DE10140657C1

DE10140657C1 - Messung des Druckes in einer Form während des Füllvorgangs

Info

Publication number: DE10140657C1
Application number: DE2001140657
Authority: DE
Inventors: Friedrich Stummer
Original assignee: Mueller Weingarten AG
Current assignee: Oskar Frech GmbH and Co KG
Priority date: 2001-08-24
Filing date: 2001-08-24
Publication date: 2002-11-07
Anticipated expiration: 2021-08-25

Abstract

Es wird eine Einrichtung zur Messung von Unter- oder Überdrücken in Formhohlräumen von mit Schmelze zu füllenden Formen vorgeschlagen. In vorteilhafter Weise werden Meßwerte direkt aus dem Formhohlraum von einem Drucksensor erfaßt. Durch eine Einrichtung wird der Drucksensor vor dem Kontakt mit Schmelze und hohen Drücken geschützt.

Description

Die Erfindung betrifft das Messen von Drücken während dem Füllvorgang in Formen und insbesondere in entlüfteten oder evakuierten Formen von Vakuum-Druckgießmaschinen.

Stand der Technik

Die Anforderungen an die Qualität der durch Druck-, Spritzguß, Blasverfahren oder verwandte Verfahren hergestellten Teile steigen ständig. Erreicht wird eine Qualitätsverbesserung auch durch die Weiterentwicklung der Herstellverfahren. Zur Beherrschung der Fertigungssicherheit ist dabei eine umfassende Kenntnis der einzelnen Prozeßparameter von großer Bedeutung.

Bei einem Gießvorgang, mit vorgeschalteter Entlüftung oder Evakuierung der Form, ist die Kenntnis der während dem Formfüllvorgang auftretenden Unter- oder Überdrücke im Formhohlraum ein wichtiger Parameter. Beispielhaft wird die Bedeutung der Formevakuierung am Druckgießverfahren erläutert. Beim konventionellen Druckguß sind verfahrensbedingte Störstellen im Gießgefüge der Teile bekannt. Diese Störstellen, im Druckgußteil in Form von Poren, entstehen durch eingeschlossene Luft, sowie Trenn- und Schmiermitterdämpfe. Eine wesentliche Reduzierung des Gasgehalts im gegossenen Teil wird durch den Einsatz von Vakuum erreicht. Dabei läßt man auf den gesamten Formhohlraum, einschließlich der Gießkammer und dem Materialsaugrohr, einen Unterdruck einwirken. Es werden Luft, entstehende Dämpfe und Gase sicher abgesaugt. Es findet die Dosierung, das Füllen der Gießkammer, des Gießlaufsystems und zumindest von Teilen des Formhohlraumes statt. Zur Festlegung der Größe und der Zeit des Unterdruckes und zum Erreichen der Qualitätssicherung ist es jedoch unerläßlich, die Druckverhältnisse im Formhohlraum zu erfassen.

Bei der Unter- oder Überdruckmessung treten große Probleme auf. Insbesondere ergibt sich eine Meßunsicherheit dadurch, dass ein Druckaufnehmer einen Meßbereich im Unterdruckgebiet von z. B. weniger als 50 m bar für Gase und im Überdruckgebiet über 100 bar für Schmelze sicher messen soll und nicht zerstört wird. Im Druckgießprozeß können jedoch Drücke über 1000 bar am Ende und nach der Formfüllung auftreten.

Druckaufnehmer für den geforderten Druckbereich müßten insbesondere im unteren Druckbereich eine hohe Auflösung haben, um eine ausreichende Aussagekraft der gemessenen Werte zu ermöglichen. Dieses Problem ist noch nicht gelöst. Zusätzlich sind die handelsüblichen Druckaufnehmer äußerst empfindlich gegen den Kontakt mit Kunststoff- oder Metallschmelzen und für Messungen von Gasdruck und Druck in der Schmelze generell ungeeignet.

