderlich, da der Druck innerhalb des Einspritzzylinders,
der nach Beendigung des Einfüllens von schmelzflüssigem Metall
abrupt steigt, ermittelt wird, und so konnte der Zeitpunkt für
den Beginn der Sekundärdruckbeaufschlagung nicht präzise
festgelegt werden.
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Ein Aspekt der vorliegenden Erfindung strebt die Schaffung
eines Verfahrens zur Steuerung von Geräten unter Verwendung
eines Akkumulators in einem Hydraulikkreis zur Ansteuerung
eines weiteren Hydraulikkreises in einem eigenen System mit
hoher Präzision auf Basis eines Arbeitsdrucks des Akkumulators
an.
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Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein
hydraulisches Regelungsverfahren für ein Gerät vorgesehen, bei
welchem das Gerät durch einen ersten und einen zweiten
Hydraulikkreis geregelt wird, wobei der erste Kreis mit einem
Hydraulikfluidakkumulator versehen ist und der erste und zweite
Hydraulikkreis zur Regelung des Geräts sequentiell angesteuert
werden, welches dadurch gekennzeichnet ist, daß nach dem
Ansteuern des ersten Kreises und infolgedessen Absinken des
Betriebsdrucks des Akkumulators das Auftreten eines
vorbestimmten Arbeitsdrucks oder einer Veränderung des
Arbeitsdrucks im Zuge der Wiederherstellung des
Akkumulatordrucks auf einen anfänglichen Solldruck detektiert
und der zweite Hydraulikkreis auf Basis des Detektionssignals
angesteuert wird.
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Wenn der im ersten Hydraulikkreis vorgesehene Akkumulator
zu arbeiten beginnt, wird der Arbeitsdruck des Akkumulators
entsprechend der Bewegung des zu beeinflußenden Gegenstandes
gesenkt, und nachdem der zu beeinflußende Gegenstand einen
gewünschten Zustand erreicht hat, beginnt sich der Arbeitsdruck
wiederherzustellen und kehrt auf den anfänglichen Solldruck
zurück. Dementsprechend kann man durch Abfühlen des Zeitpunktes
des Beginns der Wiederherstellung des Arbeitsdrucks erkennen,
daß der zu beeinflußende Gegenstand den gewünschten Zustand
erreicht hat.
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Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung
wird, nachdem sich ein Arbeitsdruck eines Akkumulators
wiederherzustellen begonnen hat, durch Abfühlen des Arbeitsdrucks
(kleiner als der anfängliche Solldruck) vor Beendigung der
Wiederherstellung der zweite Hydraulikkreis auf Basis des
Arbeitsdrucks, der als Index für das Timing dient, angesteuert.
Während der Wiederherstellung des Arbeitsdrucks des
Akkumulators hat der mit Hilfe des ersten Hydraulikkreises zu
beeinflußende Gegenstand einen gewünschten Zustand erreicht,
und für den Fall, daß es notwendig ist, einen zu beeinflußenden
Gegenstand mit Hilfe des zweiten Hydraulikkreises in Gang zu
setzen, nachdem der gewünschte Zustand erreicht worden ist,
kann der Zeitpunkt des Betriebsbeginns (der Auslösepunkt) des
zu beeinflußenden Gegenstandes mittels des zweiten
Hydraulikkreises immer genau festgelegt werden, indem der
Wiederherstellungsarbeitsdruck des Akkumulators detektiert
wird.
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Wird schmelzflüssiges Metall in einer Einspritzdüse unter
Druck in einen Hohlraum einer Gießkokille mit Hilfe einer durch
einen Arbeitsdruck eines Akkumulators vorangetriebenen
Einspritzramme gefüllt, wird die Einspritzramme zuerst mit
geringer Geschwindigkeit und dann mit hohrer Geschwindigkeit
fortbewegt, und während die Einleitung des
Akkumulatorarbeitsdrucks in einen Hydraulikzylinder zum
Vorantreiben der Einspritzramme aufrechtgehalten wird, wird
eine Druckstange nach Beendigung des Einfüllens von
schmelzflüssigem Metall betätigt, damit eine Sekundärdruckkraft
auf das schmelzflüssige Metall ausgeübt wird.
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Alternativ kann die Einspritzramme zuerst mit irgendeinem
anderen Mittel als dem Akkumulator mit niedriger
Geschwindigkeit und dann durch Einleiten des Arbeitsdrucks des
Akkumulators in einen hydraulischen Einspritzzylinder zum
Antreiben der Einspritzramme mit hoher Geschwindigkeit
fortbewegt werden.
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Gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist
ein Metallformgießprozeß vorgesehen, bei welchem während des
Einfüllens von schmelzflüssigem Metall durch eine Einspritzdüse
unter Druck in einen Hohlraum einer Metallform mittels einer
Einspritzramme die Einspritzramme zuerst mit geringer
Vorschubgeschwindigkeit bewegt wird und die Einspritzramme
danach durch Einleiten eines Arbeitsdrucks eines Akkumulators
in einen hydraulischen Einspritzzylinder zum Antreiben der
Einspritzramme mit hoher Vorschubgeschwindigkeit bewegt wird;
dadurch gekennzeichnet, daß während der anhaltenden Einleitung
des Akkumulatorarbeitsdrucks in den hydraulischen
Einspritzzylinder nach Beendigung des Einfüllens von
schmelzflüssigem Metall eine Druckstange in Betrieb gesetzt
wird, damit eine Sekundärdruckkraft auf das schmelzflüssige
Metall ausgeübt wird, und daß nach dem Absenken des
Arbeitsdrucks des Akkumulators durch Antrieb der
Einspritzramme das Auftreten eines vorbestimmten Arbeitsdrucks oder
einer Veränderung des Arbeitsdrucks im Zuge der
Wiederherstellung des Akkumulatordrucks auf einen anfänglichen
Solldruck detektiert wird und die Druckstange auf Basis des
Detektionssignals in Betrieb gesetzt wird, um eine
Sekundärdruckkraft auf das schmelzflüssige Metall innerhalb des
Hohlraums der Metallform auszuüben.
