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Die Erfindung betrifft ein Kühlrohrelement zur Verteilung von Kühlmittel im Innern eines Formkerns eines Gusswerkzeugs.
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Kunststoffteile werden oft im Druckguss- oder Spritzgussverfahren hergestellt. Hierzu benötigt man Metallformen, bestehend mindestens aus einer Matrize, welche das Negativ der Außenform des herzustellenden Massenteils bildet, und einem Formkern, der die Innenform dieses Teils bildet. Matrize und Formkern bilden gemeinsam die Kavität, also den bei der Herstellung mit Kunststoff auszufüllenden Hohlraum. Zur rationellen Herstellung von Formteilen werden oft Formen benutzt, die mehrere Kavitäten und eine entsprechende Anzahl von Formkernen umfassen, die auf einer gemeinsamen Platte sitzen.
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Für die Zykluszeit eines Gießvorgangs und damit die Kosten sowie die Qualität der herzustellenden Formteile ist eine ausreichend und gleichmäßige Kühlung der Form entscheidend. In bestimmten Fällen muss die Form auch vorgeheizt werden. Zum Zwecke der Temperierung ist das Formwerkzeug von Bohrungen durchsetzt, die einen Kreislauf für ein flüssiges Medium, z. B. kaltes Wasser oder Öl bilden. Das Kühlmittel muss dabei möglichst gleichmäßig und nahe an die Formpartie herangebracht werden. Formkerne sind deshalb zum Zweck der inneren Kühlung mit einer Kühlbohrung versehen, in die sich ein Verteilerrohr hineinschieben lässt.
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Bekannt sind Kühlrohrelemente zur Verteilung von Kühlmittel im Innern eines Formkerns, welche ein Verteilerrohr mit einer Austrittsöffnung für Kühlmittel am oberen Ende umfassen. Der Durchmesser des Verteilerrohrs wird dabei so gewählt, dass zwischen der Außenseite des Rohrs und der Wandung der Bohrung des Formkerns ein Ringspalt bleibt, durch den das Kühlmittel entlang der Außenseite des Verteilerrohrs zurückfließen kann. Mit seinem unteren Ende steckt das Verteilerrohr in einem Montagefuß, dessen Durchmesser größer ist als der des Verteilerrohrs. Mittels des Montagefußes kann das Kühlrohrelement entweder direkt in einen Formkern eingesetzt oder auf die zur Kavität weisende Innenseite einer Stahlplatte montiert werden. Im letzteren Fall muss die Stahlplatte mit dem darauf montierten Kühlrohrelement vorsichtig an eine Zwischenplatte mit dem Formkern angesetzt werden, wobei sorgfältig darauf zu achten ist, dass das zumeist lange und relativ dünne Verteilerrohr beim Einführen in den Formkern nicht beschädigt oder verbogen wird. Sind mehrere, im Extremfall bis zu 64 Formkerne auf einer Stahlplatte angeordnet, so stellt das gleichzeitige Einschieben der entsprechenden Anzahl von Verteilerrohren in die engen Bohrungen der Formkerne ein großes Problem dar.
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Um des Kühlmittel in das Verteilerrohr einzuleiten und das rückfließende Kühlmittel wieder abzuführen, muss der Montagefuß des Kühlrohrelements zumindest einen Zuflusskanal und einen davon getrennten Rückflusskanal haben sowie die entsprechenden Anschlussstellen für den Kühlmittelkreisfauf. Üblicherweise weist der Montagefuß zumindest eine axiale Bohrung auf, die in das Verteilerrohr mündet, sowie mindestens einen Zulauf für kaltes Kühlmittel und einen Rücklauf für erwärmtes Kühlmittel. Bekannt sind Kühlrohrelemente, deren Montagefuß neben einer axialen Bohrung eine oder mehrere Querbohrungen in radialer Richtung, die auch schräg zur Achse des Verteilerrohrs verlaufen können, umfassen.
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JP 2002096331 A beschreibt ein Kühlrohrelement zur Verteilung von Kühlmittel im Innern eines Formkerns eines Gusswerkzeugs mit einem Verteilerrohr, einer Austrittsöffnung für Kühlmittel am oberen Ende, einem am unteren Ende des Verteilerrohrs angeordneten Montagefuß in Form eines mehrfach abgestuften Zylinders, dessen kleinster Durchmesser größer ist als der des Verteilerrohrs, mit einer axialen Bohrung, die in das Verteilerrohr mündet, einem Zulauf für kaltes Kühlmittel und einem quer dazu angeordneten Rücklauf für erwärmtes Kühlmittel. Der Montagefuß ist mit einem Außengewinde versehen. Das freie Ende des Montagefußes ist als Mutter ausgebildet, so dass ein Werkzeug zum Drehen des Montagefußes angesetzt werden kann. Dieses Torbekannte Kühlelement kann nur von der Außenseite her in eine mit Innengewinde versehene Bohrung des Formkerns eingeschraubt werden.
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DE 7234591 U beschreibt eine Kühl- und Heizvorrichtung bestehend aus einem in eine mit Innengewinde versehene Bohrung in der Formwand eines Formwerkzeugs einschraubbaren Schraubstopfen, dessen aus der Formwand herausragender Teil als Gabel-Schlauchanschluss ausgebildet ist. An dem einen Gabel-Schlauchanschlussteil ist ein Schlauch für die Zuführung und an dem anderen Anschlussteil ein Schlauch für die Ableitung der Kühl- oder Heizflüssigkeit befestigt. Der Schraubstopfen hat in seinem in der Formwand steckenden Teil eine axiale Bohrung, die in die Bohrungen der Anschlussteile des Gabel-Schlauchanschlusses übergeht. In dem Schlauchstopfen ist eine Trennwand angeordnet, die bis an die Gabelung heranreicht, so dass die Wege der Anschlussteile auch innerhalb des Schraubstopfens voneinander getrennt sind. Der Schraubstopfen hat runden Querschnitt mit abgestuftem Durchmesser. Deshalb kann er nur In einer Richtung, nämlich von der Außenseite her, in die Formwand eingesetzt werden.
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Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung eines universell einsetzbaren Kühlrohrelements, das wahlweise in die Bohrung eines Formkerns bzw. einer Zwischenplatte von der Außenseite her montiert werden kann oder aber in herkömmlicher Weise von der zur Kavität weisenden Innenseite einer Werkzeugplatte einbaubar ist. Zudem soll das Kühlrohrelement flexibel an den Kühlkreislauf anschließbar sein, eine exakte Positionierung des Verteilerrohrs im Formkern gewährleisten und eine optimale Kühlwirkung erzielen.
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Gelöst wird die Aufgabe durch ein Kühlrohrelement mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1.
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Das erfindungsgemäße Kühlrohrelement hat einen Montagefuß in Form eines Zylinders, dessen Mantelfläche mit einem Außengewinde versehen ist, und an dessen Unterseite ein Formelement vorgesehen ist, welches so ausgebildet ist, dass es den formschlüssigen Eingriff eines Werkzeugs zum Drehen des Montagefußes erlaubt. Der Montagefuß ist also im Prinzip wie eine kopflose Schraube, vergleichbar einer Madenschraube, ausgebildet. Dies hat zur Folge, dass der Montagefuß sowohl in ein Sackloch, mit der Unterseite zuerst, eingeschraubt oder alternativ in ein Durchgangsloch, dann mit dem Verteilerrohr voran, eingeschraubt werden kann.
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In die kreisringförmige Oberseite des Montagefußes sind eine oder mehrere kleine Bohrungen eingebracht, die parallel zu der großen axialen Bohrung verlaufen und als Rücklauf für das erwärmte Kühlwasser dienen, das an der Außenseite des Verteilerrohres entlang zurück in Richtung des Montagefußes strömt. Der Durchmesser dieser Rücklaufbohrungen ist begrenzt durch die Differenz zwischen Außendurchmesser des Montagefußes und Innendurchmesser der axialen Bohrung.