Nach Brunhuber "Praxis der Druckgußfertigung", Ausgabe 1991, Seite 127 und 128, werden zu Versuchs- und Forschungszwecken Metalldrücke im Formhohlraum gemessen. Es werden hierzu scheibenförmige Kraftaufnehmer aus piezoelektrischem Material verwendet, die beispielsweise hinter einem Auswerferstift angebaut werden. Durch Druckeinwirkung werden elektrische Ladungen abgegeben, die in einem Ladungsverstärker in eine Spannung umgewandelt wird. Die Spannung ist proportional der auf den Auswerferstift wirkenden Kraft. Für eine Unterdruckmessung ist dieses System nicht geeignet. über einen Dauereinsatz unter Produktionsbedingungen ist nichts bekannt.

In der DE 39 39 728 A1 wird eine Druckmesseinrichtung für Druck- und Spritzgießmaschinen offenbart. Auf eine vorteilhafte Messung direkt im Formhohlraum wird hingewiesen jedoch, aufgrund der zu erwartenden Beschädigungen der Sensoren dieser Weg für einen rauhen Gießbetrieb als nicht realisierbar angesehen. Diese Erfindung schlägt deshalb vor, daß die Druckmeßeinrichtung ausschließlich über die Gießform und nicht unmittelbar im Formhohlraum Drücke mißt. Der Sensor wird dabei nicht der zerstörenden Wirkung der Schmelze ausgesetzt. Dieses indirekte Messen ist ungenau und insbesondere zur Unterdruckmessung nicht verwendbar.

Aus der EP 0 600 324 A1 ist es bekannt, den Druck im Bereich des Vakuumventils zu messen. Der Drucksensor wird dabei vor der Metallfront durch Schließen des Ventils geschützt.

Es ist ferner aus der DE 195 00 005 A1 bekannt, den Druck direkt im Formhohlraum zu messen, wobei Meßkanäle in direkter Verbindung zum Formhohlraum stehen und der Druck während der Dosier- und/oder Formfüllphase gemessen wird und wobei der Drucksensor an einer Formhälfte angebracht ist. Hierbei werden die Meßkanäle durch die erstarrende Metallschmelze geschlossen und somit der Drucksensor geschützt.

Im vorgenannten Stand der Technik ist damit das Schließen von Meßkanälen durch die erstarrende Schmelze und mittels Ventilen bekannt.

Aufgabe und Vorteil der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine direkte Unter- oder Überdruckmessung im Formhohlraum während des Füllvorgangs durchzuführen und der Drucksensor durch Hochdruck und Schmelze nicht beschädigt wird.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruch 1 gelöst.

In den Unteransprüchen werden vorteilhafte und zweckmäßige Weiterbildungen vorgeschlagen.

Der Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, eine Aussage über die Unter- und Überdruckwerte während der Formevakuierung und der zumindest weitergehenden Phase der Formfüllung zu erhalten. Somit kann ein Drucksensor für niedrige Drücke und mit hoher Auflösung verwendet werden. Die Anordnung des Drucksensors ist derart, dass eine unmittelbare Verbindung zum Formhohlraum besteht. Zur Vermeidung einer Beschädigung durch Schmelzekontakt oder hohen Drücken wird eine Einrichtung vorgesehen die, über ein Signal gesteuert, die Verbindung zwischen Formhohlraum und Drucksensor sicher verschließt.

Die Erfindung wird näher am Beispiel einer Vakuum- Druckgießmaschine beschrieben. In den Figuren sind verschiedene Ausführungsvarianten dargestellt.