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Der Arbeitsdruck des Akkumulators sinkt weiter während des
Vorrückens der Einspritzramme, und nach Beendigung des
Einfüllens von schmelzflüssigem Metall in den Hohlraum der
Gießform beginnt er, sich wiederherzustellen. Es wird jeder
beliebige Arbeitsdruck oder jede Veränderung eines
Arbeitsdrucks im Verlauf der Wiederherstellung des Arbeitsdrucks
detektiert, dann wird auf Basis des Detektionssignals der
Hydraulikkreis zur Betätigung einer Druckstange angesteuert,
und dadurch wird die Druckstange in den Hohlraum der Gießform
vorgeschoben, um eine Sekundärdruckkraft auf das
schmelzflüssige Metall auszuüben.
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Gemäß dem obigen Verfahren, bei dem eine Veränderung eines
Arbeitsdrucks eines Akkumulators abgefühlt und die
Sekundärdruckbeaufschlagung eingeleitet wird, indem diese Veränderung
als Index zur Zeitfestlegung herangezogen wird, kann die
Druckbeaufschlagung mit höherer zeitmäßiger Präzision ausgeführt
werden, als wenn der Zeitpunkt der Beendigung des Einfüllens
von schmelzflüssigem Metall indirekt über einen Positionsgeber
od. dgl. abgefühlt würde.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Fig. 1 ist eine teilweise geschnittene schematische
Ansicht und zeigt ein Beispiel einer
Sekundärdruck-Gießvorrichtung, die für die Ausübung des erfindungsgemäßen
Verfahrens günstig ist;
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Fig. 2 ist eine schematische Darstellung und zeigt einen
Teil der Vorrichtung der Fig. 1 in vergrößertem Maßstab
zusammen mit einem Arbeitshydraulikkreis;
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Fig. 3 ist eine perspektivische Darstellung eines in Fig.
2 gezeigten Absperrventils;
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Fig. 4 und 5 sind schematische Darstellungen ähnlich der
Fig. 2, die aber verschiedene Betriebsstadien ein- und
derselben Sekundärdruck-Gießvorrichtung zeigen;
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Fig. 6 ist ein Diagramm, das die Veränderung eines
Hydraulikdrucks innerhalb eines hydraulischen
Einspritzzylinders in derselben Sekundärdruck-Gießvorrichtung sowie die
Veränderung eines Arbeitsdrucks eines Akkumulators in derselben
Vorrichtung zeigt;
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Fig. 7 ist eine schematische Ansicht und zeigt ein
hydraulisches Steuersystem, das eine teilweise Modifikation des
hydraulischen Steuerstystems der oben beschriebenen
Sekundärdruck-Gießvorrichtung ist; und
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Fig. 8 ist eine schematische Darstellung ähnlich der Fig.
2, die aber eine Modifikation des oben beschriebenen
Arbeitshydraulikkreises ist.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN:
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Im folgenden ist die vorliegende Erfindung unter
Bezugnahme auf ihre bevorzugten Ausführungsformen, angewendet
bei einem Sekundärdruckgießverfahren, genauer beschrieben.
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Fig. 1 zeigt eine Formgießvorrichtung 10 mit der
Möglichkeit der Ausübung einer Sekundärdruckkraft sowie ein
hydraulisches Steuersystem 106 für die
Sekundärdruckbeaufschlagung. Auf einem Fundament 12 der Formgießvorrichtung
10 ragen fixe Träger 14 und 16 unbeweglich auf, die über eine
Mehrzahl von Verbindungsstäben 18 miteinander verbunden und in
einem Abstand einander gegenüberliegend angeordnet sind.
Weiters ist ein beweglicher Träger 20 vorgesehen, der zwischen
den fixen Trägern 14 und 16 angeordnet ist und entlang dem
Fundament 12 unter Führung der Verbindungsstäbe 18 hin- und
herverschoben werden kann.
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Weiters ist eine feststehende Metallkokille 22 am fixen
Träger 16 befestigt, während eine bewegliche Metallkokille 24
mittels Halterungen 26 am beweglichen Träger 20 befestigt ist.
Ein Paar Ausdrückstifte 32, die durch die bewegliche
Metallkokille 24 ragen und in einen Hohlraum A zum Entfernen
eines Produkts aus der beweglichen Metallkokille nach
beendigtem Gießen münden, sind mit einem Paar Rückstellstiften
30 an einer Ausdrückplatte 28 befestigt, die gleit- und
relativbeweglich durch die bewegliche Metallkokille 24 dringen,
und diese Ausdrückplatte 28 kann gegenüber der beweglichen
Kokille 24 in Richtung des Entfernens eines Produkts mittels
Ausdrückstiften 36 relativverschoben werden, welche mit einer
Basisplatte eines hydraulischen Ausdrückzylinders 34 verbunden
sind, der gegenüber dem beweglichen Träger 20 verschiebbar ist,
wobei das Fußende seiner Kolbenstange 35 am beweglichen Träger
20 fixiert ist.
