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EP1295655B1 - Entlüftungsventileinrichtung für Giessformen - Google Patents

Entlüftungsventileinrichtung für Giessformen Download PDF

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Publication number
EP1295655B1
EP1295655B1 EP02405667A EP02405667A EP1295655B1 EP 1295655 B1 EP1295655 B1 EP 1295655B1 EP 02405667 A EP02405667 A EP 02405667A EP 02405667 A EP02405667 A EP 02405667A EP 1295655 B1 EP1295655 B1 EP 1295655B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
valve
venting
closing member
assembly according
valve assembly
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Lifetime
Application number
EP02405667A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP1295655A1 (de
Inventor
Andreas Wüthrich
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Fondarex SA
Original Assignee
Fondarex SA
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Fondarex SA filed Critical Fondarex SA
Publication of EP1295655A1 publication Critical patent/EP1295655A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP1295655B1 publication Critical patent/EP1295655B1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D17/00—Pressure die casting or injection die casting, i.e. casting in which the metal is forced into a mould under high pressure
    • B22D17/20—Accessories: Details
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D17/00—Pressure die casting or injection die casting, i.e. casting in which the metal is forced into a mould under high pressure
    • B22D17/14—Machines with evacuated die cavity
    • B22D17/145—Venting means therefor

Definitions

  • the invention relates to a vent valve device for molds according to the preamble of claim 1.
  • the casting mold or the cavity of the casting mold must be vented during the casting process. Not only must it be possible for the air present in the cavities of the casting machine and the casting mold to escape, but it must also be ensured that the gases emerging from the liquid casting mass can likewise escape.
  • vent valve of the valve device should be closed as late as possible, so that the cavity is vented as far as possible to complete filling, but on the other hand to prevent liquid casting material from entering the vent valve.
  • valve devices for die casting molds both types having a bleed valve with a reciprocating closure member for closing the bleed channel. While in the first type the closure member is externally actuated, the closure member in the second type is operatively connected to a force transducer which is actuated directly by the casting material penetrating the cavity into the venting channel utilizing its kinetic energy.
  • valve piston Under externally operated valve devices is understood that the valve piston is not actuated by the penetrating from the cavity in the venting channel casting material, but by an external power source, the latter is designed as a majority pneumatically or hydraulically operating system.
  • the timing for triggering the closing operation may be, for example, in these valve devices be determined by means of a fill level of the cavity monitoring sensor.
  • a difficulty with such valve devices is that the actual closing process takes a relatively long time, since the signal initiating the closing process (electrical pulse) has to be converted into a mechanical movement, for example into the actuation of a servo valve.
  • a certain system pressure must prevail for closing the venting valve or an actuating member operatively connected to the valve piston, so that the venting valve can be closed pneumatically or hydraulically within the required period of time.
  • the opening of a servo valve generally causes a pressure drop, after opening the servo valve, the system pressure required to close the vent valve must first be reestablished.
  • a locking mechanism that locks the valve piston in the open position, to be moved, which also leads to a delay in the closing process. It is understood that such valve devices require a high structural complexity and can react prone to certain operating parameters. In addition, such valve devices usually require at least about 10 ms from recognition of the mold filling to complete closure of the valve piston.
  • valve devices By contrast, very fast and reliable valve devices can be realized with the second type of valve devices.
  • the venting channel leading from the cavity to the force transducer has directional and cross-sectional changes.
  • the venting channel between the force transducer and the actual valve body of the vent valve must have a certain minimum distance and be designed angled so that the vent valve is securely closed before the liquid casting material has reached the vent valve.
  • a vacuum pump is usually connected to the vent valve.
  • a generic valve device for venting of die casting molds which with a vent channel, one in the vent channel arranged vent valve and an actuator for closing the vent valve is provided.
  • the actuating device has a force transducer, which can be acted upon by the casting material protruding from the cavity into the venting channel and is in mechanical operative connection with the movable closure part of the venting valve.
  • the force transducer is designed as a shock member whose working stroke is limited to a fraction of the closing path to be covered by the movable closure part of the venting valve.
  • the closure part of the venting valve is free to move beyond the working stroke of the force transducer and the actuating device has a force transmission member for the transmission of the shock pulse from the force transducer to the movable closure part of the venting valve.
  • the object of the invention is to improve a vent valve device referred to in the preamble of claim 1 type such that it is universally applicable by their closure member regardless of the operating parameters of the casting device and the casting material, can be moved very quickly and reliably from the open to the closed position regardless of the process.
  • the closure member can be closed externally operated very quickly, in particular the time to cancel the frictional connection compared to conventional latches of the closure member is very short, especially since the closure member can already be biased in the closing direction or biased.
  • a vent valve is provided with a hydraulically or pneumatically loadable chamber, which is provided with a vaultable in the direction of the closure member, the closure member frictionally fixable chamber wall.
  • the chamber wall is so far deflected within the elastic limit of the material (steel), that it automatically bulges after the reduction of the pressure prevailing in the chamber in the release position releasing the closure member.
  • a pressure does not first have to be built up and / or a closure member has to be moved from a locking position into an unlocked position, so that the closure member can be moved from the open position to the closed position, but only the pressure in the locking position has to be increased Chamber are reduced so far that the chamber wall bulges back so that the prestressed closure member is released and can suddenly move from the open to the closed position.
