DE102017220836A1

DE102017220836A1 - Hydraulische Steuerung für eine Gießeinheit einer Spritzgießmaschine und Verfahren zu Steuerung einer Gießeinheit einer Spritzgießmaschine

Info

Publication number: DE102017220836A1
Application number: DE102017220836.8A
Authority: DE
Inventors: Dirk-Walter Herold; Holger Engert
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2016-11-24
Filing date: 2017-11-22
Publication date: 2018-05-24
Also published as: WO2018095963A1; CN109963669A; WO2018095972A1; CN109982789A; CN109982789B; DE102017220832A1; CN109963669B

Abstract

Eine hydraulische Steuerung für eine Gießeinheit einer Spritzgießmaschine ist ausgeführt miteinem Gießzylinder, welcher einen stangenseitigen Betätigungsraum und einen bodenseitigen Betätigungsraum aufweist, die durch einen Kolben getrennt sind,mit wenigstens einer hydraulischen Druckmittelquelle,mit einer Ventilanordnung, durch die die wenigstens eine hydraulische Druckmittelquelle wahlweise mit dem stangenseitigen Betätigungsraum und/oder dem bodenseitigen Betätigungsraum verbunden werden kann,und erfindungsgemäß miteinem ersten, proportional verstellbaren Wegeventil, welches mit dem stangenseitigen Betätigungsraum und dem bodenseitigen Betätigungsraum verbunden ist, und durch welches ein Öffnungsquerschnitt einer fluidischen, unmittelbaren Verbindung zwischen den besagten Betätigungsräumen stufenlos einstellbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine hydraulische Steuerung für eine Gießeinheit einer Spritzgießmaschine und ein Verfahren zur Steuerung einer Gießeinheit einer Spritzgießmaschine.
Der Begriff Spritzgießmaschine soll insbesondere die Anwendungsbereiche Druckgussmaschinen, Tixomoldingmaschinen und Kunststoff-Spritzgießmaschinen umfassen.
Dabei dient die Gießeinheit zum Einbringen des flüssigen oder teigigen Materials aus einer Schussbuchse in den Hohlraum einer Form. Aufgrund des schnellen Erstarrungsprozesses sind hierzu hohe Geschwindigkeiten für die Füllung und nachfolgend hohe Drücke zum vollständigen Füllen der Form und zum Verdichten des Materials in der Form erforderlich, zum Ausgleich einer bei der Erstarrung des Materials auftretenden Schrumpfung.
Hydraulische Steuerungen für Gießeinheiten sind bekannt. Die EP 2 295 171 B1 zeigt eine Steuerung, bei der die stangenseitige Kammer eines Gießzylinders wahlweise mit einem Druckmittelspeicher, einem Druckübersetzer oder einer bodenseitigen Kammer des Gießzylinders verbunden werden kann. Die Geschwindigkeitssteuerung bei der Vorfüllphase und der Formfüllphase erfolgt jeweils durch ein proportional verstellbares 2/2-Wegeventil im Zulauf vom Druckmittelspeicher zur bodenseitigen Kammer des Gießzylinders. Aus der stangenseitigen Kammer abströmendes Druckmittel wird wahlweise in die bodenseitige Kammer oder in den Druckmittelspeicher zurückgeführt.
In der DE 10 2005 034 202 A1 ist eine hydraulische Steuerung für einen Gießzylinder angegeben, bei der die Geschwindigkeit des Gießzylinders in der Vorfüllphase und der Formfüllphase durch ein proportional verstellbares 2/2-Wegeventil gesteuert wird, das zwischen der stangenseitigen Kammer des Gießzylinders und einem Druckmitteltank angeordnet ist.
Bei der erstgenannten Steuerung ist ein feinfühliges proportionales verstellbares 2/2 Wegeventil großer Nenngröße im Zulauf erforderlich, um einerseits eine ruckfreie Anfahrbewegung zu gewährleisten und um anderseits einen schnellen Formfüllvorgang zu gewährleisten, insbesondere wenn das Druckmittel zum Druckmitteltank zurückgeführt werden soll. Das Ventil ist entsprechend aufwendig und teuer in der Herstellung.
Bei der zweiten Steuerung muss das proportional verstellbare 2/2-Wegeventil durch seine Anordnung an der Stangenseite zwar eine entsprechend geringere Druckmittelmenge steuern, das Druckmittel wird aber von dem hohen Druckniveau, das in der Bewegungsphase auf der Stangenseite herrscht auf Tankdruck abgedrosselt. Dementsprechend ist der Betrieb des dort verwendeten Ventils stark verschleißbehaftet.
Die vorliegende Erfindung gibt eine verbesserte hydraulische Steuerung gemäß den Merkmalen Patentanspruch 1 und ein verbessertes Verfahren zur Steuerung einer Gießeinheit gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 9 an.
Erfindungsgemäß ist zwischen einem bodenseitigen Druckraum - auch Betätigungsraum - des Gießzylinders und seinem stangenseitigen Druckraum/Betätigungsraum ein erstes, proportional verstellbares Wegeventil vorhanden, welches mit dem stangenseitigen Betätigungsraum und dem bodenseitigen Betätigungsraum verbunden ist, und durch welches ein Öffnungsquerschnitt einer fluidischen, unmittelbaren Verbindung zwischen den besagten Betätigungsräumen stufenlos einstellbar ist.
Mit einem solchen Ventil - also im Prinzip mit einem proportional verstellbaren Regenerationsventil - lässt sich in der Vorfüllphase des Maschinenzyklus der Spritzgießmaschine der Gießzylinder sanft und ruckfrei anfahren. Der Anfahrvorgang kann dazu einer Geschwindigkeitsregelung unterworfen sein, deren Stellorgan das Regenerationsventil ist. Kleine Geschwindigkeiten können durch die geringere Druckdifferenz zwischen den Zylinderkammern mit weniger Streckenverstärkung und damit höherer Auflösung eingeregelt werden, im Vergleich zu einer herkömmlichen Volumenstromregelung im Ablauf der stangenseitigen Kammer gegen Tankdruck. Gleichzeitig wird durch die Regenerationsschaltung in der Vorfüllphase und in der Formfüllphase die benötigte Druckmittelmenge und die benötigte hydraulische Energie verringert, der Niederdruckspeicher kann entsprechend der verringerten Druckmittelmenge kleiner ausgeführt werden. Es kann darauf verzichtet werden, ein Zulaufventil zwischen einer Niederdruckquelle und dem bodenseitigen Druckraum des Gießzylinders als proportional verstellbares Ventil, also Proportionalventil auszuführen. Dafür genügt dann ein einfaches Schaltventil. In bestimmten Konfigurationen kann darauf verzichtet werden ein Ablaufventil zwischen dem stangenseitigen Druckraum des Gießzylinders und einer Druckmittelsenke als Proportionalventil auszuführen. Ein weiterer Vorteil ist, dass das erfindungsgemäße Regenerationsventil hinsichtlich seines Durchflusses nicht größer ausgeführt werden muss als besagtes herkömmliches Ablaufventil und dass am Regenerationsventil wie schon gesagt ein geringeres Druckgefälle herrscht als an einem herkömmlichen als Ablaufventil angeordneten Proportionalventil. Dadurch ist der Verschleiß und eine Kavitationsneigung am Regenerationsventil vergleichsweise gering.
Das erfindungsgemäße Verfahren zu Steuerung einer hydraulischen Gießeinheit einer Spritzgießmaschine umfasst die Schritte
Vorspannen des stangenseitigen Betätigungsraums in einer bodenseitigen Anschlagsposition des Gießzylinders durch Zuführen von hydraulischen Druckmittel in den stangenseitigen Betätigungsraums mittels der Ventilanordnung bis ein erstes Druckniveau erreicht ist,
Herstellen einer fluidischen Verbindung zwischen der wenigstens einen hydraulischen Druckmittelquelle und dem bodenseitigen Betätigungsraum mit Hilfe der Ventilanordnung, und
Steuern der Geschwindigkeit einer Ausfahrbewegung des Gießzylinders durch Einstellen eines Öffnungsquerschnittes zwischen den besagten Betätigungsräumen mit Hilfe des ersten, proportional verstellbaren Wegeventils.
Auf diese Weise werden die oben genannten Wirkungen erzielt.
Sonstige Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Das Verfahren kann mit Hilfe einer elektronischen Steuerung durchgeführt werden, die eine Betätigungseinrichtung - z.B. Betätigungsmagneten - des ersten proportional verstellbaren Wegeventils und der weiteren Ventile der Gießeinheit ansteuert, so dass die Geschwindigkeit des Gießzylinders vom Öffnungsquerschnitt des ersten proportional verstellbaren Wegeventils - das Regenerationsventil - bestimmt ist.
Vorzugsweise wird ein Öffnungsquerschnitt zwischen dem Niederdruckspeicher und dem bodenseitigen Druckraum zunächst mit einem gedrosselten Öffnungsquerschnitt und dann mit einem großen Öffnungsquerschnitt freigeschaltet. So kann in der Vorfüllphase ein Anfahrruck vermieden werden.
Wenn in der Formfüllphase eine hohe Kraft am Gießzylinder benötigt wird, kann ein zwischen stangenseitigem Druckraum und einer Druckmittelsenke angeordnetes Ventil aufgesteuert werden. Ist dieses Ventil als Proportionalventil ausgeführt kann es in dieser Phase auch zur Geschwindigkeitssteuerung verwendet werden. In der Nachdruckphase wird besagtes Ventil vorzugsweise voll geöffnet, um eine maximale Nachdruckkraft und einen schnellen Kraftaufbau am Gießzylinder zu erhalten.
Es kann günstig sein, insbesondere in der Nachdruckphase die Ventilanordnung so zu schalten, dass bei einer Druckregelung des Drucks im bodenseitigen Druckraum eine Druckverminderung mit Hilfe des ersten, proportional verstellbaren Wegeventils ausgeführt wird.
Im Folgenden werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung an Hand schematische Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

1 eine stark schematisierte Druckgussmaschine mit dem Gießzylinder in der Ausgangsstellung zu Beginn des Druckgießens eines Werkstücks,
2 die Druckgussmaschine nach 1 während der Vorfüllphase nach Schließen der Einfüllöffnung durch den vom Gießzylinder bewegten Gießkolben,
3 die Druckgussmaschine nach 1 am Ende der Vorfüllphase und zu Beginn der Formfüllphase,
4 die Druckgussmaschine nach 1 in der Nachdruckphase,
5 das Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen hydraulischen Gießeinheit als hydraulische Schaltanordnung, und
6 ein Ablaufdiagram dass einen erfindungswesentlichen Ausschnitt aus einem Verfahren zur Betätigung der erfindungsgemäßen Gießeinheit zeigt.

Gemäß den 1 bis 4 umfasst eine Druckgussmaschine einen Gießzylinder 10, der als Differentialzylinder ausgebildet ist und einen Kolben 11 und eine Kolbenstange 12 aufweist, die sich von der einen Seite des Kolbens 11 aus durch das Innere des Gießzylinders hindurch erstreckt und an einem Deckel aus dem Gehäuse 13 des Gießzylinders nach außen tritt. Durch den Kolben 11 sind im Inneren des Gießzylinders 10 ein vollzylindrischer, bodenseitiger Druckraum 14 und ein ringförmiger, stangenseitiger Druckraum 15 voneinander getrennt.
An der Kolbenstange 12 ist ein Gießkolben 16 befestigt, der in einer in einer Schussbuchse 17 ausgebildeten Schusskammer 18 geradlinig bewegbar ist. In der Schussbuchse 17 befindet sich eine Einfüllöffnung 19 für das flüssige oder teigige Formmaterial, aus dem das zu formende Werkstück bestehen soll. Die Schussbuchse 17 ist mit einer Form 20 zusammengebaut, durch die ein Formhohlraum 21 gebildet ist, der zur Herstellung eines Werkstücks mit dem Formmaterial zu füllen ist und durch die die Form des Werkstücks vorgegeben ist. Von der Schusskammer 18 führt ein Gießkanal 22 in den Formhohlraum 21.
