Die Erfindung betriffl eine Einrichtung zur Temperaturregelung einer Dauerform, mit einem Kreislauf für Wärme übertragungsmittel, der Durchlaufkanäle in der Nähe des Formhohlraumes der Dauerform und einen regelbaren Wärmeaustauscher im Abstand von der Dauerform aufweist.
Zum Heizen und Kühlen einer Dauerform sind Einrichtungen bekannt, welche die gewünschten Anforderungen nur bedingt erfüllen. Dabei gilt es, die jeweilige Betriebstemperatur durch gleichmässiges Heizen zu erreichen und die beim Giessen in Kokillen, z.B. auch beim Druckgiessen, anfallende Wärmemenge durch intensives Kühlen abzuführen, damit unmittelbar ein neuer Arbeitstakt erfolgen kann.
Es ist bereits vorgeschlagen worden - DT-PS 1 282 865 ein Wärmeübertragungsöl durch Kanäle in der Dauerform zu fördern und es in einem Kreislauf ausserhalb der Form entsprechend den Wärmebedingungen der Form in einem Heizaggregat elektrisch aufzuheizen oder in einem Kühlaggregat durch Wasser zu kühlen. Um den beim Giessen auftretenden Wärmeanfall unmittelbar abzuführen, besitzt das Kühlaggregat eine nach Bedarf steuerbare, sogenannte Wasserstosskühlung.
Die Verwendung dieser Einrichtung hat den Nachteil, dass für den Betrieb der Stosskühlung grosse Wassermengen benötigt werden. Ausserdem kann der beim Giessen auftretende Wärmeanfall durch die indirekte Kühlung nicht in der erforderlichen kurzen Zeit abgeführt werden. Die Folgen davon sind längere Taktzeiten. Ein weiterer Nachteil ist, dass das Aggregat zur Durchführung der Stosskühlung im Vergleich zur Normalkühlung eine bedeutend grössere Kühlleistung aufweisen muss und komplizierte, verhältnismässig aufwendige Apparaturen benötigt.
Bei einer weiteren bekannten Dauerform - DT-OS 2 317 151 - werden Kühlkanäle angewandt, durch welche Wasser als Kühlmedium gefördert wird. Dabei zeigt sich nachteilig, dass mit der Verwendung von Wasser zwar eine intensive Kühlung bewirkt werden kann, jedoch ein Aufheizen auf die Betriebstemperatur nicht möglich ist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einer Dauerform den beim Giessen in kurzer Taktfolge stossweise auftretenden Wärmeanfall mit kleinem technischen Aufwand unmittelbar abzuführen.
Diese Aufgabe wird mittels der im kennzeichnenden Teil des Patentanspruches angegebenen Lehre gelöst.
Nachstehend werden in Verbindung mit den Zeichnungen Ausführungsbeispiele der erfindungsgemässen Einrichtung näher beschrieben.
Es zeigen:
Fig. 1 eine Ausführungsform von zwei Kühlmittel führenden Leitungssystemen in einer perspektivisch dargestellten Dauerform,
Fig. 2 eine weitere Ausführungsform eines zur örtlichen Kühlung bestimmten Leitungssystems, dargestellt in einem Ausschnitt einer Dauerform,
Fig. 3 eine Detailansicht der in Fig. 2 gezeigten Ausführungsform,
Fig. 4 eine Ausführungsform einer Steuerung des Kühlmitteldurchflusses mit einem Thermostaten,
Fig. 5 eine weitere Ausführungsform mit einem Zeitrelais,
Fig. 6 eine weitere Ausführungsform mit einem Positionsschalter.
Fig. 1 zeigt eine geschlossene, zweiteilige Dauerform 1 und 2 mit einer Eingussöffnung 3 und zwei seitlich an den Formteilen anliegenden Kühlkörpern 8 u. 9.Diese sindje mit zwei voneinander getrennten, ein Kühlmittel führenden Durchlaufkanälen4 u. 6 bzw. 5 u. 7 versehen, die zum Anschluss an äussere Kühlmittelleitungen bestimmt sind. Als Anordnungsbeispiel verlaufen die Kanäle in jedem Kühlkörper in zwei verschiedenen Ebenen schleifenförmig und einander mehrfach kreuzend. Mit dieser Anordnung wird eine indirekte Flächenkühlung bzw. -heizung bewirkt, wie sie beispielsweise für Dauerformen aus Grauguss od. Gusseisen mitKugelgraphitVerwen- dung finden kann. Durchlaufkanäle 4 und 6 bzw. 5 und 7 könnten beispielsweise auch in aus Kupfer gefertigten Dauerformhälften 1 und 2 angeordnet werden und dadurch eine direkte Kühlung bzw.