  • This pressure reduction can be done for example by opening a relief valve.
  • the entire closing time from the recognition of the mold filling to the complete Closing the closure member can be significantly shortened in this way.
  • the vent valve 1 has a round valve housing 2, which is provided with a central valve channel 3 for receiving and guiding a closure member 20.
  • a vent channel 7 venting chamber 6 On the front side of the valve housing 2 acting as an extension of a vent channel 7 venting chamber 6 is arranged, which is connected via a valve seat 9 with the valve channel 3.
  • the venting chamber 6 is arranged between a first venting duct section 7a leading into the cavity to be vented and a second venting duct section 7b leading from the top of the valve housing 2 on the upper side.
  • This second vent channel section 7b opens radially into a valve chamber 4 arranged in front of the valve channel 3 and adjacent to the valve seat 9.
  • a pneumatic chamber 10 is inserted, which is closed by means of a cover 11. Furthermore, a valve chamber 3 enclosing hydraulic chamber 13 is inserted into the valve housing 2.
  • This hydraulic chamber 13 is provided with a relatively thin, adjacent to the valve channel 3 chamber wall 14, which under the action of a in the hydraulic chamber 13 producible overpressure in the direction of the valve channel 3 is elasticallyrankbbar, as can be seen from Fig. 2 in an enlarged and in favor of a good recognizability greatly exaggerated representation.
  • valve channel 3 the displaceable between an open and a closed position closure member 20 is received, wherein the closure member 20 is shown in the present example in the open position.
  • the closure member 20 has a valve stem 21 with a valve head 22 arranged at the end and designed as a conical valve. With this valve head 22, the vent channel 7 can be closed at the valve seat 9, if necessary, so that no casting material from the first vent channel section 7a can penetrate into the valve channel 3 and the second vent channel section 7b.
  • a valve plate 23 is connected to the valve stem 21 by means of a screw 27.
  • the valve disk 23 has a peripheral collar 25 serving as a stop and an elastic deflectable center plate part 24.
  • valve plate 23 is received in the pneumatic chamber 10, wherein the valve plate 23, and thus also the closure member 20, can be moved pneumatically both to the right in the open position shown as well as to the left in the closed position.
  • two channels 28, 29 are provided, which open frontally before and behind the valve disk 23 into the pneumatic chamber 10.
  • valve channel 3 shows a cross section through the venting valve along the line AA in FIG. 1.
  • both the valve channel 3 and the valve stem 21 have a polygonal cross section. This has the advantage, inter alia, that the valve disk 23 can be easily removed from the valve stem 21 by releasing the valve disc 23 fixing the valve stem 21 without fixing the valve stem since the valve stem 21 in the valve channel 3 can not rotate (FIG . 1).
  • a polygonal design of the valve channel 3 also favors a clamping, frictional locking of the closure member 20th
  • FIG. 4 which shows a cross-section through the venting valve along the line B-B in FIG. 1, the venting duct section 7b leading from the housing 2 on two sides can be seen.
  • the venting valve device has a sensor 30 preferably arranged in the first venting duct section 7a, by means of which the casting material penetrating into the venting duct can be detected.
  • a control and monitoring unit 32 is provided which comprises a hydraulic unit 33 and a pneumatic unit 34.
  • the hydraulic unit 33 is connected via a feed 36 and a return 37 to the hydraulic chamber 13.
  • a relief valve assembly 38 is provided, which u.a. a relief valve 39 arranged in the return 37, by means of which a rapid reduction of the prevailing in the hydraulic chamber 13 overpressure can be initiated. The actuation of this relief valve 39, i. the opening, by means of the sensor signal, which is indicated by the leading from the sensor 30 to the discharge valve 39 line 40.
  • a pneumatic source 34 For the pneumatic actuation of the valve disk 23, two lines 41, 42 leading from the pneumatic source 34 to the pneumatic chamber 10 are provided. Via a third line 43 of the prevailing in the vent passage vacuum can be measured.
  • a pneumatic source 34 is in most cases an in-house pressure connection, of course, a separate pressure source can be provided. Furthermore, a vacuum source for forcibly venting the cavity is connected to the second vent channel section 7b.
  • the entire elements are coordinated so that the closure member 20, even with full pressurization of the valve disk 23 in the closing direction, is frictionally held by the bulged chamber wall 14 in the open position.
  • the vent valve 1 is in the venting position, in which via the vent channel 7 before and during the actual casting process continuously air / gases can be sucked out of the cavity / can.
  • the sensor 30 As soon as the casting material reaches the sensor 30, the latter generates an electrical signal which is used directly or indirectly to open the relief valve 38.
  • the relief valve 38 By opening the relief valve 38, the pressure in the hydraulic chamber 13 is abruptly reduced, since only a very small volume of hydraulic fluid must flow out of the hydraulic chamber 13, so that the bulged chamber wall 14 curves back automatically.
  • valve plate 23 helps to absorb the kinetic energy of the closure member 20 in terms of a resilient end stop by first serving as a stop collar 25 of the valve plate 23 on the lid 11 applies and the kinetic energy is trapped by the elastic plate middle part 24.
  • the valve plate 23 is made of an elastic material with a high internal damping, wherein the elastic plate middle part 24 is designed such that it is deflected only within the elastic limit of the material.
  • valve plate 23 As a material for the valve plate 23, in particular composite fiber materials offer, since they are lightweight and their properties can be selectively influenced by These are specifically provided with a high internal damping.
  • the arrangement valve plate-closure member is designed and dimensioned so that the valve head 22 has not yet applied sealingly on the valve seat 9 when the collar 25 of the valve plate 23 on the lid 11 of the pneumatic chamber 10 comes to rest. The transmitted during the closing movement of the closure member 20 kinetic energy is therefore intercepted controlled by the valve disk 23. After the valve plate 23 has applied with its collar 25 on the lid 11 of the pneumatic chamber 10, the valve plate 23 is deflected so far elastically by the inherent in the closure member 20 kinetic energy until the valve head 22 rests sealingly on the valve seat 9. This deflected state of the valve disk 23, in which the valve seat 9 is closed by the valve head 22, remains in existence as long as a minimum overpressure, for example 5 bar, is maintained in the pneumatic chamber 10.
  • a spring instead of pneumatic means for biasing the closure member 20, it could also offer to bias this by means of a spring.
  • piezoelectric crystals could also be used, for example, which frictionally fix the closure member 20 under the influence of an applied electrical voltage.
  • a vent valve device may be provided which comprises more than one vent valve.
  • a poppet valve instead of a poppet valve, for example, a cylindrical or flat valve can be used.

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Description

  • Die Erfindung betrifft eine Entlüftungsventileinrichtung für Giessformen nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
  • Um beim Giessen, und insbesondere beim Druckgiessen, Lufteinschlüsse im fertigen Gussteil zuverlässig verhindern zu können, muss die Giessform bzw. die Kavität der Giessform während des Giessvorgangs entlüftet werden. Dabei muss nicht nur die in den Hohlräumen der Giessmaschine und der Giessform vorhandene Luft entweichen können, sondern es muss darüberhinaus auch sichergestellt werden, dass die aus der flüssigen Giessmasse austretenden Gase ebenfalls entweichen können.
  • Eine Problematik beim Entlüften von Druckgiessformen besteht darin, dass das Entlüftungsventil der Ventileinrichtung so spät wie möglich geschlossen werden soll, damit die Kavität möglichst bis zum vollständigen Füllen entlüftet wird, dass aber andererseits verhindert werden soll, dass flüssiges Giessmaterial in das Entlüftungsventil eindringt.
  • Um dieser Problematik Rechnung zu tragen, sind grundsätzlich zwei Arten von Ventilvorrichtungen für Druckgiessformen bekannt, wobei beide Arten ein Entlüftungsventil mit einem hin- und herbeweglichen Verschlussorgan zum Verschliessen des Entlüftungskanals besitzen. Währenddem bei der ersten Art das Verschlussorgan fremdbetätigt wird, steht das Verschlussorgan bei der zweiten Art mit einem Kraftaufnehmer in Wirkverbindung, der direkt von dem von der Kavität in den Entlüftungskanal vordringenden Giessmaterial, unter Ausnutzung von dessen kinetischer Energie, betätigt wird.
  • Unter fremdbetätigten Ventilvorrichtungen wird verstanden, dass der Ventilkolben nicht von dem von der Kavität in den Entlüftungskanal vordringenden Giessmaterial, sondern von einer externen Energiequelle betätigt wird, welch letztere mehrheitlich als pneumatisch- oder hydraulisch arbeitendes System ausgebildet ist. Der Zeitpunkt zum Auslösen des Schliessvorgangs kann bei diesen Ventilvorrichtungen beispielsweise mittels eines den Füllstand der Kavität überwachenden Sensors bestimmt werden. Eine Schwierigkeit bei derartigen Ventilvorrichtungen besteht darin, dass der eigentliche Schliessvorgang relativ viel Zeit beansprucht, da das den Schliessvorgang initiierende Signal (elektrischer Impuls) in eine mechanische Bewegung, beispielsweise in das Betätigen eines Servoventils, umgesetzt werden muss. Zudem muss zum Schliessen des Entlüftungsventils bzw. eines mit dem Ventilkolben in Wirkverbindung stehenden Betätigungsorgans ein bestimmter Systemdruck vorherrschen, damit das Entlüftungsventil pneumatisch oder hydraulisch innerhalb der geforderten Zeitspanne geschlossen werden kann. Da jedoch das Öffnen eines Servoventils im allgemeinen einen Druckabfall bewirkt, muss nach dem Öffnen des Servoventils der zum Schliessen des Entlüftungsventils notwendige Systemdruck zuerst wieder aufgebaut werden. Schliesslich muss zumeist noch ein Verriegelungsmechanismus, der den Ventilkolben in der Offenstellung verriegelt, bewegt werden, was ebenfalls zu einer zeitlichen Verzögerung des Schliessvorgangs führt. Es versteht sich, dass solche Ventilvorrichtungen einen hohen baulichen Aufwand bedingen und anfällig auf bestimmte Betriebsparameter reagieren können. Zudem benötigen derartige Ventilvorrichtungen in der Regel zumindest ca. 10 ms vom Erkennen der Formfüllung bis zum vollständigen Schliessen des Ventilkolbens.