Gemäß 1 befinden sich der Gießzylinder 10, genauer der Kolben 11 des Gießzylinders 10 und der Gießkolben 16 in einer Ausgangsstellung, in der die Kolbenstange 12 ganz eingefahren ist. Durch die in der gezeigten Position des Gießkolbens 16 offene Einfüllöffnung 19 ist die für die Formung des Werkstücks notwendige Menge an Formmaterial in die Schusskammer gefüllt worden.
Es wird nun die auch Vorfüllphase genannte, erste Phase des Druckgussvorgangs gestartet, in der der Gießkolben langsam vorwärtsbewegt wird und die Einfüllöffnung 19 überfährt und verschließt. Der dann erreichte Zustand ist in 2 gezeigt. Dann wird der Gießkolben beschleunigt und währenddessen durch weiteres Verfahren des Gießkolbens 16 schließlich der in 3 gezeigte Zustand erreicht, in dem das Formmaterial am Formanschnitt ansteht.
Gerade beim Anfahren in der Vorfüllphase darf es zu keinem Rucken kommen, da sonst das flüssige oder teigige Gießmaterial in der Gießbüchse schwappt und an den zunächst nicht bedeckten Rändern eine Haut bildet. Die Haut beeinträchtigt die Homogenität des Gießprodukts. Die Schmelze des Gießmaterials muss danach sanft und ruckfrei beschleunigt werden, bis die Schmelze den Formanschnitt erreicht hat.
Die nun folgende auch Formfüllphase genannte, zweite Phase des Druckgussvorgangs läuft sehr schnell mit möglichst konstanter Geschwindigkeit des Gießkolbens 16 ab. Während dieser zweiten Phase wird die Form mit hoher Fließgeschwindigkeit des Formmaterials mit diesem gefüllt.
In der dritten Phase, auch Nachdruckphase genannt, wird das Formmaterial in alle Bereiche des Formhohlraums 21 hinein mit hohem Druck verdichtet und dabei auch der Materialschwund kompensiert. Der in der Nachdruckphase erforderliche hohe Druck im Druckraum 14 des Gießzylinders kann mit Hilfe eines Druckübersetzers, der dann als Hochdruckquelle anzusehen ist, oder auch direkt mit Hilfe eines Hochdruckspeichers oder einer Pumpe erzeugt werden.
Die in der 5 gezeigte hydraulische Gießeinheit umfasst den schon aus den 1 bis 4 ersichtlichen Gießzylinder 10 mit dem Kolben 11, der Kolbenstange 12, dem Gehäuse 13 und dem bodenseitigen Druckraum 14 und dem stangenseitigen Druckraum 15. Als Druckquellen vorhanden sind ein Niederdruckspeicher 30 als Niederdruckquelle, dessen Speicherdruck zum Beispiel im Bereich von 160 bar - z.B. 150 bis 180 bar - liegen mag, ein Hochdruckspeicher 31 als Hochdruckquelle, dessen Speicherdruck zum Beispiel im Bereich von 420 bar - z.B. 330 bis 420 bar -liegen mag, und eine Konstantpumpe 32, die von einem drehzahlregelbaren Elektromotor 33 über eine in einem Pumpenträger 34 untergebrachte Kupplung antreibbar ist.
Der bodenseitige Druckraum 14 des Gießzylinders 10 ist über ein elektromagnetisch direkt betätigbares, stromlos geschlossenes 2/2-Wegesitzventil 40 unmittelbar mit dem Druckanschluss der Konstantpumpe 32 verbindbar. Der bodenseitige Druckraum 14 des Gießzylinders 10 ist außerdem über ein als Aktivlogik ausgebildetes 2/2-Wege-Einbauventil 41 mit dem Niederdruckspeicher 30 verbindbar. Dieses Ventil 41 ist ein Sitzventil und weist einen als Stufenkolben ausgebildeten beweglichen Hauptkolben 42, der in eine Einbaubohrung 43 gegebenenfalls zusammen mit einer in 5 nicht dargestellten ortsfesten Einbaubuchse eingesetzt ist, einen fluidisch dauernd mit dem Niederdruckspeicher 30 verbundenen, ersten Anschluss A und einen fluidisch dauernd mit dem Druckraum 14 des Gießzylinders 13 verbundenen, zweiten Anschluss B auf. Der erste Anschluss A ist ein sogenannter axialer Anschluss, weil der an ihm anstehende Druck eine erste Stirnfläche 44 des Hauptkolbens 42 beaufschlagt. Üblicherweise mündet dieser axiale Anschluss in axialer Richtung der Einbaubohrung beziehungsweise der Einbaubuchse in diese. Der zweite Anschluss B ist ein seitlicher Anschluss. Dem in diesem Anschluss anstehenden Druck bietet der Hauptkolben 42 keine Beaufschlagungsfläche. Die umlaufende Kante an der ersten Stirnfläche bildet eine Steuerkante des Hauptkolbens 42, die auf einer kegeligen Fläche der Einbaubohrung beziehungsweise der gegebenenfalls vorhandenen Einbaubuchse aufsitzen kann - dann ist das 2/2-Wege-Einbauventil 41 geschlossen. Wenn die Steuerkante des Hauptkolbens 21 von der kegeligen Fläche abgehoben ist, dann ist das 2/2-Wege-Einbauventil geöffnet.
Der gestufte Hauptkolben 42 besitzt einen Bund 45, der einen gegenüber der ersten Stirnfläche 44 und einem sich an diese Stirnfläche 44 anschließenden Abschnitt des Hauptkolbens 42 größeren Durchmesser aufweist. Der Bund 45 befindet sich in einer Bohrung 46 eines Steuerdeckels 47 des 2/2-Wege-Einbauventils 41 und erzeugt mit einer zweiten Stirnfläche 48 in der Bohrung 46 einen rückwärtigen Steuerraum 49 und mit einer Ringfläche 50 einen ringförmigen Steuerraum 51. Die beiden Steuerräume 49 und 51 sind durch eine am Bund 45 umlaufende, nicht näher dargestellte Dichtung gegeneinander abgedichtet. Außerdem ist der Steuerraum 51 durch eine Dichtung gegenüber dem seitlichen Anschluss B abgedichtet. Im rückwärtigen Steuerraum 49 ist eine Feder 52 untergebracht, die den Hauptkolben 42 in Richtung Schließen beaufschlagt.
Das 2/2-Wege-Einbauventil 41 weist ein Vorsteuerventil 55 auf, das als 4/2-Wegeschaltventil ausgebildet ist und unter der Wirkung einer Druckfeder 56 eine Ruhestellung einnimmt, in der es den ringförmigen Steuerraum 51 mit einem Tank 57 verbindet und somit von Druck entlastet. Durch Bestromung eines Elektromagneten 58 ist das Vorsteuerventil 55 in eine Schaltstellung umschaltbar, in der es den Steuerraum 51 mit einem Hydrospeicher 59 verbindet, so dass der ringförmige Steuerraum 51 mit dem Druck beaufschlagt ist, auf den der Hydrospeicher 59 aufgeladen ist. Der in dem Steuerraum 51 anstehende Druck erzeugt an der Ringfläche 50 eine Kraft, die an dem Hauptkolben 42 im Sinne eines Öffnens oder Offenhaltens des 2/2-Wege-Einbauventils angreift. Der Hauptkolben ist also von dem Druck im Hydrospeicher 59 an der Ringfläche 50 in Öffnungsrichtung beaufschlagbar. Die Ringfläche 50 sei hier als zweite Steuerfläche bezeichnet.
Durch den Hauptkolben 42 geht axial eine Bohrung 65 hindurch, die den rückwärtigen Steuerraum 49 mit dem Anschluss A verbindet, so dass an beiden Stirnflächen 44 und 48 des Hauptkolbens immer der Niederdruck ansteht, auf den der Niederdruckspeicher 30 aufgeladen ist. Dieser Niederdruck erzeugt an der Differenzfläche 66, um die die Stirnfläche 48 größer als die Stirnfläche 44 ist und die genauso groß wie die Ringfläche 50 ist, eine Kraft, die an dem Hauptkolben 42 im Sinne eines Schließens oder Geschlossenhaltens des 2/2-Wege-Einbauventils 41 angreift. Der Hauptkolben 42 ist also von dem am Anschluss A dauernd anstehenden Druck des Niederdruckspeichers 30 an der Differenzfläche 66 zwischen der Stirnfläche 48 und der Stirnfläche 44 in Schließrichtung beaufschlagbar. Die Differenzfläche 66 sei hier als erste Steuerfläche bezeichnet.
Somit greifen an dem Hauptkolben 42 folgende Kräfte an, wenn sich das Vorsteuerventil 55 in seiner Ruhestellung befindet und somit die Steuerfläche 50 von Druck entlastet ist. Der Niederdruck erzeugt an der Stirnfläche 44 eine Kraft in Öffnungsrichtung und an der Stirnfläche 48 des Hauptkolbens eine Kraft in Schließrichtung des Hauptkolbens 42. Daraus resultiert eine Kraft in Schließrichtung des Hauptkolbens 42, die vom Niederdruck an der ersten Steuerfläche 66 erzeugt wird. Zusätzlich wird durch die Feder 52 eine Kraft in Schließrichtung des Hauptkolbens 42 erzeugt. In der Ruhestellung des Vorsteuerventils 55 gerät also der Hauptkolben 42 in seine Schließstellung beziehungsweise wird in der Schließstellung gehalten, wobei die durch Druckbeaufschlagung erzeugte und in Schließrichtung wirkende Kraft unabhängig davon ist, ob und welcher Druck gerade im Druckraum 14 des Gießzylinders 13 herrscht.
Zum Abheben des Hauptkolbens 42 von seinem Sitz und damit zum Öffnen und Offenhalten des 2/2-Wege-Einbauventils 41 wird das Vorsteuerventil umgeschaltet, so dass nun zusätzlich die zweite Steuerfläche 50 von dem Druck im Hydrospeicher 59 beaufschlagt ist und eine Kraft erzeugt wird, die in Öffnungsrichtung des 2/2-Wege-Einbauventils 41 wirkt. Diese Kraft muss zum Öffnen und Offenhalten des Ventils größer sein als die in Schließrichtung wirkenden Kräfte. Wenn also der Niederdruck zum Beispiel maximal 160 bar und das Druckäquivalent der Feder 52 30 bar beträgt, so muss die zweite Steuerfläche, die vorliegend genauso groß wie die erste Steuerfläche ist, mit einem Druck größer als 190 bar beaufschlagt werden. Entsprechend hoch muss der Hydrospeicher 59 geladen sein. Es sei darauf hingewiesen, dass bei obiger Betrachtung der Einfachheit halber Strömungskräfte, die üblicherweise in Schließrichtung eines Ventils wirken, nicht berücksichtigt sind.
Alternativ kann die zweite Steuerfläche auch größer als die erste Steuerfläche gemacht werden. Dann ist zum Öffnen des 2/2-Wege-Einbauventils 41 ein niedrigerer Druck als oben angegeben notwendig. Als Druckquelle für den Steuerdruck kann dann zum Beispiel der Niederdruckspeicher verwendet werden.
In 5 ist der Hauptkolben 42 des 2/2-Wege-Einbauventils 41 in einer geöffneten Stellung gezeigt. Der gezeigten Stellung des Vorsteuerventils 55 würde dagegen eine geschlossene Stellung des Hauptkolbens 42 entsprechen. Einander entsprechende Stellungen erscheinen leicht zuordenbar.
Zusammenfassend gesagt, kann also der Hauptkolben 42 des 2/2-Wege-Einbauventils 41 in den jeweiligen Zyklusphasen willkürlich geöffnet und geschlossen werden.
Wenn gleich zu Beginn der Vorfüllphase zum Anfahren des Gießzylinders 10 das 2/2-Wege-Einbauventil 41 geöffnet würde, könnte eine Druckwelle in Richtung Druckraum 14 des Gießzylinders 10 entstehen, die einen für den Gießvorgang nachteiligen Anfahrruck führt. Um einen solchen Anfahrruck sicher vermeiden zu können, sind im Bypass zu dem 2/2-Wege-Einbauventil 41 ein Drosselrückschlagventil 67 mit einer Düse, deren Durchflussquerschnitt von Hand einstellbar ist, und in Serie dazu ein 2/2-Wege-Sitzventil 68, das in Ruhestellung gesperrt ist und durch einen Elektromagneten in eine Durchgangsstellung geschaltet werden kann, angeordnet. Mit dem Drosselrückschlagventil 67 ist in Flussrichtung vom Niederdruckspeicher 30 zum Druckraum 14 des Gießzylinders 10 eine fluidische Verbindung mit einer Drosselstelle geschaffen.
Der bodenseitige Druckraum 14 des Gießzylinders 10 ist über ein elektrohydraulisch vorgesteuertes 2/2-Wegesitzventil 70 direkt mit dem Hochdruckspeicher 31 verbindbar. Wenn kein elektrisches Steuersignal anliegt, ist des 2/2-Wegesitzventil 70 geschlossen. Es ist proportional zu einem Eingangssignal verstellbar und somit ein sogenanntes Stetig- oder Proportionalventil. Sein Durchflussquerschnitt ändert sich proportional zum Eingangssignal. Der Druck im Hochdruckspeicher kann zum Beispiel 420 bar betragen.
Schließlich ist der Druckraum 14 über ein elektromagnetisch direkt betätigtes 2/2-Wegeventil 71 mit Tank 57 verbindbar.
Der stangenseitige Druckraum 15 des Gießzylinders 10 ist über ein elektromagnetisch direkt betätigtes, stromlos geschlossenes 2/2-Wegeventil 72 unmittelbar mit dem Druckanschluss der Konstantpumpe 32 verbindbar.
Außerdem ist der stangenseitige Druckraum 15 des Gießzylinders über ein stetig verstellbares 2/2-Wegesitzventil 75 mit Tank 57 fluidisch verbindbar. Das Wegesitzventil 75 ist elektrohydraulisch vorgesteuert und geschlossen, wenn kein elektrisches Eingangssignal anliegt. Die Geschwindigkeit des Kolbens 11 des Gießzylinders kann durch das 2/2-Wegesitzventil gesteuert oder geregelt werden, indem durch eine entsprechende Ansteuerung der Durchflussquerschnitt des Ventils auf eine Größe gesteuert oder geregelt wird, die die gewünschte aus dem Druckraum 15 pro Zeiteinheit verdrängte Druckmittelmenge ergibt.
Schließlich ist der stangenseitige Druckraum 15 des Gießzylinders 10 über eine in ihrem Durchflussquerschnitt einstellbare Drossel 76 und ein dazu in Serie angeordnetes 2/2-Wegesitzventil 77, das unter der Wirkung einer Feder 78 ein Schließstellung einnimmt und durch einen Elektromagneten 79 in seine Durchgangsstellung gebracht werden kann, mit dem Hochdruckspeicher 31 verbindbar. Diese Verbindung kann dazu genutzt werden, den stangenseitigen Druckraum 15 auf das Druckniveau des Hochdruckspeichers 31 vorzuspannen. Wenn der stangenseitigen Druckraum 15 auf das Druckniveau des Hochdruckspeichers 31 vorgespannt ist, kann zu Beginn der Vorfüllphase das Ventil 41 ggf. auch schlagartig geöffnet werden und der parallele Pfad mit dem Ventil 68 und dem Drosselrückschlagventil 67 entfallen. Denn der hohe Druck im stangenseitigen Druckraum 15 verhindert eine ungewollte Bewegung des Gießzylinders, solange der Niederdruck mit dem Übersetzungsverhältnis des Zylinderkolbens 11 multipliziert den Hochdruck nicht übersteigt.
Die in 5 gezeigte hydraulische Gießeinheit weist ein weiteres elektrohydraulisch vorgesteuertes proportional verstellbares 2/2-Wegesitzventil 80 auf. Über dieses 2/2-Wegesitzventil sind die Druckräume 14 und 15 des Gießzylinders 10 fluidisch unmittelbar miteinander verbindbar. Das 2/2-Wegesitzventil 80 wird auch als Regenerationsventil bezeichnet, da es im geöffneten Zustand ein Ausfahren des Gießzylinders erlaubt, wenn Druckmittel dem bodenseitigen Druckraum 14 zugeführt wird, und das aus dem Druckraum 15 abfließende Druckmittel ebenfalls dem Druckraum 14 zufließt.
Als 2/2-Wegesitzventil 80 eignet sich z.B. ein Stromregelventil vom Typ 2WRC der Bosch Rexroth AG.
Das2/2-Wegesitzventil 80 kann erfindungsgemäß zur feinfühligen Steuerung der Ausfahrgeschwindigkeit des Gießzylinders 10 in der Vorfüllphase und Formfüllphase genutzt werden, wie später näher erläutert wird. Zudem lässt sich das Ventil 80 in der Nachdruckphase zur Unterstützung der Regelung des Drucks im bodenseitigen Druckraum 14 einsetzen, da mit ihm ein Pfad vom bodenseitigen Druckraum 14 über das geöffnete Ventil 75 zum Tank aufgesteuert werden kann und somit ein über der Sollwertvorgabe liegender Druck abgebaut werden kann.
Mit der hydraulischen Gießeinheit gemäß 5 kann ein Gießzyklus in nachfolgend beschriebener Weise ablaufen. Ein Teil des Gießzyklus ist außerdem in 6 in Form eines Ablaufdiagrams dargestellt.
Am Ende eines Gießvorgangs werden der Kolben 11 und die Kolbenstange 12 des Gießzylinders 10 eingefahren, indem die Pumpe 32 über das offene Ventil 72 Druckmittel in den Druckraum 15 fördert und Druckmittel aus dem Druckraum 14 über das offene Ventil 71 zum Tank verdrängt wird. Am Ende der Einfahrbewegung stößt der Kolben 11 an einen Endanschlag. Der Druck im Druckraum 15 wird dann auf den maximalen Pumpendruck der Pumpe 32, der durch ein Druckbegrenzungsventil 81 vorgegeben ist, erhöht. Dies entspricht einem Vorspannen des stangenseitigen Druckraums 15, bezeichnet als Schritt 100 in 6. Danach wird das Ventil 72 geschlossen. Das Ventil 71 wird ebenfalls geschlossen.
Anstelle mit Hilfe der Pumpe 32 oder zusätzlich kann der Druckraum 15 in Schritt 100 auch aus dem Hochdruckspeicher 31 oder einer Einheit, welche den Hochdruckspeicher geladen hat, über die Drossel 76 und das Ventil 77 so stark vorgespannt werden, dass die vom Vorspanndruck am Kolben 11 erzeugte Kraft größer als die vom im Druckraum 14 herrschenden Niederdruck am Kolben 11 erzeugte Kraft ist. Ist der Vorspanndruck erreicht, wird das Ventil 77 geschlossen.
Nach dem Einfüllen der Schmelze in die Gießbuchse 17 wird über das Drosselrückschlagventil 67 und das geöffnete Ventil 68 der Druckraum 14 des Gießzylinders 10 sanft auf den Niederdruck geladen. Falls der Vorspanndruck im Druckraum 15 nicht so hoch ist, dass er den Kolben 11 gegen den Niederdruck am Endanschlag halten kann, fahren der Kolben 11 und die Kolbenstange 12 hierbei langsam und ohne Anfahrruck ein wenig aus, bis das Druckmittel im Druckraum 15 entsprechend dem Niederdruck, der Last und dem Flächenverhältnis am Kolben 11, das zum Beispiel 2:1 sein kann, komprimiert ist. Alternativ kann der Druckraum 14 auch über die Pumpe 32 und das Ventil 40 auf den Niederdruck geladen werden. Nach dem Laden wird das Ventil 40 wieder geschlossen. Danach wird das Vorsteuerventil 55 geschaltet und dadurch das 2/2-Wege-Einbauventil 41 vollständig geöffnet. Wenn aber der Vorspanndruck im Druckraum 15 so hoch ist, dass er den Kolben 11 gegen den Niederdruck am Endanschlag halten kann, kann das Ventil 41 auch ohne ein sanftes Aufladen des Druckraums 14 direkt geöffnet werden. Auf eine der oben beschreibenen Weisen wurde also eine direkte fluidische Verbindung zwischen dem Niederdruckspeicher 30 und dem bodenseitigen Druckraum 14 hergestellt. Dies ist in 6 durch Schritt 110 dargestellt.
Nun wird mit Hilfe des proportional verstellbaren 2/2-Wegesitzventils 80 ein Öffnungsquerschnitt dieses Ventils und somit ein Durchflussquerschnitt zwischen den Druckräumen 14 und 15 des Gießzylinders 10 so gesteuert, dass der Gießzylinder 10 in Regenerationsschaltung sanft und ruckfrei anfährt und dann mit der gewünschten Geschwindigkeit verfährt, wie es Schritt 120 in 6 vorsieht. Bei einer Aufladung des Druckraums 14 über die Drossel 67 oder über die Pumpe 32 können die Bewegung zur Kompression des Druckmittels im Druckraum 15 und das sanfte Anfahren mit Hilfe des Ventils 80 fließend ineinander übergehen.
Ist die für das Füllen der Form mit der Schmelze notwendige Kraft niedrig, so wird zu Beginn der Formfüllphase gemäß dem Schritt 130 in 6 das Ventil 80 auf einen größeren Durchflussquerschnitt oder ganz geöffnet. Die Schmelze wird mit einer hohen Geschwindigkeit in die Form geschossen. Dabei wird weiterhin regenerativ verfahren. Wird in der Formfüllphase durchgehend regenerativ verfahren, so kann das Ventil 75 durch ein Schaltventil ersetzt werden.
Ist die für das Füllen der Form mit der Schmelze notwendige Kraft hoch, so wird zu Beginn der Formfüllphase im Schritt 130 das Ventil 80 mit einer Sprungfunktion geschlossen. Das Ventil 75 wird mit einer Sprungfunktion auf den gewünschten Durchflussquerschnitt zum Tank geöffnet. Die Schmelze wird mit einer hohen Geschwindigkeit in die Form geschossen. Dabei wird nicht regenerativ verfahren, so dass die maximale Kraft des Gießzylinders 10 genutzt werden kann.
Es sind auch Mischformen denkbar, bei denen im Schritt 130 in Abhängigkeit von der Lastkraft erst während der Formfüllphase das Ventil 80 geschlossen und das Ventil 75 geöffnet wird.
Das 2/2-Wege-Einbauventil 41 wird während der Vorfüllphase und der Formfüllphase maximal offengehalten, so dass es mit einem sehr geringen Druckverlust durchströmt wird. Am Ende der Formfüllphase am Übergang zur Nachdruckphase, dargestellt durch Schritt 140 in 6, wird der Elektromagnet 58 des Vorsteuerventils stromlos geschaltet, so dass das Vorsteuerventil 55 unter der Wirkung der Feder 56 in seine Ruhestellung bewegt und der Ringraum 51 und die zweite Steuerfläche 50 am Hauptkolben 42 des Aktivlogik von Druck entlastet werden. Der Hauptkolben wird nun durch den an der ersten Steuerfläche 66 wirkenden Niederdruck und von der Feder 52 mit einer großen Kraft in seine Schließstellung gebracht und in dieser Stellung sicher gehalten. Das Schließen des Hauptkolbens 42 wird also durch das Schalten des Vorsteuerventils 55 ausgelöst und ist damit sehr wiederholgenau. Außerdem können die Bedingungen für das Schließen frei gewählt werden. Es ist also auch möglich, das Vorsteuerventil schon vor der vollständigen Formfüllung in die Ruhestellung zu schalten, um Schaltzeiten mit zu berücksichtigen.
Nach dem die Nachdruckphase einleitenden Schließen des 2/2-Wege-Einbauventils 41 - Ventil 68 ist schon vorher geschlossen worden - wird über das 2/2-Wegesitzventil 70 der Aufbau von Hochdruck in dem Druckraum 14 des Gießzylinders 10 begonnen. Zeitgleich werden das Ventil 80 geschlossen und das Ventil 75 geöffnet.
Wird eine aktive Druckregelung in dem Druckraum 14 gewünscht, so muss hierzu dem Druckraum Druckmittel von einer Druckmittelquelle zugeführt werden oder Druckmittel aus dem Druckraum zu einer Druckmittelsenke wegfließen können. Bei der gezeigten Gießeinheit können für diese beiden Funktionen das proportional verstellbare Ventil 70 (Druckmittelzufuhr) und das proportional verstellbare Ventil 80 (Druckmittelausleitung) bei vollständig offenem Ventil 75 genutzt werden, was als besonders vorteilhafte Ausgestaltung von Schritt 140 in 6 angesehen wird. Das Ventil 80 kann somit doppelt für eine Regenerationsschaltung und für eine Druckregelung genutzt werden. Aufgrund der Druckregelung mit zwei Ventilen können die Steuerkanten unabhängig voneinander angesteuert werden. Dies erlaubt es zum Beispiel, am Ende eines Druckaufbaus über das Ventil 70 die Steuerkante des Ventils 80 bereits etwas zu öffnen, um einen möglichen Drucküberschwinger im Druckraum 14 zu reduzieren oder ganz zu vermeiden.
Die Ansteuervorgänge der genannten Ventile zur Darstellung des beschriebenen Ablaufs werden von einer elektronischen Steuerung 27 durchgeführt, die gemäß einem in ihr vorgehaltenen Ablaufsteuerprogramm und entsprechenden Reglermodulen mit Hilfe von Schaltausgängen 27' oder proportionalen Stellausgängen 27' die Ventile ansteuert.
Eine hydraulische Steuerung für eine Gießeinheit einer Spritzgießmaschine ist ausgeführt mit einem Gießzylinder, welcher einen stangenseitigen Betätigungsraum und einen bodenseitigen Betätigungsraum aufweist, die durch einen Kolben getrennt sind, mit wenigstens einer hydraulischen Druckmittelquelle, mit einer Ventilanordnung, durch die die wenigstens eine hydraulische Druckmittelquelle wahlweise mit dem stangenseitigen Betätigungsraum und/oder dem bodenseitigen Betätigungsraum verbunden werden kann. Erfindungsgemäß vorgesehen ist ein proportional verstellbaren Wegeventil, welches mit dem stangenseitigen Betätigungsraum und dem bodenseitigen Betätigungsraum verbunden ist, und durch welches ein Öffnungsquerschnitt einer fluidischen, unmittelbaren Verbindung zwischen den besagten Betätigungsräumen stufenlos einstellbar ist.
Bezugszeichenliste

10: Gießzylinder
11: Kolben von 10
12: Kolbenstange von 10
13: Gehäuse von 10
14: bodenseitiger Druckraum von 10
15: stangenseitiger Druckraum von 10
16: Gießkolben
17: Schussbuchse
18: Schusskammer in 17
19: Einfüllöffnung in 17
20: Form
21: Formhohlraum
22: Gießkanal in 20
27: Elektronische Steuerung
27': Steuerausgänge
30: Niederdruckspeicher
31: Hochdruckspeicher
32: Hydraulische Pumpe
33: Elektromotor
34: Pumpenträger
40: 2/2-Wegesitzventil
41: 2/2-Wege-Einbauventil
42: Hauptkolben von 41
43: Einbaubohrung
44: erste Stirnfläche an 42
45: Bund an 42
46: Bohrung
47: Steuerdeckel
48: zweite Stirnfläche
49: rückwärtiger Steuerraum
50: Ringfläche, zweite Steuerfläche an 42
51: ringförmiger Steuerraum
52: Feder
55: Vorsteuerventil
56: Druckfeder
57: Tank
58: Elektromagnet
59: Hydrospeicher
65: Bohrung in 42
66: Differenzfläche, erste Steuerfläche an 42
67: Drosselrückschlagventil
68: 2/2-Wege-Sitzventil
70: 2/2-Wegesitzventil
71: 2/2-Wegeventil
72: 2/2-Wegeventil
75: 2/2-Wegesitzventil
76: Drossel
77: Wegesitzventil
78: Feder
79: Elektromagnet
80: 2/2-Wegesitzventil
80': Betätigungseinrichtung, Betätigungsmagnete
81: Druckbegrenzungsventil
90: erster hydraulischer Pfad
92: zweiter hydraulischer Pfad
100: Vorspannen stangenseitiger Druckraum zu Beginn der Vorfüllphase
110: Herstellen einer fluidischen Verbindung zwischen bodenseitiger Druckraum und Niederdruckspeicher in der Vorfüllphase.
120: Steuern der Geschwindigkeit des Gießzylinders in der Vorfüllphase
130: Steuern der Geschwindigkeit des Gießzylinders in der Formfüllphase
140: Regeln des Drucks im bodenseitigen Druckraum in der Nachdruckphase
A: Anschluss von 42
B: Anschluss von 42

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 2295171 B1 [0004]
DE 102005034202 A1 [0005]

Claims

Hydraulische Steuerung für eine Gießeinheit einer Spritzgießmaschine, mit einem Gießzylinder (10), welcher einen stangenseitigen Betätigungsraum (15) und einen bodenseitigen Betätigungsraum (14) aufweist, die durch einen Kolben (11) getrennt sind, mit wenigstens einer hydraulischen Druckmittelquelle (30, 31, 32), mit einer Ventilanordnung (40, 41, 68, 70, 71, 72, 75, 77), durch die die wenigstens eine hydraulische Druckmittelquelle (30, 31, 32) wahlweise mit dem stangenseitigen Betätigungsraum (15) und/oder dem bodenseitigen Betätigungsraum (14) verbunden werden kann, dadurch gekennzeichnet, dass ein erstes, proportional verstellbares Wegeventil (80) vorhanden ist, welches mit dem stangenseitigen Betätigungsraum (15) und dem bodenseitigen Betätigungsraum (14) verbunden ist, und durch welches ein Öffnungsquerschnitt einer fluidischen, unmittelbaren Verbindung zwischen den besagten Betätigungsräumen (14, 15) stufenlos einstellbar ist.
Hydraulische Steuerung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das erste proportional verstellbare Wegeventil (80) eine elektrische Betätigungseinrichtung (80') besitzt, und dass eine elektronische Steuerung (27) vorhanden ist, die dazu eingerichtet ist, die Ventilanordnung (40, 41, 68, 70, 71, 72, 75, 77) und die Betätigungseinrichtung (80') des ersten, proportional verstellbaren Wegeventils (80) zu betätigen, in einer Weise, dass in einer Vorfüllphase eines Gießvorgangs und/oder in einer Formfüllphase des Gießvorgangs eine Geschwindigkeit des Gießzylinders (10) durch den durch das erste, proportional verstellbare Wegeventils (80) vorgegebenen Öffnungsquerschnitt eingestellt ist, wobei insbesondere durch den besagten Öffnungsquerschnitt eine aus dem stangenseitigen Betätigungsraum (15) abströmende Fluidmenge gesteuert ist.
Hydraulische Steuerung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein hydraulischer Niederdruckspeicher (30) vorhanden ist und dass ein erster hydraulischer Pfad (90) zwischen dem Niederdruckspeicher (30) und dem bodenseitigen Betätigungsraum (14) des Gießzylinders 15 durch ein zweites Ventil (41), insbesondere durch ein 2/2 Wege-Sitzventil, mit einem großen Öffnungsquerschnitt aufsteuerbar ist.
Hydraulische Steuerung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein drittes Ventil (68) zwischen dem Niederdruckspeicher (30) und dem ersten hydraulischer Pfad (90) vorhanden ist, das mit einem kleinen Öffnungsquerschnitt aufsteuerbar ist, insbesondere wobei das dritte Ventil (68) ein 2/2-Wege Proportionalventil und/oder ein 2/2-Wegeschaltventil mit vorgeschalteter Drossel (67) ist.
Hydraulische Steuerung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die elektronische Steuerung (27) dazu eingerichtet ist, in einer Vorfüllphase eines Gießvorgangs das zweite und/oder das dritte Ventil (41, 68) aufzusteuern, und die Geschwindigkeit des Gießzylinders (10) mit Hilfe des Öffnungsquerschnitt des ersten proportional verstellbaren Wegeventils (80) zu steuern.
Hydraulische Steuerung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein viertes, insbesondere proportional verstellbares Ventil (75) in einem zweiten hydraulischen Pfad (92) zwischen dem stangenseitigen Betätigungsraum (15) des Gießzylinders und einer Druckmittelsenke (57) angeordnet ist, und dass die elektronische Steuerung (27) dazu eingerichtet ist, dieses vierte Ventil (75) in einer Formfüllphase des Gießvorgangs und/oder in einer Nachdruckphase des Gießvorgangs zu öffnen.
Hydraulische Steuerung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der stangenseitige Betätigungsraum (14) des Gießzylinders (10) mit Hilfe eines fünften Ventils (72, 77) mit einer Druckmittelquelle (32, 31) verbindbar ist, die ein höheres Druckniveau als der hydraulische Niederdruckspeicher (30) aufweist.
Hydraulische Steuerung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die elektronische Steuerung (27) dazu eingerichtet ist, in einer Nachdruckphase die Ventilanordnung (40, 41, 68, 70, 71, 72, 75, 77) und die Betätigungseinrichtung (80') des ersten, proportional verstellbaren Wegeventils (80) zu betätigen, in einer Weise, dass ein Druck im bodenseitigen Betätigungsraum (14) auf einen vorgegebenen Solldruck geregelt ist.
Verfahren zu Steuerung einer Gießeinheit einer Spritzgießmaschine mit einer hydraulischen Steuerung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, mit den Schritten: Vorspannen(100) des stangenseitigen Betätigungsraums (15) in einer bodenseitigen Anschlagsposition des Gießzylinders (10) durch Zuführen von hydraulischen Druckmittel in den stangenseitigen Betätigungsraums (15) mittels der Ventilanordnung) (40, 41, 68, 70, 71, 72, 75, 77) bis ein erstes Druckniveau erreicht ist, Herstellen (110) einer fluidischen Verbindung zwischen der wenigstens einen hydraulischen Druckmittelquelle (30, 31, 32) und dem bodenseitigen Betätigungsraum (14) mit Hilfe der Ventilanordnung (40, 41, 68, 70, 71, 72, 75, 77), Steuern (120, 130) der Geschwindigkeit einer Ausfahrbewegung des Gießzylinders (10) durch Einstellen eines Öffnungsquerschnittes zwischen den besagten Betätigungsräumen (14, 15) mit Hilfe des ersten, proportional verstellbaren Wegeventils (80).
Verfahren nach Anspruch 9, wobei der Schritt des Herstellen (110) einer fluidischen Verbindung zwischen der wenigstens einen hydraulischen Druckmittelquelle (30, 31, 32) und dem bodenseitigen Betätigungsraum (14) das aufeinander folgende Öffnen eines dritten und eines zweiten Ventils (68, 41) umfasst, wodurch insbesondere der stangenseitige Betätigungsraums (15) vorgespannt wird.
Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, wobei beim Vorspannen (100) des stangenseitigen Betätigungsraums (15) der stangenseitige Betätigungsraums (15) durch Herstellen einer Fluidverbindung mit einem Hochdruckspeicher (31) vorgespannt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 11, wobei der stangenseitige Betätigungsraums (15) vor dem Vorspannen (100) durch Herstellen einer Fluidverbindung mit einer Hydraulikpumpe (32) so lange gefüllt wird, bis sich der Gießzylinder (10) an einem bodenseitigen Anschlag befindet.
Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 12, wobei ein Druck im bodenseitigen Betätigungsraums (14) eingestellt wird (140) mit Hilfe des ersten, proportional verstellbaren Wegeventils (80) und wenigstens einem weiteren Ventil 70, dass eine Verbindung zwischen einer Hochdruckquelle 31 und dem bodenseitigen Betätigungsraums (14) steuert.