Heizung bewirken.
Fig. 2 und 3 zeigt eine beispielsweise Ausführungsform für eine direkte örtliche Kühlung bzw. Heizung in einer Dauerform 12. Diese Ausführung weist zwei aus geraden koaxialen Rohrstücken 16, 16' und 17, 17' gebildete Durchlaufkanäle 13 und 14 enthaltende Einsätze auf, welche sich parallel nebeneinander in Bohrungen eines zylinderförmigen Metallstückes 15 befinden. Das Metallstück 15 kann beispielsweise, wie in Fig. 2 gezeigt, in einer in einem Absatz 31 angeordneten Bohrung 32 der Dauerform 12 eingesetzt sein. Die Durchlaufkanäle 13 und 14 verlaufen jeweils über das innere Rohr 16, 16' und anschliessend durch den Zwischenraum zwischen diesem und dem äusseren Rohr 17, 17', welches einen entsprechend grösseren Durchmesser aufweist.
Das äussere Rohr 17 bzw. 17' ist mit zwei Abschlussdeckeln 33 und 34 bzw. 33' und 34' versehen, wobei der eine (34 bzw. 34') eine Öffnung zur Durchführung des inneren Rohres 16 bzw. 16' aufweist. Fig. 3 zeigt den Vorderteil des Durchlaufkanals 13 vergrössert dargestellt.
Daraus ist ersichtlich, dass die Austrittsöffnung 28 des inneren Rohres 16 im Abstand zum Abschlussdeckel 33 des äusseren Rohres 17 angeordnet ist. Pfeile 18 zeigen die bevorzugte Durchlaufrichtung des Wärmeübertragungsmittels.
Örtliche Kühl- bzw. Heizsysteme gemäss Fig. 2 dienen zur Erzeugung einer gewünschten Temperaturverteilung in der Form, entsprechend der Gestalt und dem Verwendungszweck des herzustellenden Gussteiles.
Anhand der Fig. 4, 5 und 6 werden die Gesamtanordnung der Temperaturregeleinrichtung und verschiedene Steuermöglichkeiten eines vom Hauptkreislauf getrennten, ein Kühlmittel führenden Leitungssystems erläutert. Dargestellt ist jeweils ein geschlossener über dem einen Durchlaufkanal 4, 5 bzw. 13 führender Kreislauf 20 mit einem regelbaren Wärmetauscher 21 und ein sowohl innerhalb als auch ausserhalb der Dauerform getrenntes über den anderen Durchlaufkanal 6, 7 bzw. 14 führendes, offenes Leitungssystem 19.
Letzteres enthält zur Beeinflussung des Kühlmittel-Durchflusses ein Steuerventil 24, welches in Fig. 4 beispielsweise mittels eines in der Dauerform oder im Kreislauf 20 angeordneten Thermostaten 23, in Fig. 5 von einem Zeitrelais 25 z.B. entsprechend der Giesstaktfolge und in Fig. 6 von einem z.B. von der Stellung der Dauerform abhängigen Positionsschalter 26 über Leitungen 27 steuerbar ist. Die Durchlaufrichtungen der Wärmeübertragungsmittel sind mit Pfeilen 22 angegeben.
Die Wirkungsweise der dargestellten Einrichtung kann wie folgt beschrieben werden: Zum Aufheizen oder Kühlen der Dauerform auf eine gewünschte Betriebstemperatur dient der an sich bekannte, geschlossene, geregelte Kreislauf 20 mit dem Wärmetauscher 21. Die Betriebstemperatur der Dauerform (Sollwert) wird vorzugsweise manuell eingestellt. Im Kreislauf 20 wird mittels einer Pumpe 30 ein Wärmeübertragungsmittel, vorzugsweise ein Wärmeübertragungsöl durch die Dauerform gefördert. Das Wärmeübertragungsmittel wird im Wärmetauscher 21 zwecks Einhaltung der Solltemperatur geheizt oder gekühlt. Selbst wenn der Wärmetauscher 21 eine hohe Regelgeschwindigkeit besitzt und der Kühler so ausgelegt ist, dass er die anfallende Wärme insgesamt abzuführen vermag, wird sich ein Anstieg der Formtemperatur durch den plötzlichen Wärmeanfall beim Eingiessen der Schmelze nicht vermeiden lassen.