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Außerdem ist am feststehenden Träger 14 ein
Hydraulikzylinder 38 zur Betätigung des beweglichen Trägers angebracht,
und der bewegliche Träger 20 kann mit Hilfe einer Druckstange
40 bewegt werden, deren eines Ende am Kolben des
Hydraulikzylinders 38 und deren anderes Ende an einem
Querelement 41 befestigt ist.
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Weiters ist ein hydraulischer Einspritzzylinder 52 über
Stützstangen 90 am ortsfesten Träger 16 befestigt, eine mit dem
Einspritzkolben 58 des Zylinders 52 verbundene Einspritzramme
88 ist gleit- und verschiebebeweglich in eine Einspritzdüse 42
eingepaßt, die durch den fixen Träger 16 geht und über eine
Bahn für schmelzflüssiges Metall mit der ortsfesten
Metallkokille kommuniziert, und die Anordnung ist derart, daß
nach dem Zuführen von schmelzflüssigem Metall in die
Einspritzdüse 42 durch eine Ausgießöffnung 44 für
schmelzflüssiges Metall das schmelzflüssige Metall innerhalb
der Einspritzdüse 42 durch die Bahn für schmelzflüssiges Metall
in den Hohlraum A gedrückt werden kann, wenn die Einspritzramme
88 durch Betätigung des Einspritzkolbens 58 in der
Vorschubrichtung bewegt wird.
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Anderseits ist, von der beweglichen Metallkokille 24
weggehend, ein hydraulischer Sekundärdruckzylinder 48 über ein
Paar Haltestäbe 46 abgestützt, wobei die Anordnung derart ist,
daß eine mit einem Kolben des hydraulischen
Sekundärdruckzylinders 48 verbundene Druckstange 50 gleit- und
verschiebebeweglich durch die Ausdrückplatte 28 und die
bewegliche Metallkokille 24 geht, um in den Hohlraum A dringen
zu können.
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Der hydraulische Einspritzzylinder 52 hat eine Kammer 54
von kleinerem Durchmesser, in die ein Einspritzkolben 58
eingepaßt ist, und eine Kammer 56 größeren Durchmessers, in die
ein Druckverstärkerkolben 62 eingesetzt ist. Der
Druckverstärkerkolben 62 ist einstückig mit einer Stange 68
ausgebildet, welche in die Kammer 54 mit kleinerem Durchmesser
paßt, und in diesem Kolben 62 sind eine Ventilkammer 64 zur
Aufnahme eines Absperrventils 72 und ein Ölkanal 70 vorgesehen,
die mit der Ventilkammer 64 kommuniziert und durch den Stab 68
verläuft (Fig. 2). Das Absperrventil 72 ist ein schirmförmiges
Element, bestehend aus einem Kopfteil 74 mit konischer
Oberfläche und einem Schaftteil 76 (Fig. 3), und es steht zur
gegenüberliegenden Seite hin zum Einspritzkolben 58 (nach
rechts wie in Fig. 2 zu sehen) unter Vorspannung mittels einer
Schraubenfeder 80, die ebenfalls in derselben Ventilkammer 64
untergebracht ist. Eine Öffnung 66 der Ventilkammer 64 ist
versperrt, wenn der Kopfteil 74 des Absperrventils 72 an den
Umfangsteil der Öffnung 66 gedrückt ist. Im Schaftteil 76 des
Absperrventils 72 ist ein Ölkanal 78 ausgebildet, die sich von
dessem äußeren Umfangsflächenteil nahe dem Kopfteil zu seinem
Fußendeteil erstreckt, sodaß ein Druckölstrom über die Strecke,
bestehend aus der Öffnung 66 der Ventilkammer 64 T dem Ölkanal
78 T dem Ölkanal 70, erwirkt werden kann.
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Für die nachfolgenden Ausführungen ist es zweckmäßig,
verschiedene Abschnitte der inneren Kammer (der Kammer 54 mit
kleinerem Durchmesser und der Kammer 56 mit größerem
Durchmesser) des hydraulischen Einspritzzylinders 52 als Kammer B,
die die Öffnung 66 der Ventilkammer 64 umgibt, als Kammer C,
die rund um den Basisteil der Stange 68 vorgesehen und vom
Druckverstärkerkolben 62 und der Zylinderwand begrenzt ist,
und als Kammer D, die entsteht, wenn die Stange 68 und der
Einspritzkolben 58 voneinander getrennt sind, zu definieren.
An der Wand des hydraulischen Einspritzzylinders 52 ist ein
Auslaßventil 86 vorgesehen, das mit der Kammer C kommuniziert,
und dieses Auslaßventil 86 ist so konzipiert, daß es sich als
Reaktion auf ein von einem Drucksensor 84 zur Detektion des
Drucks in der Kammer B gegebenes Signal öffnet.
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Außerdem ist ein Positionsaufnehmer 82 zur Ermittlung des
Verschiebeausmaßes einer mit dem Einspritzkolben 58 einstückig
ausgebildeten Stange 60 an einer vorbestimmten Stelle
angeordnet. Von den Ölkanälen 94 und 98, die einen Akkumulator
92 mit der Kammer B leitungsmäßig verbinden, ist im Ölkanal 94
ein Niedriggeschwindigkeitsventil 100 zwischengeschaltet, und
in einem weiteren Ölkanal 96, der zum Ölkanal 94
parallelgeschaltet ist, ist ein Hochgeschwindigkeitsventil 102
vorgesehen, das sich als Reaktion auf ein vom obenbeschriebenen
Positionsgeber 82 gegebenes Positionssignal öffnet.
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Ein hydraulisches Steuersystem 106 für den hydraulischen
Sekundärdruckzylinder 48 entnimmt dem hydraulischen
Einspritzzylinder 52 durch einen Ölkanal 104 einen Arbeitsdruck und
wirkt auf Basis dieses Arbeitsdrucks. Genauergesagt ist ein
Hauptteil des hydraulischen Steuersystems 106 derart
konstruiert, daß ein Zuschaltventil 110, dessen Ansteuerdruck
unter Anwendung einer Vorspannungsfederkraft einstellbar ist,
durch den Arbeitsdruck des zum Zuschaltventil 110 führenden
hydraulischen Einspritzzylinders 52 betätigt wird, wodurch
unter Druck stehendes Öl aus einer Hydraulikpumpe 108 zum
hydraulischen Sekundärdruckzylinder 48 durch einen Ölkanal 112,
ein Schaltventil 114, ein Durchflußregelventil 116 und ein
Druckstangenantriebsölkanal 118 geführt wird, und eine
Druckstange 50 ragt in den Hohlraum A. Es sei erwähnt, daß das
Schaltventil 114 unter Zuführung von Drucköl in die Kammer B
des hydraulischen Einspritzzylinders 52 durch einen
Ölzuführungskanal 98 aus dem dargestellten Zustand geschaltet
wird.
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Bei der oben beschriebenen Konstruktion wird, nachdem
schmelzflüssiges Metall (z.B. eine Aluminiumlegierung) durch
die Ausgießöffnung 44 für schmelzflüssiges Metall in die
Einspritzdüse 42 gegossen worden ist und die Einspritzramme 88
durch Betätigung des hydraulischen Einspritzzylinders 52
vorgeschoben wurde, das schmelzflüssige Metall innerhalb der
Einspritzdüse 42 unter Druck in den Hohlraum A geleitet, um
diesen zu füllen. Nachdem der Hohlraum A vollständig gefüllt
worden ist, wird die Druckstange 50 zu einem vorbestimmten
Zeitpunkt in das schmelzflüssige Metall innerhalb des
Hohlraums gedrückt, und dadurch wird eine Sekundärdruckkraft
auf das schmelzflüssige Metall aufgebracht.
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Im folgenden werden die Verfahrensschritte des
hydraulischen Einspritzzylinders 52 und des hydraulischen
Steuersystems 106 beschrieben:
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1. Vor Beginn der Einspritzung: Der Zustand des
hydraulischen Einspritzzylinders 52 vor Beginn des Einspritzens
ist in Fig. 2 veranschaulicht. Das
Niedriggeschwindigkeitsventil 100 und das Hochgeschwindigkeitsventil 102 sind in
diesem Zustand beide geschlossen. Der Einspritzkolben 58 und
der Druckverstärkerkolben 62 befinden sich in der eingezogenen
Endposition, und das Absperrventil 72 des
Druckverstärkerkolbens 62 versperrt die Öffnung 66 der Ventilkammer 64
entsprechend der Vorspannung durch die Schraubenfeder 80.
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2. Beginn des Einspritzens
(Niedriggeschwindigkeitseinspritzen): Das Niedriggeschwindigkeitsventil 100 wird
geöffnet. Dann wird Öl aus dem bereits in einer Wartestellung
befindlichen Akkumulator 92 durch die Ölkanäle 94 und 98 der
Kammer B zugeführt, damit steigt der Öldruck innerhalb der
Kammer B, sodaß das Absperrventil 72 gegen die
Vorspannungskraft der Schraubenfeder 80 bewegt wird, wodurch die Strecke,
bestehend aus der Kammer B dem im Schaftteil 76 des
Absperrventils 72 gebildeten Ölkanal 78 dem in der Stange 68
des Druckverstärkerkolbens 62 gebildeten Ölkanal 70, in einen
leitenden Zustand versetzt wird, und unter Druck (einem Druck
P11) stehendes Öl wird zwischen den Einspritzkolben 58 und die
Stange 68 gespeist. Der Einspritzkolben 58 wird mit einer
geringen Geschwindigkeit (einer geringen Geschwindigkeit im
Vergleich zum Hochgeschwindigkeitsvorschub des nächsten
Schritts: Siehe Kurve I&sub1; in Fig. 6) vorwärtsgeschoben, und
dadurch entsteht die Kammer D zwischen der Einspritzstange 58
und der Stange 68 (Fig. 4). In der Zwischenzeit sinkt der
Speisearbeitsdruck des Akkumulators 92 aufgrund der
Verlustleistung (siehe Kurve IA in FIg. 6) allmählich von
seinem ursprünglichen Solldruck PA1.
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3. Hochgeschwindigkeitseinspritzung: Ist der
Einspritzkolben 58 um eine vorbestimmte Länge vorgerückt (und somit die
Einspritzramme 88 um eine vorbestimmte Länge vorgerückt), wird
der Positionsgeber 82 aufgrund eines Kontakts mit der mit dem
Einspritzkolben 58 einstückig ausgebildeten Stange 60 betätigt,
wird das Hochgeschwindigkeitsventil 102 durch das vom
Positionsgeber 82 gelieferte Signal geöffnet, wird dadurch die
Zuführgeschwindigkeit des Betriebsöls des Akkumulators 92 zur
Kammer B und zur Kammer D erhöht, sodaß der Druck innerhalb der
Kammer B und der Kammer D abrupt ansteigt (Kurve I2, Druck&sub1;&sub2;
und Zeitpunkt T&sub1;), und rückt der Einspritzkolben 58 mit hoher
Geschwindigkeit vor. Während dieses Zeitraums wird der
Arbeitsdruck des Akkumulators 92 mit einem breiten Gefälle
(Kurve IIA) im Vergleicn zur Kurve IA gesenkt, der
Arbeitsdruck (PA2) zum Zeitpunkt (T&sub2;) der Beendigung des Einfüllens
von schmelzflüssigem Metall erreicht den niedrigsten Wert, und
danach beginnt der Arbeitsdruck zu steigen (Beginn der
Wiederherstellung des Arbeitsdrucks).
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4. Druckverstärkungsschritt: Nach der Beendigung des
Einfüllens von schmelzflüssigem Metall steigt der Öldruck in
der Kammer B und in der Kammer D, obzwar sie schnell ansteigen
müssen, anfänglich nur langsam (Kurve I&sub3;, Druck P&sub1;&sub2;), weil das
schmelzflüssige Metall innerhalb der Bahn des schmelzflüssigen
Metalls und der Einspritzdüse 42 zu erstarren und zu schrumpfen
beginnt, infolgedessen rücken die Einspritzramme 88 und der
Einspritzkolben 58 immer noch vor (wenn auch nur geringfügig),
und auch hier gibt es eine Verzögerung beim Anstieg des
Öldrucks. Ist der Druck innerhalb der Kammer B (P&sub1;&sub2;: gleich dem
Druck innerhalb der Kammer D) auf Px (Zeitpunkt T&sub3;)
angestiegen, wird dieser Druck (Px) als Solldruck mit dem
Druckfühler 84 detektiert, und das Auslaßventil 86 öffnet sich
als Reaktion auf das Detektionssignal.
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Das Drucköl innerhalb der Kammer C wird durch das
Auslaßventil 86 nach außen abgeführt, und der Druckverstärkerkolben
62 beginnt vorzurücken. Infolgedessen wird der Druck innerhalb
der Kammer D höher als der Druck in der Kammer B, und somit
wird das Absperrventil 72 zum Öffnungsteil 66 der Ventilkammer
64 gestoßen, um diese Öffnung 66 zu versperren, wodurch der
Druckverstärkerkolben 62 unter der Bedingung, daß die
Verbindung zwischen der Kammer B und der Kammer D abgeschnitten
ist (Fig. 5), vorrückt, und der Druck innerhalb der Kammer D
steigt rasch an (Kurve I&sub4;, Druck P&sub1;&sub3;).
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Die Anstiegsgeschwindigkeit des Drucks (P&sub1;&sub3;) innerhalb der
Kammer D nach dem Zeitpunkt T&sub3; ist ausreichend groß im
Vergleich zur Anstiegsgeschwindigkeit des Drucks (P&sub2;&sub3;)
innerhalb der Kammer B (siehe Kurven I&sub4; und I&sub5;), und sogar
während dieses Zeitraums rücken der Einspritzkolben 58 sowie
der Druckverstärkerkolben etwas vor.
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Der Druck (P&sub2;&sub3;) in der Kammer B fällt mit dem
Arbeitsdruck des Akkumulators 92 zusammen, der zum Zeitpunkt (T&sub4;) im
Begriff der Wiederherstellung ist, und danach ist der Druck
(P&sub2;&sub3;) in der Kammer B gleich dem Arbeitsdruck des Akkumulators
92 (Kurve I&sub6;), und der Arbeitsdruck des Akkumulators 92 stellt
sich zum Zeitpunkt (T&sub5;) auf den ursprünglichen Solldruck
(PA1) ein.
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Zuvor war beschrieben, daß sich der Arbeitsdruck des
Akkumulators 92 wieder einstellt, nachdem er vom Druck (PA1)
auf den Druck (PA2) gesunken ist. Durch Detektieren eines
vorgewählten Drucks (PY) während des Zeitraums vom Zeitpunkt
(T&sub4;), wenn sich die Veränderung des Drucks (P&sub2;&sub3;) in der Kammer
B, der gleich dem Arbeitsdruck des Akkumulators 92 ist,
stabilisiert, bis zum Zeitpunkt (T&sub5;) (siehe Kurve I&sub6;) kann man
den Zeitpunkt für ein rasches Einsetzen der
Sekundärdruckbeaufschlagung nach Beendigung des Füllens des Hohlraums A mit
schmelzflüssigem Metall erfahren.
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5. Beginn der Sekundärdruckbeaufschlagung: Der Druck
innerhalb der Kammer B (der Arbeitsdruck des Akkumulators 92)
wird durch den Ölkanal 104 zum Zuschaltventil 110 im
hydraulischen Steuersystem 106 geleitet, und bei Erreichen des
zuvor zitierten vorbestimmten Drucks PY (PA2 ≤ Py <
PA1) innerhalb der Kammer B öffnet sich das Zuschaltventil
110. In der Folge wird unter der Bedingung, daß das
Schaltventil 114 aus dem in Fig 1 gezeigten Zustand verschoben
worden ist, Betriebsöl der Hydraulikpumpe 108 durch das
Zuschaltventil 110, den Ölkanal 112, das Schaltventil 114, das
Durchflußregelventil 116 und der Druckstangenantriebsölkanal
118 zu einer Hochdruckkammer des hydraulischen
Sekundärdruckzylinders 48 gespeist, worauf die Druckstange 50 vorgeschoben
und in das den Hohlraum A füllende schmelzflüssige Metall
geschoben wird, und dadurch wird eine Sekundärdruckkraft auf
das oben erwähnte schmelzflüssige Metall, das noch nicht ganz
durcherstarrt ist, aufgebracht wird.
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Die Sekundärdruckkraft wird aufgebracht, bis das
schmelzflüssige Metall innerhalb des Hohlraums A zu erstarren
aufgehört hat, danach wird durch Betätigung des Schaltventils
114 Drucköl durch den anderen Ölkanal 120 zum hydraulischen
Sekundärdruckzylinder 48 zwecks Zurückziehens der Druckstange
gespeist, und dadurch wird die Druckstange 50 zurückgezogen.
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Bei den oben beschriebenen Verfahrensschritten wird
bevorzugterweise ein Druck (PY) gewählt, der die folgende
Formel erfüllt:
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O < Py - PA2 ≤ 0,8 (PA1 - PA2)
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Ein Bereich von Py - PA2 > 0,8 (PA1 - PA2) tritt
unmittelbar vor der vollständigen Wiederherstellung des Arbeitsdrucks
des Akkumulators ein, wenn die
Wiederherstellungsgeschwindigkeit sehr gering ist, sodaß die Detektionsgenauigkeit des
Zeitpunktes (TY) abnimmt.
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Außerdem ist der Zeitintervall zwischen dem Zeitpunkt (T&sub2;)
und (TY) vorzugsweise mit TY - T&sub2; > 0,2 s festgesetzt. Ist
der Zeitintervall mit TY - T&sub2; < 0,2 s festgesetzt, ist es zu
früh, um mit der Sekundärdruckbeaufschlagung zu beginnen, u.zw.
aufgrund eines vorhandenen Rückflusses des schmelzflüssigen
Metalls. Erfolgt die Sekundärdruckbeaufschlagung sehr bald,
nachdem der Hohlraum A mit schmelzflüssigem Metall gefüllt
worden ist, besteht die Möglichkeit, daß das schmelzflüssige
Metall in der Bahn des schmelzflüssigen Metalls zwischen dem
Hohlraum A und der Einspritzdüse 42 noch nicht durcherstarrt
ist, und es kommt zu einem Rückfluß des schmelzflüssigen
Metalls aufgrund der Sekundärdruckkraft, die größer als der
Fülldruck des schmelzflüssigen Metalls ist.
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Daher ist es wünschenswert, daß das schmelzflüssige Metall
innerhalb der Einspritzdüse 42 weiterhin einem größeren Druck
als dem Druck bei Beendigung des Füllvorgangs ausgesetzt ist,
bevor die Sekundärdruckbeaufschlagung stattfindet. Durch eine
derartige anhaltende Druckbeaufschlagung nach Beendigung des
Füllens kann die Wirkung der Sekundärdruckbeaufschlagung
gesichert werden, und es kann ein Gießprodukt mit einem feinen
Gefüge erhalten werden.
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Im folgenden werden nun die Merkmale der oben
beschriebenen Ausführungsform aufgezählt:
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1. Die oben beschriebene Ausführungsform macht sich das
Phänomen zunutze, daß der Arbeitsdruck des Akkumlators 92 zur
Betätigung des Einspritzkolbens 58 allmählich abnimmt, nachdem
das Niedriggeschwindigkeitsventil 100 geöffnet worden ist, er
nimmt mit einer höheren Geschwindigkeit weiter ab, nachdem das
Hochgeschwindigkeitsventil 102 geöffnet worden ist, und er
beginnt mit der Wiederherstellung zum Zeitpunkt (T&sub2;), wenn das
Einfüllen von schmelzflüssigem Metall beendet ist, und durch
Abfühlen des Arbeitsdrucks (PY: eines Drucks, der in der
Kammer B detektiert werden kann) des Akkumulators 92 während
des Zeitraums vom Zeitpunkt (T&sub2;), wenn sich der Arbeitsdruck
des Akkumulators wiederherzustellen beginnt, bis zum Zeitpunkt
(T&sub5;), wenn die Wiederherstellung beendet ist, insbesondere
während des Zeitraums vom Zeitpunkt (T&sub4;), wenn der Druck (P&sub2;&sub3;)
innerhalb der Kammer B und der Arbeitsdruck des Akkumulators 92
zusammenfallen, bis zum Zeitpunkt (T&sub5;), kann das Zuschaltventil
110 geöffnet werden, um die Sekundärdruckbeaufschlagung zu
einem ganz genauen Zeitpunkt mit geringer Abweichung
einzuleiten.
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2. Wird der Arbeitsdruck des Akkumulators 92 während des
Zeitraums vom Zeitpunkt (T&sub2;), wenn das Einfüllen von
schmelzflüssigem Metall beendet ist, bis zum Zeitpunkt (T&sub4;), wenn der
Druck (P&sub2;&sub3;) innerhalb der Kammer B und der Arbeitsdruck des
Akkumulators 92 zusammenfallen, im Akkumulator 92 und nicht in
der Kammer B detektiert, dann kann der Auslösepunkt für den
Beginn der Sekundärdruckbeaufschlagung zu einem früheren
Zeitpunkt nach der Beendigung des Einfüllens von
schmelzflüssigem Metall abgefühlt werden als im Vergleich zu dem Fall,
bei dem der Arbeitsdruck (PY) des Akkumulators 92 während des
Zeitraums vom Zeitpunkt (T&sub4;) bis zum Zeitpunkt (T&sub5;) detektiert
wird. Daher ist es auch möglich, den Arbeitsdruck des
Akkumulators 92 während des Zeitraums vom Zeitpunkt (T&sub2;) bis
zum Zeitpunkt (T&sub4;) als Auslösedruck zum Einleiten der
Sekundärdruckbeaufschlagung zu verwenden. In diesem Fall ist es
jedoch unmöglich, die Veränderung des Arbeitsdrucks des
Akkumulators 92 an der Kammer B abzufühlen, wo die Veränderung
des Drucks des schmelzflüssigen Metalls direkt abfühlbar ist.
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3. Da sich der Arbeitsdruck des Akkumulators 92 relativ
langsam wiederherstellt, ist die Veränderung des
Auslösezeitpunktes für das Zuschaltventil 110, das so eingestellt ist, daß
es beim Druck (PY) angetriggert wird, klein, und somit kann
die Sekundärdruckbeaufschlagung nach Beendigung des Einfüllens
des schmelzflüssigen Metalls immer zum richtigen vorbestimmten
Zeitpunkt erfolgen.
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4. Da das Antriggern des Zuschaltventils 110 durch
unmittelbare Führung des Öldruck in der Kammer B erfolgt, ist
die zeitliche Verzögerung gering im Vergleich zu jenem Fall, wo
der Druck in der Kammer B von einem Druckfühler detektiert
wird, und es wird ein Magnetventil auf der Basis dieses
Detektionssignals betätigt, um einen hydraulischen
Sekundärdruckzylinder in Betrieb zu setzen, und so kann der Zeitpunkt
der Sekundärdruckbeaufschlagung richtig festgesetzt werden.
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5. Durch vorheriges Einstellen eines Öffnungsgrades eines
Druckölspeiseventils für den Akkumulator 92 ist es möglich, die
Wiederherstellungsgeschwindigkeit des Arbeitsdrucks des
Akkumulators 92 zu regulieren und zu verändern, nachdem er
einmal gesunken ist, und somit kann der Zeitpunkt zur Detektion
des Arbeitsdrucks (PY) einfach durch Regulierung des
Druckölspeiseventils verändert und der Zeitpunkt der
Sekundärdruckbeaufschlagung einfach eingestellt werden.
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6. Die Druckölspeisegeschwindigkeit zum hydraulischen
Sekundärdruckzylinder 48 kann durch Regulieren eines
Öffnungsgrades des Durchflußregelventils 116 gewählt oder
verändert werden, und daher kann die richtige
Sekundärdruckbeaufschlagung erzielt werden, indem die Druckstange 50 mit
einer an Material, Form, Größe, etc. eines Gießprodukts
angepaßten Geschwindigkeit vorgeschoben wird.
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7. Zwar wurde bei der oben beschriebenen Ausführungsform
der Arbeitsdruck (Py) des Akkumulators 92 im Verlauf der
Wiederherstellung abgefühlt und das Zuschaltventil 110 unter
Ausnützung des Drucks (PY) als Auslösesignal angetriggert,
doch könnte eine Abänderung darin bestehen, daß der Zeitpunkt
(T&sub2;) der Beendigung des Einfüllens von schmelzflüssigem Metall
(der untere Grenzwert des Arbeitsdrucks (PA2) als Referenz
herangezogen und das Zuschaltventil 110 nach einem
vorbestimmten Zeitraum ab der Referenzzeit mittels eines
Verzögerungszeitschaltwerks od. dgl. geöffnet wird.
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Es wird nunmehr ein hydraulisches Steuersystem 106A gemäß
einer modifizierten Ausführungsform, die in Fig. 7 dargestellt
ist, beschrieben. In dieser Figur haben Bestandteile ähnlich
den in Fig. 1 gezeigten gleiche Bezugszeichen.
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Im hydraulischen Steuersystem 106A werden neben dem
Zuschaltventil 110, dem Schaltventil 114 und dem
Durchflußregelventil der zuvor beschriebenen Ausführungsform ein
Sperrventil 122 zwischen einer Hydraulikpumpe 108 und dem
hydraulischen Zylinder 48 zur Druckbeaufschlagung verwendet.
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Gemäß dem hydraulischen Steuersystem 106A wird das
Schaltventil 114, sobald das Betriebsöl vom Akkumulator 92 in
den hydraulischen Einspritzzylinder 52 geführtist, aus dem
dargestellten Zustand geschaltet, wodurch das von der
Hydraulikpumpe 108 zugeführte Öl an der Einlaßöffnung des
Zuschaltventils 110 eine Wartestellung einnimmt, und wenn das
Zuschaltventil 110 geöffnet wird, wird das in Wartestellung
befindliche Drucköl rasch durch das Durchflußregelventil 116
und das Druckminderventil 124 zum hydraulischen
Sekundärdruckzylinder 48 geführt.
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Die Vorschubgeschwindigkeit der Druckstange 50 kann durch
Verstellen des Durchflußregelventils 116 auf einen geeigneten
Wert selektiert oder geändert werden, und die
Sekundärdruckkraft kann durch Verstellen des Druckminderventils 124 auf
einen geeigneten Wert selektiert oder geändert werden.
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Fig. 8 ist eine schematische Ansicht ähnlich der Fig. 2,
zeigt aber eine Modifikation am hydraulischen Arbeitskreis zur
Zuführung von Betriebsöl zum hydraulischen Einspritzzylinder
52, wobei Bestandteile ähnlich jenen der Fig. 2 mit gleichen
Bezugszeichen versehen sind. Bei dieser Modifikation ist ein
Zuschaltventil 194, das in Reaktion auf ein von einem
Positionsgeber 82 abgegebenes Positionssignal geöffnet werden
kann, in ein Ölspeisekanal 192 geschaltet, um den Akkumulator
92 mit der Kammer B leitungsmäßig zu verbinden, und eine
Hydraulikpumpe 196 ist zwischen dem Zuschaltventil 194 und der
Kammer B leitungsmäßig mit dem Ölspeisekanal 192 verbunden. Vor
Beginn der Einspritzung wird das Zuschaltventil 194
geschlossen. Unter dieser Bedingung wird, wenn die
Hydraulikpumpe 196 in Betrieb gesetzt wird, Betriebsöl von jener Pumpe
durch den Ölspeisekanal 192 zur Kammer B geführt, und die
Niedriggeschwindigkeiteinspritzung beginnt. Danach wird das
Zuschaltventil 194 in Reaktion auf ein vom Positionsgeber 82
gegebenes Signal geöffnet, der Arbeitsdruck des Akkumulators 92
wird in die Kammer B eingeleitet, und die
Hochgeschwindigkeitseinspritzung beginnt. Weiters detektiert bei dieser
modifizierten Ausführungsform ein Druckfühler 84 den Druck
innerhalb der Kammer D, und das Auslaßventil 86 kann mit diesem
Detektionssignal geöffnet werden.
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Als weiteres Beispiel, bei dem die vorliegende Erfindung
anwendbar ist, kann außerdem ein Metallschmiedeverfahren
genannt werden. Als eine Art Metallschmiedeverfahren ist ein
Verfahren bekannt, bei dem eine Hydraulikzylindereinrichtung
zur Zuführung von schmelzflüssigem Metall unter Ausnutzung
eines Hydraulikkreises mit einem Akkumulator betrieben wird,
und nachdem schmelzflüssiges Metall in einen Hohlraum einer
Kokille gefüllt worden ist, wird das schmelzflüssige Metall
durch Eintreiben eines Schmiedekolbens zu einem vorbestimmten
Zeitpunkt unter Druck gesetzt wird; und als weiterer
Verfahrenstyp, beispielsweise bei der Schaffung eines
Gießproduktes von komplizierter Gestalt, ist ein Verfahren
bekannt, bei dem ein Schmiedekolben zum Unterdrucksetzen von in
einen Hohlraum gefülltem schmelzflüssigem Metall unter
Ausnutzung eines Arbeitsdrucks eines Akkumulators eingetrieben
wird und nach dem Unterdrucksetzen des schemlzflüssigen Metalls
mit dem obengenannten Schmiedekolben die Druckbeaufschlagung
einzelner Abschnitte mit einem anderen Schmiedekolben zu
vorbestimmten Zeitpunkten erfolgt. Bei diesen Verfahren kann
auch die erfindungsgemäße Verfahrensweise angewendet werden,
nämlich nach Absenken des Arbeitsdrucks eines Akkumulators in
einem ersten Hydraulikkreis Ansteuern eines zweiten
Hydraulikkreises (eines Hydraulikkreises zum Eintreiben eines
Schmiedekolbens) zu einem vorbestimmten Zeitpunkt.
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Wie aus der obigen Beschreibung hervorgeht, wird ein
hydraulisches Regelungsverfahren für Geräte vorgeschlagen,
welches dadurch gekennzeichnet ist, daß nach dem Ansteuern
eines ersten Hydraulikkreises und Absenken des Betriebsdrucks
desselben jeder beliebige Arbeitsdruck bzw. jede Änderung des
Arbeitsdrucks im Zuge der Wiederherstellung auf einen
anfänglichen Solldruck detektiert und ein zweiter
Hydraulikkreis auf Basis dieses Detektionssignals angesteuert wird.
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Gemäß diesem Verfahren kann, da es sich das Phänomen
zunutzemacht, daß nach dem Beginn des Betriebes eines in einem
ersten Hydraulikkreis geschalteten Akkumulators der
Arbeitsdruck aufgrund von Verlustleistung einmal sinkt und sich,
nachdem der mit dem ersten Hydraulikkreis zu beeinflußende
Gegenstand einen vorbestimmten Zielzustand erreicht hat,
derselbe Arbeitsdruck wieder auf den anfänglichen Solldruck
einstellt, und daß jeder beliebige Arbeitsdruck bzw. eine
Veränderung des Arbeitsdrucks während des Zeitraums vom
Zeitpunkt, zu dem sich der Arbeitsdruck des Akkumulators
wiederherzustellen beginnt, bis zur vollständigen
Wiederherstellung detektiert wird und der zweite Hydraulikkreis
auf Basis dieses Detektionssignals angesteuert wird, ein vom
zweiten Hydraulikkreis zu beeinflußender Gegenstand zu einem
ganz genauen Zeitpunkt mit geringen Schwankungen in
Übereinstimmung mit dem Zustand des vom ersten Hydraulikkreis
zu beeinflußenden Gegenstandes steuerbar ist.
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Außerdem ist die Wiederherstellungsgeschwindigkeit des
Arbeitsdrucks des Akkumulators relativ gering, und es kann so
ein Auslösesignal zum Ansteuern des zweiten Hydraulikkreises
mit hoher Präzision und auf einfach Weise abgeleitet werden.