  • Mit der zweiten Art von Ventileinrichtungen lassen sich dagegen sehr schnelle und zuverlässige Ventileinrichtungen realisieren. Um am Kraftaufnehmer den für den Schliessvorgang notwendigen Staudruck aufbauen zu können, weist der aus der Kavität zum Kraftaufnehmer führende Entlüftungskanal Richtungs- und Querschnittsänderungen auf. Zudem muss der Entlüftungskanal zwischen dem Kraftaufnehmer und dem eigentlichen Ventilkörper des Entlüftungsventils eine gewisse Mindestdistanz aufweisen und abgewinkelt ausgeführt sein, damit das Entlüftungsventil sicher geschlossen wird, bevor das flüssige Giessmaterial das Entlüftungsventil erreicht hat. Um die Effizienz derartiger Entlüftungsventile zu steigern, ist am Entlüftungsventil üblicherweise eine Vakuumpumpe angeschlossen.
  • Aus der EP 0 612 573 ist eine gattungsgemässe Ventileinrichtung zum Entlüften von Druckgiessformen bekannt, welche mit einem Entlüftungskanal, einem im Entlüftungskanal angeordneten Entlüftungsventil und einer Betätigungsvorrichtung zum Schliessen des Entlüftungsventils versehen ist. Die Betätigungsvorrichtung weist einen Kraftaufnehmer auf, welcher durch das aus der Kavität in den Entlüftungskanal vordringende Giessmaterial beaufschlagbar ist und mit dem beweglichen Verschlussteil des Entlüftungsventils in mechanischer Wirkverbindung steht. Dabei ist der Kraftaufnehmer als Stossorgan ausgebildet, dessen Arbeitshub auf einen Bruchteil des vom beweglichen Verschlussteils des Entlüftungsventils zurückzulegenden Schliessweges begrenzt ist. Im weiteren ist der Verschlussteil des Entlüftungsventils über den Arbeitshub des Kraftaufnehmers hinaus im Freilauf bewegbar und die Betätigungsvorrichtung weist ein Kraftübertragungsorgan für die Übertragung des Stossimpulses vom Kraftaufnehmer auf den beweglichen Verschlussteil des Entlüftungsventils auf.
  • Obwohl ein derartig ausgebildetes Entlüftungsventil in der Praxis sehr zuverlässig funktioniert, wäre es für bestimmte Anwendungsfälle wünschenswert, wenn die für das Schliessen des Ventils notwendige Energie nicht alleine vom Giessmaterial aufgebracht werden müsste. Wie aus der allgemeinen Formel (E=m•v2/2) zur Berechnung der kinetischen Energie hervorgeht, ist die zum Schliessen der Ventileinrichtung zur Verfügung stehende Energie von der Masse sowie der Geschwindigkeit des Giessmaterials abhängig. Das heisst mit anderen Worten, dass die zur Verfügung stehende Energie bei ungünstigen Rahmenbedingungen, namentlich bei geringen Giessmassen und/oder bei geringen Geschwindigkeiten des Giessmaterials, u.U. nicht ausreicht, um das Entlüftungsventil innerhalb der geforderten Zeit zu Schliessen. Andererseits kann bei grossen Giessmassen und/oder bei hohen Geschwindigkeiten eine sehr hohe Energie auf den Kraftaufnehmer einwirken, welcher diesen zusammen mit dem Verschlussteil mit einer hohen Geschwindigkeit am Endanschlag bzw. am Ventilsitz auftreffen lässt, was natürlich ebenso, insbesondere auch im Hinblick auf eine beschränkte Lebensdauer, unerwünscht ist.
  • Ausgehend vom bekannten Stand der Technik besteht die Aufgabe der Erfindung darin, eine Entlüftungsventileinrichtung der im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Art derart zu verbessern, dass diese universell einsetzbar ist, indem deren Verschlussorgan prozessunabhängig, d.h. unabhängig von den Betriebsparametern der Giesseinrichtung sowie des Giessmaterials, sehr schnell und zuverlässig von der Offen- in die Schliessstellung bewegt werden kann.
  • Diese Aufgabe wird durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 angeführten Merkmale gelöst.
  • Mit einer derartigen Entlüftungsventileinrichtung kann das Verschlussorgan fremdbetätigt sehr schnell geschlossen werden, wobei insbesondere die Zeit zum Aufheben der Reibschlussverbindung im Vergleich zu konventionellen Verriegelungen des Verschlussorgans sehr kurz ist, zumal das Verschlussorgan schon in Schliessrichtung vorgespannt werden kann bzw. vorgespannt ist.
  • Bevorzugte Weiterbildungen der Ventileinrichtung sind in den abhängigen Ansprüchen 2 bis 16 umschrieben.
  • Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Entlüftungsventileinrichtung ist ein Entlüftungsventil mit einer hydraulisch oder pneumatisch beaufschlagbaren Kammer vorgesehen, welche mit einer in Richtung des Verschlussorgans auswölbbaren, das Verschlussorgan reibschlüssig fixierbaren Kammerwandung versehen ist. Die Kammerwandung ist dabei innerhalb der Elastizitätsgrenze des Materials (Stahl) soweit auslenkbar, dass sie sich nach der Reduzierung des in der Kammer vorherrschenden Überdrucks selbsttätig in die das Verschlussorgan freigebende Ausgangsposition zurückwölbt. Im Vergleich zu herkömmlich ausgebildeten Entlüftungsventilen muss dabei nicht zuerst ein Druck aufgebaut und/oder ein Verschlussorgan von einer Verriegelungs- in eine Entriegelungsstellung gebracht werden, damit das Verschlussorgan von der Offen- in die Schliessstellung bewegt werden kann, sondern es muss lediglich der Druck in der Kammer soweit reduziert werden, dass sich die Kammerwandung zurückwölbt, damit das vorgespannte Verschlussorgan freigegeben wird und sich schlagartig von der Offen- in die Schliessstellung bewegen kann. Dieser Druckabbau kann beispielsweise durch das Öffnen eines Entlastungsventils erfolgen. Die gesamte Schliesszeit vom Erkennen der Formfüllung bis zum vollständigen Schliessen des Verschlussorgans kann auf diese Weise wesentlich verkürzt werden.
  • Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Ventileinrichtung anhand von Zeichnungen näher erläutert. In diesen Zeichnungen zeigt:
    • Fig. 1
    einen Längsschnitt durch das Entlüftungsventil;
    Fig. 2
    eine Detailansicht des Entlüftungsventils gemäss Fig. 1;
    Fig. 3
    einen Querschnitt durch das Entlüftungsventil entlang der Linie A-A in Fig. 1;
    Fig. 4
    einen Querschnitt durch das Entlüftungsventil entlang der Linie B-B in Fig. 1;
    Fig. 5
    eine Blockschaltbild der gesamten Entlüftungsventileinrichtung;
  • Anhand der Figur 1, welche das Entlüftungsventil 1 in einem Längsschnitt zeigt, wird der Aufbau des Entlüftungsventils näher erläutert. Das Entlüftungsventil 1 weist ein rundes Ventilgehäuse 2 auf, welches mit einem zentralen Ventilkanal 3 zur Aufnahme und Führung eines Verschlussorgans 20 versehen ist. Auf der Vorderseite des Ventilgehäuses 2 ist eine als Erweiterung eines Entlüftungskanals 7 wirkende Entlüftungskammer 6 angeordnet, welche über einen Ventilsitz 9 mit dem Ventilkanal 3 verbunden ist. Die Entlüftungskammer 6 ist zwischen einem in die zu entlüftende Kavität führenden ersten Entlüftungskanalabschnitt 7a und einem auf der Oberseite aus dem Ventilgehäuse 2 führenden zweiten Entlüftungskanalabschnitt 7b angeordnet. Dieser zweite Entlüftungskanalabschnitt 7b mündet radial in eine vor dem Ventilkanal 3 angeordnete und an den Ventilsitz 9 angrenzende Ventilkammer 4. Auf der Rückseite des Ventilgehäuses 2 ist eine Pneumatikkammer 10 eingelassen, die mittels eines Deckels 11 verschlossen ist. Im weiteren ist eine den Ventilkanal 3 umschliessende Hydraulikkammer 13 in das Ventilgehäuse 2 eingelassen. Diese Hydraulikkammer 13 ist mit einer relativen dünnen, an den Ventilkanal 3 angrenzenden Kammerwandung 14 versehen, welche unter der Einwirkung eines in der Hydraulikkammer 13 erzeugbaren Überdrucks in Richtung des Ventilkanals 3 elastisch auswölbbar ist, wie dies aus der Fig. 2 in vergrösserter und zugunsten einer guten Erkennbarkeit stark übertriebener Darstellung ersichtlich ist. Für gewisse Anwendungsfälle kann es zudem Sinn machen, anstelle eines flüssigen ein gasförmiges Medium zum Beaufschlagen der Hydraulikkammer vorzusehen. In diesem Sinn ist der Ausdruck "Hydraulikkammer" nicht als einschränkend zu verstehen.
  • Im Ventilkanal 3 ist das zwischen einer Offen- und einer Schliessstellung verschiebbare Verschlussorgan 20 aufgenommen, wobei das Verschlussorgan 20 im vorliegenden Beispiel in der Offenstellung gezeigt ist. Das Verschlussorgan 20 weist einen Ventilschaft 21 mit einem endseitig daran angeordneten und als Kegelventil ausgebildeten Ventilkopf 22 auf. Mit diesem Ventilkopf 22 kann der Entlüftungskanal 7 am Ventilsitz 9 im Bedarfsfall verschlossen werden, so dass kein Giessmaterial vom ersten Entlüftungskanalabschnitt 7a in den Ventilkanal 3 und den zweiten Entlüftungskanalabschnitt 7b vordringen kann. Auf der dem Ventilkopf 22 gegenüberliegenden Seite ist ein Ventilteller 23 mittels einer Schraube 27 mit dem Ventilschaft 21 verbunden. Der Ventilteller 23 weist einen umlaufenden und als Anschlag dienenden Bund 25 sowie einen elastisch auslenkbaren Tellermittelteil 24 auf. Der Ventilteller 23 ist in der Pneumatikkammer 10 aufgenommen, wobei der Ventilteller 23, und damit auch das Verschlussorgan 20, pneumatisch sowohl nach rechts in die gezeigte Offenstellung wie auch nach links in die Schliessstellung bewegt werden kann. Dazu sind zwei Kanäle 28, 29 vorgesehen, welche stirnseitig vor und hinter dem Ventilteller 23 in die Pneumatikkammer 10 münden.
  • Fig. 3 zeigt einen Querschnitt durch das Entlüftungsventil entlang der Linie A-A in Fig. 1. Wie aus dieser Darstellung ersichtlich ist, besitzen sowohl der Ventilkanal 3 wie auch der Ventilschaft 21 einen polygonalen Querschnitt. Dies hat u.a. den Vorteil, dass der Ventilteller 23 einfach vom Ventilschaft 21 entfernt werden kann, indem die den Ventilteller 23 am Ventilschaft 21 fixierenden Schraube 27 ohne Fixierung des Ventilschafts gelöst werden kann, da sich der Ventilschaft 21 im Ventilkanal 3 nicht verdrehen kann (Fig. 1). Eine polygonale Gestaltung des Ventilkanals 3 begünstig zudem eine klemmende, reibschlüssige Fixierung des Verschlussorgans 20.
  • Aus der Figur 4, welche einen Querschnitt durch das Entlüftungsventil entlang der Linie B-B in Fig. 1 zeigt, ist der auf zwei Seiten aus dem Gehäuse 2 führende Entlüftungskanalabschnitt 7b ersichtlich.
  • Anhand des Blockschaltbilds gemäss Figur 5 soll der grundsätzliche Aufbau und die Wirkungsweise der gesamten Entlüftungsventileinrichtung, unter teilweiser Bezugnahme auf die Figur 1, näher erläutert werden. Nebst dem eigentlichen Entlüftungsventil weist die Entlüftungsventileinrichtung einen vorzugsweise im ersten Entlüftungskanalabschnitt 7a angeordneten Sensor 30 auf, mittels welchem das in den Entlüftungskanal vordringende Giessmaterial detektiert werden kann. Im weiteren ist eine Steuer- und Kontrolleinheit 32 vorgesehen, die ein Hydraulikaggregat 33 sowie eine Pneumatikeinheit 34 umfasst. Das Hydraulikaggregat 33 ist über einen Vorlauf 36 und einen Rücklauf 37 mit der Hydraulikkammer 13 verbunden. Im weiteren ist eine Entlastungsventilanordnung 38 vorgesehen, welche u.a. ein im Rücklauf 37 angeordnetes Entlastungsventil 39 aufweist, mittels dem ein schneller Abbau des in der Hydraulikkammer 13 vorherrschenden Überdrucks eingleitet werden kann. Die Betätigung dieses Entlastungsventils 39, d.h. das Öffnen, erfolgt mittels des Sensorsignals, was durch die von dem Sensor 30 zum Entlastungsventil 39 führende Leitung 40 angedeutet ist.
  • Zur pneumatischen Betätigung des Ventiltellers 23 sind zwei von der Pneumatikquelle 34 zu der Pneumatikkammer 10 führende Leitungen 41, 42 vorgesehen. Über eine dritte Leitung 43 kann der im Entlüftungskanal vorherrschende Unterdruck gemessen werden. Als Pneumatikquelle 34 dient in den meisten Fällen ein hausinterner Druckanschluss, wobei natürlich auch eine separate Druckquelle vorgesehen werden kann. Im weiteren ist am zweiten Entlüftungskanalabschnitt 7b eine Unterdruckquelle zum zwangsweisen Entlüften der Kavität angeschlossen.