Das kommt daher, dass die Regelstrecke eine gewisse Trägheit besitzt.
Um diesen Temperaturanstieg ausgleichen zu können besitzt die Einrichtung das zusätzliche, ein Kühlmittel führende Leitungssystem 19, durch welches mittels des Steuerventils 24 kurzzeitig ein Wasserstrom geleitet wird, um eine Intensivkühlung zu bewirken. Damit kann der beim Giessen auftretende Wärmeanfall mit kleinem technischem Aufwand jeweils abgeführt werden, so dass das Gussteil rasch erstarrt und die Dauerform geöffnet werden kann, woraufjeweils unmittelbar ein neuer Arbeitstakt erfolgen kann.
Die vorstehend beschriebene Einrichtung zur Temperaturregelung einer Dauerform eignet sich insbesondere für das Formgiessen von Eisenmetallen in Kokillen mit rascher Taktfolge. Sie weist insbesondere die folgenden Vorteile auf: - geringe thermische Beanspruchung der Dauerform, da grosse Temperaturschwankungen durch das zusätzliche
Kühlsystem verhindert werden; - höhere Standzeit der Dauerform; - mögliche Verwendung von dünnwandigen Dauerformen infolge kleiner Temperaturschwankungen; - mögliche kürzere Taktzeiten; - mögliche Herstellung von formgenauen Gussteilen; - Auslegung des geregelten (Haupt-) Kreislaufes für gerin gere Leistung; - bei Aufbau der Dauerform aus einzelnen Segmenten be steht die Möglichkeit durch wahlweisen Einbau bzw.
An schluss von Durchlaufkanälen entweder für den geregelten
Kreislauf oder das zusätzliche Leitungssystem allein lokale
Temperaturgradienten für die Zwecke einer gerichteten
Erstarrung zu erzeugen:
The invention relates to a device for regulating the temperature of a permanent mold, with a circuit for heat transfer means, which has flow channels in the vicinity of the mold cavity of the permanent mold and a controllable heat exchanger at a distance from the permanent mold.
Devices are known for heating and cooling a permanent mold which only partially meet the desired requirements. It is important to achieve the respective operating temperature through uniform heating and to reduce the temperature during casting in molds, e.g. Even with die casting, the amount of heat that arises must be dissipated through intensive cooling so that a new work cycle can take place immediately.
It has already been proposed - DT-PS 1 282 865 to promote a heat transfer oil through channels in the permanent mold and to heat it electrically in a circuit outside the mold according to the heat conditions of the mold in a heating unit or to cool it with water in a cooling unit. In order to dissipate the heat that occurs during casting immediately, the cooling unit has what is known as a surge cooling system that can be controlled as required.
The use of this device has the disadvantage that large amounts of water are required for the operation of the shock cooling. In addition, the heat generated during casting cannot be dissipated in the short time required due to the indirect cooling. The consequences of this are longer cycle times. Another disadvantage is that the unit for performing the shock cooling must have a significantly greater cooling capacity than normal cooling and requires complicated, relatively expensive apparatus.
In another known permanent form - DT-OS 2 317 151 - cooling channels are used through which water is conveyed as a cooling medium. The disadvantage here is that the use of water can bring about intensive cooling, but heating to the operating temperature is not possible.
The invention is based on the object, in the case of a permanent mold, to directly dissipate the accumulation of heat occurring in short cycles during casting with little technical effort.
This object is achieved by means of the teaching specified in the characterizing part of the patent claim.
Exemplary embodiments of the device according to the invention are described in more detail below in conjunction with the drawings.
Show it:
1 shows an embodiment of two line systems carrying coolant in a permanent form shown in perspective,
2 shows a further embodiment of a line system intended for local cooling, shown in a section of a permanent form,
3 shows a detailed view of the embodiment shown in FIG. 2,
4 shows an embodiment of a control of the coolant flow with a thermostat,
5 shows a further embodiment with a time relay,
6 shows a further embodiment with a position switch.