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Um die kleinen Bohrungen für den Rücklauf des erwärmten Kühlwassers mit dem Rücklauf des Kühlkreislaufes zu verbinden, ist eine Ausnehmung in der zylindrischen Außenfläche des Montagefußes vorgesehen. Die Tiefe dieser Ausnehmung ist begrenzt durch die axiale Bohrung durch den Montagefuß. Zwischen Innenseite der axialen Bohrung und Boden der Ausnehmung muss ausreichend Material verbleiben, um in diesem Bereich eine Rohrwandung zu bilden. Bevorzugt erstreckt sich die Ausnehmung über einen Teil des Umfangs des zylindrischen Montagefußes, vorzugsweise über einen Umfangsbereich zwischen 90 und 200 Winkelgraden. Beträgt der Bereich, über den sich die Ausnehmung erstreckt, 180 Grad, so lässt sich eine Anzahl von Rücklaufbohrungen zwischen 3 und 15 auf einem Kreisring koaxial um das Verteilerrohr anordnen. Die genaue Anzahl ergibt sich aus den Abmessungen des Kühlrohrelement, das typischerweise ein Verteilerrohr zwischen 2 und 10 mm Durchmesser hat.
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An der Unterseite des Montagefußes ist vorzugsweise ein Innensechskant vorgesehen, der den Eingriff eines Inbus-Schlüssels erlaubt. Zweckmäßig ist der Innensechskant koaxial mit der Axialbohrung des Montagefußes und geht die Axialbohrung in den Innensechskant über. Anstelle des Innensechskants sind natürlich auch andere Formelemente denkbar wie z. B. Innenvierkant, Torx, Schlitz oder Kreuzschlitz für den Einsatz entsprechender Schraubendreher oder Schraubenschlüssel.
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Als Zufluss für Kühlmittel dient vorzugsweise eine Querbohrung, die in die axiale Bohrung mündet. Um sicherzustellen, dass der Montagefuß so eingeschraubt wird, dass die Querbohrung mit einer Horizontalbohrung des Kühlmittelkreislaufs fluchtet, kann an der Unterseite des Montagefußes eine Markierung, beispielsweise in Form einer radial verlaufenden Nut, vorgesehen sein. Erfolgt das Einschrauben mittels eines abgewinkelten Inbus-Schlüssels, so kann dieser so eingesteckt werden, dass der abgewinkelte Teil parallel zur Markierung steht, wodurch der Inbus-Schlüssel die Richtungsstellung anzeigt.
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Da erfindungsgemäß der Montagefuß in beiden Richtungen in eine mit entsprechendem Innengewinde versehene Bohrung einschraubbar sein soll, ist es zweckmäßig, an der kreisringförmigen Oberseite des Montagefußes ein Formstück in der Art einer Mutter vorzusehen, welches für den formschlüssigen Eingriff eines Montageschlüssels, z. B. eines gewöhnlichen Gabelschlüssels, ausgebildet ist. Damit lässt sich das Kühlrohrelement mit nach oben weisendem Verteilerrohr zuerst in ein Gewindeloch an der Oberseite einer Werkzeugplatte einschrauben und anschließend ein Formkern überstülpen.
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Wird der Montagefuß mittels seines Außengewindes in ein Gewindeloch eingeschraubt, so besteht die Gefahr, dass das Kühlrohrelement infolge des unvermeidlichen Spiels zwischen Innen- und Außengewinde nicht absolut fest sitzt, sondern in der Gewindebohrung wackelt. Anstelle einer Kontermutter, für die kein Platz ist, ist bei einer vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Kühlrohrelements wenigstens eine Ringnut in der Außenseite des Montagefußes vorgesehen, in welchem ein O-Ring sitzt. Vorzugsweise sind zwei solcher Ringnuten und zwei zugehörige O-Ringe vorgesehen, nämlich jeweils in der Nähe des oberen und des unteren Endes des Montagefußes, Die O-Ringe sitzen zwischen den Gewindegängen. Beim Einschrauben des Montagefußes in ein Gewindeloch werden die O-Ringe plastisch verformt. Diese verklemmen sich im Gewinde und sorgen dadurch für einen festen wackelfreien Sitz des Kühlrohrelement.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachstehend anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert.