Es zeigen:

Fig. 1 Schnittdarstellung durch eine Vakuum-Druckgießmaschine mit geschlossener Form und Drucksensor-Anordnung

Fig. 2 wie Fig. 1, jedoch alternativer Drucksensor-Anordnung

Fig. 3 wie Fig. 1, jedoch alternativer Drucksensor-Anordnung und Verschlußsystem

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

Bezüglich dem allgemeinen Aufbau, sowie den wesentlichen Funktionsmerkmalen der in den Figuren angedeuteten Vakuum- Druckgießmaschine, wird auf die EP 0 051 310 des Anmelders verwiesen. In Fig. 1 ist die feste Aufspannplatte 1 erkennbar auf der die feste Formhälfte 2 aufgespannt ist. Die bewegliche Formhälfte 3 ist auf einer nicht näher dargestellten beweglichen Aufspannplatte befestigt. Wirkverbunden mit der beweglichen Aufspannplatte ist auch die Auswerfereinheit 4.

Auf der beweglichen Aufspannplatte ist der Drucksensor 5 befestigt. Über Kanäle 6, 7 ist der Drucksensor 5 mit dem Formenhohlraum 8 verbunden. Auf der horizontal verfahrbaren Auswerferplatte 9 der Auswerfereinheit 4, befindet sich ein Kurzhubzylinder 10. Weiterhin verfügt der Gießkolben 11 über ein Wegmeßsystem 12. Der Evakuierungs-, Dosierungs- und Formfüllvorgang läuft wie folgt ab:
Das Vakuumventil 13 wird über Rechnereinheit 14 auf geöffnet geschaltet und dadurch ein nicht näher dargestelltes Evakuiersystem zugeschaltet. Die Luft, sowie die beim Schmelzeeintritt durch Trenn- und Schmiermittel entstehenden Dämpfe, werden abgesaugt. Der Unterdruck wird derart eingestellt oder besser geregelt, dass aus dem Warmhalteofen 15 über Saugrohr 16 eine exakte Schmelzemenge pro Zeiteinheit angesaugt wird. Gießkolben 11 überfährt dann die Dosieröffnung des Saugrohres 16 und schiebt die Schmelze, möglichst frei von Verwirbelungen, in den Formhohlraum 8. Während diesem Vorgang werden die entstehenden Unter- und Überdrücke durch Drucksensor 5 fortlaufend gemessen und an Rechnereinheit 14 zur Verarbeitung weitergeleitet. Die gemessenen Werte dienen dabei als Regelparameter für z. B. das Unterdruckniveau und der Gießkolbengeschwindigkeit. Diese Regelung sorgt zum einen für eine erforderliche möglichst kurze Dosierzeit und zum anderen für einen verwirbelungsfreien Schmelzelauf. Zur Vermeidung einer Beschädigung des Drucksensors 5, durch Schmelzekontakt und hohem Druck, wird nach Erreichen einer bestimmten Verfahrstrecke des Gießkolben 11 über das Wegmeßsystem 12 ein Signal ausgelöst. Durch das Signal wird Ventil 17 geschaltet und der Kolben 18 des Kurzhubzylinders 10 fährt vor. Zur Erreichung einer sehr schnellen Schließbewegung kann ein Speicher 19 vorgesehen werden. An dem Kolben 18 ist ein Stift 20 gekuppelt, der durch seine Vorfahrbewegung den Meßkanal 6 verschließt. Die Teileherstellung läuft dann in bekannter Weise ab. Neben der Funktion des sicheren Verschließens des Meßkanal 6 kann als weitere Funktion der Stift 20 als Auswerferstift dienen und dabei gleichzeitig den Kanal 7 von Rückständen reinigen. Da der Kurzhubzylinder 10 unmittelbar an der Auswerferplatte befestigt ist, wird in günstiger Weise der eigentliche Auswerferhub genutzt.

Zur Erhöhung der Funktionssicherheit ist der Drucksensor 5 in einer alternativen Einbauform in Fig. 2 dargestellt. Der Drucksensor 5 ist dabei nicht unmittelbar mit der beweglichen Formhälfte 3 verbunden. Dem Meßkanal 6 ist ein Flitterfilter 21 nachgeordnet der kleinere Verunreinigungen rausfiltert zum Schutze der nachfolgenden Ventile 22, 31 und des Sensors 5. Ein ab einem vorgegebenen Druck schließbares Druckbegrenzungsventil 22 dient als überdruckschutzventil. Da der Drucksensor 5 in einem möglichst eingegrenzten kleineren Druckbereich messen soll und dadurch eine hohe Auflösung erzielbar ist, soll der max. Druck-Schaltpunkt für das Druckbegrenzungsventil 22 niedrig sein. Mit 31 ist ein Schaltventil bezeichnet. Als Alternative zu Fig. 1 ist als Zylinder für die Bewegung des Stiftes 20 ein Mehrstellungszylinder 32 angedeutet. Zusätzlich zum und zumindest von Teilen Verschließen des Meßkanals 6 könnte der Stift auch zur Nachverdichtung des Gießteilgefüges verwendet werden. Somit unterscheidet sich Fig. 2 von Fig. 1 durch Maßnahmen zur Erhöhung der Fertigungssicherheit.

Sollte das Teil über größere Bohrungen, Aussparungen oder seitliche Ausbuchtungen bzw. Ausnehmungen verfügen, kann der Meßkanal 6, 7 gemäß Fig. 3 verschlossen werden. Sind derartige Öffnungen am Teil nicht vorhanden, kann eine entsprechende Verbindung direkt nahe vom Außenrand der Teilkontur ausgehend geschaffen werden. Zu diesem Zweck würde eine Art Füllstück, Einlegeteil oder Platine an einer Stelle, die die Form füllende Schmelze möglichst spät im Ablauf der Formfüllung erreicht, in der Form angeordnet werden als Verbindung zum eigentlichen Gußteil. Der die Meßkanäle 6, 7 verschließende Zylinder 23 ist in der festen Formhälfte 2 angeordnet. Der Kolben mit Kolbenstange 24 ist über eine zwischengeschaltete Kupplung 25 mit dem Dichtstift 26 verbunden. Die Stirnfläche des Dichtstiftes 26 ist plan oder das Endstück kann kegelig ausgeführt werden. Die Dichtwirkung tritt ein, wenn der Dichtstift 26 gegen das Anschlußstück 27 gedrückt wird. Vereinfacht wird angenommen, dass der Druckmesser D des Dichtstiftes 26 einer Bohrung im Druckgußteil entspricht.

Das Drücken des Dichtstiftes 26 gegen das Anschlußstück 27 erfolgt durch die Zylindereinheit 23. Das Ventil 28 wird, wie in Fig. 1 beschrieben, durch das Wegmeßsystem 12 über Rechnereinheit 14 betätigt. Zur Erhöhung der Geschwindigkeit kann wiederum ein Speicher 19 als Antriebsspeicher vorgesehen werden. Das Rückschlagventil 29 dient zur Ladedrucksicherung des Speichers. Die Druckmessung erfolgt, wie unter Fig. 2 beschrieben, durch Drucksensor 5. Um den Dichtstift 26 auf sachgerechte Funktion in und während jedem Arbeitszyklus zu prüfen und zu überwachen kann ein Wegmeßsystem 30 vorgesehen werden.

Bevorzugt können die Ventile 28 und 17 (Fig. 1) als besonders schnelle Ventile ausgeführt werden, mit einer elektrischen Betätigung durch Schnellerregung.

Die Erfindung ist nicht auf das dargestellte und beschriebene Ausführungsbeispiel beschränkt. Sie umfaßt vielmehr auch alle fachmännischen Weiterbildungen und Ergänzungen im Rahmen des erfinderischen Grundgedankens. So kann die Bewegung in eine Dichtungsstellung der Dichtstifte (20, 26) statt von einem Wegmeßsystem (12) auch durch einen im Formenhohlraum eingebauten Niveausensor, durch eine einstellbare Zeit oder, mittels einem vorgegebenen Sollwert, durch den Drucksensor 5 selber ausgelöst werden. Ohne Problem kann der erfinderische Gedanke auch in Nieder- oder Hochdruckgießeinrichtungen, Kunststoffspritzanlagen und anderen Fertigungseinrichtungen mit vergleichbarer Aufgabenstellung eingesetzt werden.

Der Einbau der Einrichtung kann sowohl von der festen Formhälfte wirkend erfolgen, als auch in umgekehrter Einbaulage von der beweglichen zur festen Formhälfte. 1 feste Aufspannplatte
2 feste Formhälfte
3 bewegliche Formhälfte
4 Auswerfereinheit
5 Drucksensor
6 Kanal, Meßkanal
7 Kanal, Meßkanal
8 Formhohlraum
9 Auswerferplatte
10 Kurzhubzylinder
11 Gießkolben
12 Wegmeßsystem
13 Vakuumventil
14 Rechnereinheit
15 Warmhalteofen
16 Saugrohr
17 Ventil
18 Kolben
19 Speicher
20 Stift
21 Flitterfilter
22 Druckbegrenzungsventil
23 Zylinder
24 Kolben mit Kolbenstange
25 Kupplung
26 Dichtstift
27 Anschlußstück
28 Ventil
29 Rückschlagventil
30 Wegmeßsystem
31 Schaltventil
32 Mehrstellungszylinder

Claims

1. Einrichtung zur Messung der Drücke in einer mit flüssiger Schmelze füllbaren Form und insbesondere in einer Vakuum- Druckgießmaschine, wobei in direkter Verbindung zum Formhohlraum (8) Meßkanäle (6, 7) angeordnet sind, wobei zur unmittelbaren Unter- und/oder Überdruckmessung durch einen Drucksensor (5) im Formenhohlraum (8) während der Schmelze- Dosier- und/oder Formfüllphase die Meßkanäle (6, 7) durch Stifte (20, 26) verschließbar sind.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass für die Bewegung der Stifte (20, 26) Zylinder (10, 23, 32) vorgesehen sind.

3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Zylinder (10) zur Bewegung des Stiftes (20) zum Verschließen des Meßkanals (6) als Kurzhubzylinder (10) oder als Mehrstellungszylinder ausgebildet ist, der auf einer Auswerferplatte (9) befestigt ist.

4. Einrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Signal zur Schließbewegung des Zylinders (10, 23, 32) durch ein Wegmeßsystem (12) oder einem Niveausensor oder einem Zeitglied oder einem Drucksensor (5) auslösbar ist.

5. Einrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Stift (20) als Verschlußstift für den Meßkanal (6), Reinigungsstift für Meßkanal (7), Auswerferstift für Gußteile und - bei Ausbildung des Antriebszylinders als Mehrstellungszylinder (32) - als Gefügeverdichtungsstift ausgebildet oder wirksam ist.

6. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Drucksensor (5) am Ende vom Meßkanal (6) auf der beweglichen Formhälfte (3) oder festen Formhälfte (2) befestigt ist.

7. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen Meßkanal (6) und Drucksensor (5) ein Filter (21), ein Druckbegrenzungsventil (22) und ein Schaltventil (31) vorgesehen ist.

8. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass für die Schließbewegung der Zylinder (10, 23, 32) zusätzlich ein Speicher (19) vorgesehen ist.

9. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass an der äußeren Begrenzung des Formhohlraumes (8) eine Platine oder ein Füllstück, mit Ausnehmung für den Stift (26), zur Verbindung zwischen Formhohlraum (8)und Meßkanal (6, 7) vorsehbar ist.

10. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Meßwerte des Drucksensors (5) von einem Rechner (14) zu Prozeßregelgrößen weiter verarbeitet werden und dadurch die Größe des Unterdruckes und die Gießkolbengeschwindigkeit regelbar sind.