Fig. 1 shows a closed, two-part permanent mold 1 and 2 with a pouring opening 3 and two laterally adjacent to the mold parts heat sinks 8 u. 9. These are each with two separate, coolant-carrying flow channels4 u. 6 or 5 u. 7, which are intended for connection to external coolant lines. As an arrangement example, the channels in each heat sink run in two different planes in loops and cross each other several times. This arrangement brings about indirect surface cooling or heating, as can be used, for example, for permanent molds made of gray cast iron or cast iron with spheroidal graphite. Flow channels 4 and 6 or 5 and 7 could, for example, also be arranged in permanent mold halves 1 and 2 made of copper and thereby provide direct cooling or cooling.
Effect heating.
2 and 3 show an example of an embodiment for direct local cooling or heating in a permanent mold 12. This embodiment has two inserts formed from straight coaxial pipe sections 16, 16 'and 17, 17' which contain each other are located parallel to each other in bores of a cylindrical metal piece 15. The metal piece 15 can, for example, as shown in FIG. 2, be inserted in a bore 32 of the permanent mold 12 arranged in a shoulder 31. The flow channels 13 and 14 each run over the inner tube 16, 16 'and then through the space between this and the outer tube 17, 17', which has a correspondingly larger diameter.
The outer pipe 17 or 17 'is provided with two end caps 33 and 34 or 33' and 34 ', one (34 or 34') having an opening through which the inner pipe 16 or 16 'can pass. Fig. 3 shows the front part of the flow channel 13 shown enlarged.
It can be seen from this that the outlet opening 28 of the inner tube 16 is arranged at a distance from the end cover 33 of the outer tube 17. Arrows 18 show the preferred direction of passage of the heat transfer medium.
Local cooling or heating systems according to FIG. 2 serve to generate a desired temperature distribution in the mold, corresponding to the shape and the purpose of the cast part to be produced.
4, 5 and 6, the overall arrangement of the temperature control device and various control options of a line system that is separate from the main circuit and carrying a coolant are explained. A closed circuit 20 with a controllable heat exchanger 21 leading over the one flow channel 4, 5 or 13 and an open line system 19 both inside and outside the permanent mold is shown and over the other flow channel 6, 7 or 14.
The latter contains a control valve 24 for influencing the coolant flow, which in FIG. 4 is operated, for example, by means of a thermostat 23 arranged in the permanent form or in the circuit 20, in FIG. 5 by a time relay 25 e.g. according to the casting cycle sequence and in Fig. 6 by a e.g. position switch 26 dependent on the position of the permanent form can be controlled via lines 27. The directions of passage of the heat transfer medium are indicated by arrows 22.
The mode of operation of the device shown can be described as follows: The known, closed, controlled circuit 20 with the heat exchanger 21 is used to heat or cool the permanent mold to a desired operating temperature. The operating temperature of the permanent mold (setpoint) is preferably set manually. In the circuit 20, a heat transfer medium, preferably a heat transfer oil, is conveyed through the permanent mold by means of a pump 30. The heat transfer medium is heated or cooled in the heat exchanger 21 in order to maintain the target temperature. Even if the heat exchanger 21 has a high control speed and the cooler is designed in such a way that it is able to dissipate the resulting heat as a whole, an increase in the mold temperature due to the sudden heat build-up when pouring the melt cannot be avoided.
This is due to the fact that the controlled system has a certain inertia.
In order to be able to compensate for this increase in temperature, the device has the additional line system 19 which carries a coolant and through which a water flow is briefly passed by means of the control valve 24 in order to effect intensive cooling. This means that the heat generated during casting can be dissipated with little technical effort, so that the cast part solidifies quickly and the permanent mold can be opened, whereupon a new work cycle can take place immediately.
The device described above for regulating the temperature of a permanent mold is particularly suitable for the casting of ferrous metals in molds with a rapid cycle sequence. In particular, it has the following advantages: low thermal stress on the permanent form, since large temperature fluctuations due to the additional
Cooling system can be prevented; - longer service life of the permanent mold; - possible use of thin-walled permanent molds due to small temperature fluctuations; - possible shorter cycle times; - possible production of dimensionally accurate castings; - Design of the regulated (main) circuit for lower performance; - When building the permanent form from individual segments, there is the option of installing or
Connection of flow channels either for the regulated
Circuit or the additional pipeline system alone local
Temperature gradients for the purpose of a directional
To generate solidification: