[0001] Die Erfindung betrifft ein Einpreßaggregat für eine Druckgießmaschine, insbesondere
für eine Warmkammerdruckgießmaschine zur Verarbeitung von Metallschmelzen mit einem
Gießkolben zum Einpressen des Gießmaterials in eine Form, der über eine Schubstange
beaufschlagbar ist, die mit einem von einem Elektromotor getriebenen Linearantrieb
verbunden ist, und der nach der Füllphase der Form zur Erzielung eines Drukkes in
dem Gießmaterial in einer Druckphase gehalten wird.
[0002] Ein Einpreßaggregat dieser Art ist aus der EP 0 430 616 A1 bekannt. Dort wird als
Linearantrieb eine Spindel zum Antrieb einer Mutter vorgesehen. Der Antrieb des mit
dem Linearantrieb verbundenen Gießkolbens wird über einen von einem Elektromotor angetriebenen
Riemen vorgenommen. Der Riementrieb wirkt dabei über eine elektromagnetisch steuerbare
Scheibenkupplung auf die Spindel, so daß auf diese Weise die Vorschubgeschwindigkeit
des Gießkolbens und, nach dem Füllen der Form, der im Gießmaterial zu haltende Druck
gesteuert werden kann. Dabei dient zur Steuerung ein drehzahlabhängiges Signal, das
von einem mit dem Spindelantrieb verbundenen Tachometer abgegeben wird.
[0003] Ein Antrieb dieser Art für das Einpreßaggregat ist relativ aufwendig. Die Steuerung
und Regelung der Scheibenkupplung birgt vor allem wegen der Verschleißanfälligkeit
solcher Kupplungen Nachteile in sich.
[0004] Es ist auch bekannt, bei Spritzgießmaschinen zur Verarbeitung flüssiger Kunststoffmassen
die dort zum Auspressen vorgesehenen Extruderspindeln mit Hilfe elektronischer Regler
so zu steuern, daß in den kritischen Phasen des Staudruckaufbaus bei der Plastifizierung
sowie der Einhaltung des Druckes in der Nachdruckphase die gewünschten Vortriebsgeschwindigkeiten
beziehungsweise Drehmomente für die Einhaltung des Druckes ausgeübt werden können
(DE 43 45 034 A1).
[0005] Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Einpreßaggregat der eingangs
genannten Art in möglichst einfacher Weise so auszubilden, daß insbesondere beim Übergang
von der Formfüllphase in die Druckhaltephase unerwünschte Druckspitzen vermieden werden,
die systembedingt durch die dem Antrieb innewohnenden Trägheitskräfte beim Abstoppen
des Antriebes und beim Übergang auf Druckregelung entstehen.
[0006] Während solche Probleme bei Kunststoffspritzgießmaschinen wegen des elastischen Verhaltens
flüssiger Kunststoffmassen nicht auftreten, sind die Verhältnisse bei Druckgießmaschinen
zur Verarbeitung von Metallschmelzen insofern anders, als die Metallschmelzen praktisch
nicht komprimierbar sind.
[0007] Um hier die durch Trägheitskräfte vom Antrieb her bewirkten Kräfte beim Umschalten
von Formfüllung auf Druckhaltung nicht zu einer unvorhergesehenen und unerwünschten
Druckerhöhung in der Schmelze oder zur Beschädigung des Antriebes führen zu lassen,
wird gemäß der Erfindung bei einem Einpreßaggregat der eingangs genannten Art vorgesehen,
daß zwischen den Gießkolben und die Schubstange ein Federelement geschaltet ist. Dieses
Federelement kann das beim Abbremsen des Antriebes auftretende Trägheitsmoment aufnehmen.
Der dadurch bewirkte Federweg verhindert die weitere Verschiebung des Gießkolbens
und damit auch das Auftreten von Druckspitzen.
[0008] In Weiterbildung der Erfindung kann das Federelement nun so ausgelegt sein, daß die
durch seine Vorspannung entstehende Reaktionskraft auf den Gießkolben groß genug ist,
um die zur Erzielung des notwendigen Druckes im Gießmaterial erforderliche Axialkraft
auf den Gießkolben aufzubringen. Durch die Erfindung wird somit bei einem Einpreßaggregat
der eingangs genannten Art zweierlei erreicht. Zum einen können die beim Abbremsen
des Antriebs durch die Massen des Elektromotors und des Getriebes bewirkten Trägheitsmomente
aufgefangen werden. Der Gießkolben wird somit vom Umschaltzeitpunkt von Formfüllen
auf Druck nicht mehr weiterbewegt. Der durch die Trägheitsmomente auftretende Zusatzweg
wird zur Vorspannung des Federelementes verwendet und die dann erzeugte Vorspannung
wird zur Beaufschlagung des Gießkolbens mit einer Axialkraft ausgenutzt, die groß
genug ist, um den erwünschten Nachdruck im Gießmaterial aufrechtzuerhalten.
[0009] Durch diese Maßnahmen wird die Steuerung des Gießkolbenantriebs sehr einfach. Die
Regelung des Nachdruckes kann nämlich auf diese Weise auf eine sekundäre Geschwindigkeitsregelung
in einer Reglerkaskade mit primärer Kraftregelung reduziert werden.
[0010] In Weiterbildung der Erfindung kann als Federelement ein elastischer Kunststoffring
vorgesehen sein, der zwischen zwei Flanschen gehalten ist, von denen einer an der
Schubstange gehalten und der andere mit einer auf der Schubstange teleskopartig geführten
Hülse fest verbunden ist. Durch die Relativbewegung zwischen Schubstange und Hülse
wird der Kunststoffring zusammengedrückt und zwar um ein Maß, daß dem Verstellweg
der Schubstange entspricht, der durch den Nachlauf des Antriebs nach dem Abbremsvorgang
bewirkt wird.
[0011] In Weiterbildung der Erfindung kann die Schubstange einen den Kunststoffring durchdringenden
Fortsatz aufweisen, auf dem die Hülse geführt ist. Der zwischen Fortsatz und Schubstange
vorgesehene Absatz kann als Anlage für die an der Schubstange gehaltene Scheibe bzw.
für einen dieser zugeordneten Drucksensor dienen.
[0012] Als Federelement kann aber auch eine an sich bekannte Flüssigkeitsfeder vorgesehen
sein (LUEGER Lexikon der Technik, Band 12 - Fahrzeugtechnik - Ausgabe 1967, Verlage
DVA Stuttgart, Seite 223). Solche, in der Regel mit Öl gefüllten Zylinder/Kolbeneinheiten
können bei den bei Druckgießmaschinen auftretenden Einpreßkräften in der Größenordnung
von mehreren Tonnen den notwendigen Federweg zur Verfügung stellen, wobei auch hier
die Federkraft dann zur Beaufschlagung der Gießkolben ausgenützt werden kann. Schließlich
können Federelement und Hülsenanordnung so aufeinander abgestimmt sein, daß der Fortsatz
um einen bestimmten Weg relativ zur Hülse verstellbar ist, um zu vermeiden, daß die
Schubstange bzw. ihr Fortsatz mechanisch am Ende der Hülse anschlägt. In Weiterbildung
der Erfindung kann der elektrische Antrieb außerdem so steuerbar sein, daß das Federelement
nicht über ein vorbestimmtes Maß hinaus zusammengedrückt wird. Zu diesem Zweck kann
dem Federelement ein mit der Steuerung des Antriebs verbundener Sensor zugeordnet
sein, der die vom Federelement ausgeübte Axialkraft erfaßt und das Drehmoment des
Antriebs so steuert, daß in der Nachdruckphase eine ganz bestimmte Kraft auf den Gießkolben
ausgeübt und dadurch ein bestimmter Druck in der in der Form befindlichen Schmelze
während des Erkaltens erzeugt wird.
[0013] Als Linearantrieb kann ein aus Spindel und Mutter bestehender Gewindeantrieb oder
auch ein Zahnstangenantrieb vorgesehen sein.
[0014] Die Erfindung ist in der Zeichnung anhand eines Ausführungsbeispieles dargestellt
und wird im folgenden erläutert. Die einzige Figur zeigt ein Einpreßaggregat für eine
Warmkammerdruckgießmaschine zur Verarbeitung von Metallschmelzen.
[0015] Es ist ein Elektromotor 1, beispielsweise ein Asynchronmotor oder auch andere Varianten
von Servomotoren, mit einem nicht näher gezeigten Getriebe und mit einem Kupplungsteil
2 vorgesehen, der eine Gewindespindel 3 zu einer Drehbewegung antreibt. Die Gewindespindel
3 ist in einem Schutzgehäuse 5 abgedichtet geführt. Auf ihr ist eine mit dem Gewinde
der Spindel 3 zusammenwirkende Mutter 4 geführt, die mit einem Leitnocken 6 in eine
Nut 7 innerhalb des Gehäuses 5 eingreift und dadurch im Gehäuse 5 unverdrehbar geführt
ist. Die Mutter 4 steht über eine das freie Ende der Spindel 3 übergreifende Verlängerung
8 mit einer Schubstange 9 in Verbindung, die ihrerseits abgedichtet aus dem Gehäuse
5 herausgeführt und mit einem Fortsatz 10 mit geringerem Durchmesser versehen ist.
Auf dem Fortsatz 10 ist beweglich eine erste Scheibe 11 geführt, die an einem Drucksensor
12 anliegt, der beispielsweise in der Art eines piezoelektrischen Elementes ausgeführt
sein kann. Dieser Drucksensor 12 steht über eine Signalleitung 13 mit einem nicht
näher gezeigten, weil bekannten Mehrparameterregler in Verbindung, der den Motor 1
regelt.
[0016] Auf dem Fortsatz 10 ist außerdem eine Hülse 14 mit einer Endscheibe 15 verschiebbar
gelagert, wobei zwischen der Endscheibe 15 und der am Drucksensor 12 anliegenden Scheibe
11 ein Federelement in der Form eines Kunststoffringes 16 angeordnet ist, der ebenfalls
von dem Fortsatz 10 durchsetzt ist. Die Hülse 14 ist an dem von der Scheibe 15 abgewandten
Ende mit einem Anschlußende 17 zur Verbindung mit dem nicht gezeigten Gießkolben versehen,
wobei das freie Ende des Fortsatzes 10 mit einem Absatz 18 größeren Durchmessers versehen
ist, der die Hülse am Fortsatz 10 hält und auch für eine gewisse Vorspannung des Kunststoffringes
16 dienen kann. Dieser Absatz 18 ist um die Wegstrecke a von einer inneren Endflächen
19 der Hülse 14 entfernt. Dieses Einpreßaggregat wird nun in Betrieb gesetzt, um eine
Metallschmelze in bekannter Weise aus dem Tiegel einer Warmkammerdruckgießmaschine
durch den Gießzylinder und ein Steigrohr in die Form zu drücken, dann wird der Elektroantrieb
1 über den nicht gezeigten Mehrparameterregler zu einer Drehung der Spindel 3 angeregt,
was dazu führt, daß die Mutter 4 aus der gezeigten Stellung an der Spindel 3 entlang
nach unten läuft und dabei die Schubstange 9 ebenfalls nach unten drückt, und zwar
mit der für den Füllvorgang der Gießform notwendigen Geschwindigkeit.
[0017] Ist die Form gefüllt, so muß der Drehantrieb der Spindel 3 von Geschwindigkeitsregelung
auf Drehmomentregelung umgeschaltet werden und zu diesem Zweck wird der Motor 1 abgebremst.
Da sowohl dem Motor als auch dem nicht näher gezeigten Getriebe und allen durch den
Antrieb in Rotation versetzten Teilen ein massebedingtes Trägheitsmoment anhaftet,
ist es nicht möglich, das Weiterdrehen der Spindel 3 vom Umschaltzeitpunkt an sofort
zu unterbinden. Um in diesem Fall zu vermeiden, daß der nicht gezeigte Gießkolben
weiter auf die in der Form befindliche inkompressible Schmelze drückt und dadurch
unerwünschte Druckspitzen in der Schmelze oder Kraftspitzen im Antriebsmechanismus
auftreten, die zu einer Beschädigung führen könnten, ist das Federelement 16 vorgesehen,
daß sich in diesem Fall zusammendrückt und den Weg aufnimmt, den sonst der Gießkolben
zusätzlich zurücklegen hätte müssen. Aufgrund der Inkompressiblität der Metallschmelze
in der Form steht der Gießkolben nach Füllung der Form sozusagen still, während die
Schubstange 9 und ihr Fortsatz 10 noch um einen gewissen Weg weiterbewegt werden,
der aber durch die Relativverschiebbarkeit zwischen Hülse 14 und Fortsatz 10 von dem
Federelement 16 aufgenommen werden kann.
[0018] Die Anordnung ist dabei so getroffen, daß der vom Antrieb noch zurückgelegte Weg
kleiner als das Maß a ist. Das Federelement 16 drückt sich daher um einen Betrag geringfügig
kleiner als a zusammen und wird daher unter Spannung gesetzt.
[0019] Die Auslegung kann dabei so erfolgen, daß bei dem eingestellten Federweg - der also
kleiner als a ist - eine von dem Federelement 16 ausgeübte Reaktionskraft auf die
Hülse 14 und damit auf den Gießkolben wirkt, die ausreichend groß ist, um in der Schmelze
den erforderlichen Nachdruck aufgrund einer Kraft beispielsweise in der Größenordnung
von 7-8 Tonnen (70-80 KN) zu bewirken. Der im Ausführungsbeispiel verwendete Kunststoffring
kann diese Kräfte aufbringen, ohne zu groß zu bauen. Möglich wäre auch die Verwendung
einer Flüssigkeitsfeder, bei der die Kompressibilität von Flüssigkeiten, insbesondere
Öl bei höhen Drücken ausgenützt wird. Der Motor 1 kann auf ein Haltedrehmoment eingeregelt
werden, so daß keine komplizierten Maßnahmen zur Einhaltung des Nachdruckes in der
Schmelze erforderlich sind.
[0020] Um in jedem Fall die vom Federelement 16 ausgeübte Kraft so groß zu halten, daß in
der Schmelze der erforderliche Druck entsteht, ist der Drucksensor 12 vorgesehen,
der ein Maß für die Kraft abgibt, das von der Feder 16 auf die Hülse 14 und damit
auf den Gießkolben ausgeübt wird. Die Scheibe 11 ist, wie vorher erläutert, verschiebbar
auf dem Fortsatz 10 angeordnet. Die Scheiben 11 und 15 werden daher mit der gleichen
Axialkraft beaufschlagt. Diese Kraft kann über den vorher erwähnten Mehrparameterregler
und den Antriebsmotor 1 auf eine ganz bestimmte Größe eingeregelt werden, solange
dafür gesorgt ist, daß der Einfederungsweg für das Federelement 16 nicht größer als
das Maß a wird.
[0021] Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung besteht ein fester Zusammenhang zwischen
dem Einfederungsweg (kleiner als a) des Federelements 16 und der auf den Gießkolben
ausgeübten Axialkraft. Die Erfindung ermöglicht den Antrieb eines Einpreßaggregates
für Warmkammerdruckgießmaschinen mit elektromechanischen Mitteln und bietet den Vorteil
einer relativ einfachen Steuerung und Regelung.
1. Einpreßaggregat für eine Druckgießmaschine, insbesondere Warmkammerdruckgießmaschine
zur Verarbeitung von Metallschmelzen mit einem Gießkolben zum Einpressen eines Gießmaterials
in eine Form, der über eine Schubstange (9) beaufschlagbar ist, die mit einem von
einem Elektromotor (1) getriebenen Linearantrieb (3) verbunden ist, und der nach der
Füllphase der Form zur Erzielung eines Druckes in dem Gießmaterial in einer Druckphase
gehalten wird,
dadurch gekennzeichnet, daß
zwischen den Gießkolben und die Schubstange (9) ein Federelement (16) geschaltet ist.
2. Einpreßaggregat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Federelement (16)
so ausgelegt ist, daß die durch seine Spannung entstehende Reaktionskraft auf den
Gießkolben groß genug ist, um die zur Erzielung des notwendigen Druckes im Gießmaterial
erforderliche Axialkraft aufzubringen.
3. Einpreßaggregat nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Federelement
ein elastischer Kunststoffring (16) ist, der zwischen zwei Scheiben (11, 15) gehalten
ist, von denen eine (11) an der Schubstange (9) gehalten und die andere mit einer
auf der Schubstange teleskopartig geführten Hülse (14) fest verbunden ist.
4. Einpreßaggregat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Federelement eine
Flüssigkeitsfeder vorgesehen ist.
5. Einpreßaggregat nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schubstange (9) einen
den Kunststoffring (16) durchdringenden Fortsatz (10) geringeren Durchmessers aufweist,
auf dem die Hülse (14) geführt ist.
6. Einpreßaggregat nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Federelement (16)
und die Anordnung der Hülse (14) so aufeinander abgestimmt sind, daß der Fortsatz
(10) nur einen bestimmten Weg (a) relativ zur Hülse (14) verstellbar ist.
7. Einpreaggregat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der elektrische Antrieb
(1) so steuerbar ist, daß das Federelement (16) nicht über ein vorbestimmtes Maß (a)
hinaus zusammengedrückt wird.
8. Einpreßaggregat nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß dem Federelement (16)
ein mit der Steuerung des Antriebes (1) verbundener Sensor (12) zugeordnet ist, der
die vom Federelement (16) ausgeübte Axialkraft erfaßt.
9. Einpreßaggregat nach Anspruch 5 und 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor (12)
an dem zwischen der Schubstange (9) und dem Fortsatz (10) kleineren Durchmessers gebildeten
Absatz (20) und an der am Ansatz (10) geführten Scheibe (11) anliegt, die an das Federelement
(16) angrenzt.
10. Einpreßaggregat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Linearantrieb ein
aus einer Spindel (3) und einer daran geführten Mutter (4) bestehender Gewindeantrieb
vorgesehen ist.
11. Einpreßaggregat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Linearantrieb ein
Zahnstangenantrieb vorgesehen ist.