  • Um die Kavität einer Giessform (nicht dargestellt) über das Entlüftungsventil 1 entlüften zu können, muss letzteres in den geöffneten Zustand gemäss Fig. 1 gebracht werden. Dazu wird über die Leitung 41 und die Bohrung 29 im linken Teil 10a der Pneumatikkammer 10 ein Überdruck aufgebaut, so dass sich der Ventilteller 23 zusammen mit dem Verschlussorgan 20 nach rechts in die Offenstellung bewegt. Danach wird über die Leitung 36 ein Überdruck von ca. 100bar in der Hydraulikkammer 13 aufgebaut, so dass sich die Kammerwandung 14 unter der Einwirkung dieses Überdrucks in Richtung des Ventilschafts 21 auswölbt und das Verschlussorgan 20 in der Offenstellung reibschlüssig fixiert. Nun wird die andere, rechte Seite des Ventiltellers 23 über die Leitung 42 und die Bohrung 28 mit Überdruck beaufschlagt, so dass der Ventilteller 23 zusammen mit dem Verschlussorgan 20 pneumatisch in Schliessrichtung vorgespannt ist. Es versteht sich, dass die ganzen Elemente so aufeinander abgestimmt sind, dass das Verschlussorgan 20, auch bei voller Druckbeaufschlagung des Ventiltellers 23 in Schliessrichtung, durch die ausgewölbte Kammerwandung 14 reibschlüssig in der Offenstellung gehalten wird. In diesem Zustand befindet sich das Entlüftungsventil 1 in der Entlüftungsstellung, in der über den Entlüftungskanal 7 vor und während des eigentlichen Giessvorgangs kontinuierlich Luft/Gase aus der Kavität abgesaugt werden kann/können. Sobald das Giessmaterial den Sensor 30 erreicht, generiert letzterer ein elektrisches Signal, welches direkt oder indirekt zum Öffnen des Entlastungsventils 38 benutzt wird. Durch das Öffnen des Entlastungsventils 38 wird der Druck in der Hydraulikkammer 13 schlagartig abgebaut, da nur ein sehr geringes Volumen an Hydraulikflüssigkeit aus der Hydraulikkammer 13 abfliessen muss, damit sich die ausgewölbte Kammerwandung 14 selbsttätig zurückwölbt. Durch das Zurückwölben der Kammerwandung 14 wird die Reibschlussverbindung zu dem Verschlussorgan 20 aufgehoben und das pneumatisch vorgespannte Verschlussorgan 20 sehr schnell von der Offen- in die Schliessstellung bewegt. Dabei hilft die Ventilplatte 23 die kinetische Energie des Verschlussorgans 20 im Sinne eines federnden Endanschlags abzufangen, indem sich zuerst der als Anschlag dienende Bund 25 der Ventilplatte 23 am Deckel 11 anlegt und die kinetische Energie über den elastischen Tellermittelteil 24 abgefangen wird. Dazu ist die Ventilplatte 23 aus einem elastischen Material mit einer hohen Eigendämpfung gefertigt, wobei der elastische Tellermittelteil 24 derart gestaltet ist, dass dieser nur innerhalb der Elastizitätsgrenze des Materials ausgelenkt wird. Als Material für die Ventilplatte 23 bieten sich insbesondere Verbundfaserwerkstoffe an, da diese leicht sind und deren Eigenschaften gezielt beeinflusst werden können, indem diese beispielsweise gezielt mit einer hohen Eigendämpfung versehen werden. Die Anordnung Ventilplatte-Verschlussorgan ist so gestaltet und dimensioniert, dass sich der Ventilkopf 22 noch nicht dichtend am Ventilsitz 9 angelegt hat, wenn der Bund 25 der Ventilplatte 23 am Deckel 11 der Pneumatikkammer 10 zur Anlage kommt. Die bei der Schliessbewegung auf das Verschlussorgan 20 übertragene kinetische Energie wird durch den Ventilteller 23 daher kontrolliert abgefangen. Nachdem sich der Ventilteller 23 mit seinem Bund 25 am Deckel 11 der Pneumatikkammer 10 angelegt hat, wird der Ventilteller 23 durch die im Verschlussorgan 20 innewohnende kinetische Energie noch soweit elastisch ausgelenkt, bis sich der Ventilkopf 22 dichtend am Ventilsitz 9 anlegt. Dieser ausgelenkte Zustand des Ventiltellers 23, in dem der Ventilsitz 9 vom Ventilkopf 22 verschlossen ist, bleibt solange bestehen, wie ein minimaler Überdruck, beispielsweise 5 bar, in der Pneumatikkammer 10 aufrechterhalten wird.
  • Anstelle von pneumatischen Mitteln zum Vorspannen des Verschlussorgans 20 könnte es sich auch anbieten, dieses mittels einer Feder vorzuspannen. Im weiteren könnten anstelle einer hydraulisch auslenkbaren Kammerwandung 14 beispielsweise auch piezoelektrische Kristalle verwendet werden, welche das Verschlussorgan 20 unter dem Einfluss einer angelegten elektrischen Spannung reibschlüssig fixieren. Es versteht sich, dass auch eine Entlüftungsventileinrichtung vorgesehen werden kann, welche mehr als ein Entlüftungsventil umfasst. Ausserdem kann anstelle eines Tellerventils beispielsweise auch ein zylindrisches oder flaches Ventil eingesetzt werden.
  • Die wesentlichen Vorteile der gezeigten Entlüftungsventileinrichtung sowie insbesondere des Entlüftungsventils lassen sich wie folgt zusammenfassen:
    • Das Entlüftungsventil ist universell einsetzbar, da das Schliessen des Verschlussorgans prozessunabhängig erfolgt, d.h. unabhängig von den Betriebsparametern der Giesseinrichtung sowie des Giessmaterials;
    • Das Verschlussorgan wird zuverlässig und sehr schnell, d.h. in der Grössenordnung von ca. 1-2 ms, von der Offen- in die Schliessstellung bewegt. Dadurch kann mit dem Schliessen des Entlüftungsventils bis zum vollständigen Füllen der Kavität gewartet werden;
    • Das Entlüftungsventil ist sehr einfach aufgebaut und besitzt sehr wenig bewegte Teile. Zudem brauchen keine Dichtungen, Federn etc. vorgesehen zu werden. Dadurch ist es sehr kompakt, wartungsarm, zuverlässig und kostengünstig in der Herstellung. Zudem steht ein grosser Absaugquerschnitt zur Verfügung.
    • Das Verschlussorgan wird kontrolliert abgebremst, was die Lebensdauer des gesamten Entlüftungsventils erhöht.
    • Der runde Aufbau bietet zahlreiche Vorteile beim Einbau.

Claims (16)

  1. Entlüftungsventileinrichtung für Giessformen, mit einem Entlüftungsventil (1), welches ein mit einem Entlüftungskanal (7) versehenes Ventilgehäuse (2) sowie ein den Entlüftungskanal (7) zu verschliessen bestimmtes, zwischen einer Offen- und Schliessstellung bewegbares Verschlussorgan (20) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass das Verschlussorgan (20) reibschlüssig in der Offenstellung haltbar und gleichzeitig in Schliessrichtung vorspannbar ist.
  2. Entlüftungsventileinrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass erste Mittel zum reibschlüssigen Fixieren des Verschlussorgans (20) in der Offenstellung und zweite Mittel zum Vorspannen des in der Offenstellung fixierten Verschlussorgans (20) in Schliessrichtung vorgesehen sind.
  3. Entlüftungsventileinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten Mittel eine hydraulisch oder pneumatisch beaufschlagbare Kammer (13) aufweisen, welche mit einer in Richtung des Verschlussorgans (20) auswölbbaren, das Verschlussorgan (20) reibschlüssig fixierbaren Kammerwandung (14) versehen ist.
  4. Entlüftungsventileinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Kammerwandung (14) innerhalb der Elastizitätsgrenze des Materials derart auslenkbar ist, dass sie sich nach der Reduzierung des in der Kammer (13) vorherrschenden Überdrucks selbsttätig in die das Verschlussorgan (20) freigebende Ausgangsposition zurückwölbt.
  5. Entlüftungsventileinrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die zweiten Mittel eine pneumatisch unter Überdruck setzbare Kammer (10) umfassen, in welcher eine am Verschlussorgan (20) angeordnete oder mit diesem in Wirkverbindung stehende, in Schliessrichtung des Verschlussorgans (20) pneumatisch beaufschlagbare Ventilplatte (23) angeordnet ist
  6. Entlüftungsventileinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die zweiten Mittel eine das Verschlussorgan (20) in Schliessrichtung vorspannende Feder umfassen.
  7. Entlüftungsventileinrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Verschlussorgan (20) verschiebbar in einem Ventilkanal (3) im Ventilgehäuse (2) aufgenommen ist und dass die Kammer (13) den Ventilkanal (3) zumindest teilweise umschliesst.
  8. Entlüftungsventileinrichtung nach einem der Ansprüche 3, 4 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass ein Entlastungsventil (39) zur Reduzierung des in der hydraulisch beaufschlagbaren Kammer (13) vorherrschenden Überdrucks und zur Aufhebung der Reibschlussverbindung zwischen der Kammerwandung (14) und dem Verschlussorgan (20) innerhalb einer vorgegebenen Zeit vorgesehen ist.
  9. Entlüftungsventileinrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Sensor (30) zur Detektiorung des in den Entlüftungskanal (7) vordringenden Giessmaterials vorgesehen ist, welcher der direkten oder indirekten Ansteuerung des Entlastungsventils (39) dient.
  10. Entlüftungsventileinrichtung nach einer der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verschlussorgan (20) einen Ventilschaft (21) mit einem endseitig daran angeordneten un>>d als Verschlussteil wirkenden Ventilkopf (22) aufweist.
  11. Entlüftungsventileinrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der in das Ventilgehäuse (2) eingelassene Ventilkanal (3) einen von einem Kreis abweichenden, vorzugsweise einen polygonalen Querschnitt, aufweist, und dass der Ventilschaft (21) des Verschlussorgans (20) mit der Form des Ventilkanals (3) korrespondiert während der Ventilkopf (22) rund ausgebildet ist
  12. Entlüftungsventileinrichtung nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventilgehäuse (2) mit einem ersten und einem zweiten Entlüftungskanalabschnitt (7a, 7b) versehen ist, wobei zwischen dem ersten und zweiten Entlüftungskanalabschnitt (7a, 7b) ein Ventilsitz (9) angeordnet ist, welcher von dem Ventilkopf (22) verschliessbar ist.
  13. Entlüftungsventileinrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventilplatte (23) auf der dem Ventilkopf (22) gegenüberliegenden Seite am Ventilschaft (21) angeordnet ist, wobei die Ventilplatte (23) in Öffnungs- und in Schliessrichtung pneumatisch beaufschlagbar ist.
  14. Entlüftungsventileinrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventilplatte (23) mit einem als Anschlag dienenden Bund (25) sowie einem federelastisch auslenkbaren, die kinetische Energie des Verschlussorgans (20) bei der Schliessbewegung aufnehmenden Tellermittelteil (24) versehen ist.
  15. Entlüftungsventileinrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventilplatte (23) aus einem mit einer hohen Eigendämpfung versehenen Material, vorzugsweise aus einem Verbundfaserwerkstoff gefertigt ist,
  16. Entlüftungsventileinrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventilplatte (23) lösbar mit dem Verschlussorgan (20) verbunden ist.
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