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Es zeigen:
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1a ein Kühlrohrelement, in Draufsicht;
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1b das Kühlrohrelement von 1a, im Querschnitt;
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1c das Kühlrohrelement von 1a, von unten;
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2a das Kühlrohrelement nach den 1a, 1b und 1c, in perspektivischer Ansicht schräg von oben;
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2b eine Ausschnittsvergrößerung des Bereichs A in 2a;
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3a das Kühlrohrelement gemäß den 1a, 1b und 1c, in perspektivischer Ansicht schräg von unten;
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3b eine Ausschnittsvergrößerung des Bereichs B in 3b;
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4a ein in einen Formkern eingebautes Kühlrohrelement, in einem Vertikalschnitt;
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4b eine Ausschnittsvergrößerung des Bereichs Z von 4a;
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5a ein Kühlrohrelement, das von unten in eine Grundplatte eingeschraubt ist, in einem Vertikalschnitt;
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5b ein Kühlrohrelement, das von oben in eine Grundplatte eingeschraubt ist, in einem Vertikalschnitt;
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6 die Montage eines Kühlrohrelements mittels eines Inbus-Schlüssels;
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7 die Montage eines Kühlrohrelements mittels eines speziellen Montageschlüssels, perspektivisch.
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Das beispielhaft dargestellte Kühlrohrelement besteht im Wesentlichen aus einem runden Verteilerrohr 1 und einem Montagefuß 2, der die Form eines Zylinders hat. Der Montagefuß 2 hat ungefähr doppelten Durchmesser wie das Verteilerrohr 1. Der Montagefuß 2 ist von einer axialen Bohrung 3 durchsetzt, die in das Verteilerrohr 1 mündet. Quer zur axialen Bohrung 3 verläuft eine Querbohrung 4, die sich von der Außenseite des zylindrischen Montagefußes 2 bis zur axialen Bohrung 3 erstreckt. Durch die axiale Bohrung 3 und/oder die Querbohrung 4 kann ein Kühlmedium, vorzugsweise Wasser oder Öl, in das Innere des Montagefußes 2 zugeführt werden, von wo aus es in das Verteilerrohr 1 fließt. An seinem freien Ende hat das Verteilerrohr 1 eine Austrittsöffnung 5, aus der das Kühlmittel austritt. Selbstredend kann das Kühlrohrelement auch zum Vorwärmen eines Werkzeugs mittels eines warmen Temperiermediums verwendet werden.
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Die zylindrische Außenwand des Montagefußes 2 ist mit einem Außengewinde 6 versehen, das sich über die gesamte Länge des Montagefußes 2 erstreckt. Nahe dem oberen und dem unteren Ende des Montagefußes 2 sind Ringnuten 7a, 7b in die Außenfläche eingelassen, in welchen O-Ringe 8a, 8b sitzen (1b).
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An der Unterseite des Montagefußes 2 ist ein Innensechskant 9 ausgebildet, der in die axiale Bohrung 3 übergeht. Quer zur axialen Bohrung 3 und dem Innensechkant 9 verläuft eine Markierungsnut 10, die parallel zur Querbohrung 4 verläuft, so dass sich deren Winkellage auf der Unterseite ablesen lässt.
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An seiner kreisringförmigen Oberseite trägt der Montagefuß 2 einen Außensechskant 11 in der Art einer Schraubenmutter (1a).
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Wie insbesondere in den 1a, 2b und 3b zu sehen ist, sind in die kreisringförmige Oberseite des Montagefußes 2 eine Anzahl von Rücklaufbohrungen 12 eingebracht, welche auf einem Kreisring koaxial zur axialen Bohrung 3 angeordnet sind und sich parallel zur axialen Bohrung 3 erstrecken. In der zylindrischen Außenfläche des Montagefußes 2 ist eine Ausnehmung 13 eingearbeitet, in welche die Rücklaufbohrungen 12 münden (3b). Die Ausnehmung 13 erstreckt sich über einen Bereich des Umfangs der Mantelfläche von ungefähr 180 Grad. Die Ausnehmung 13 ist gegenüber der Querbohrung 4 etwa in der Mitte des Montagefußes 2 angeordnet, ihre Höhe beträgt etwa ein Drittel der Länge des Montagefußes 2 (1b).
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Der Montagefuß 2 ist als Drehteil aus massivem Messing hergestellt. Das Verteilerrohr 1 besteht aus Edelstahl und ist in die axiale Bohrung 3 des Montagefußes 2 eingesetzt. Das gesamte Kühlrohrelement besteht also aus zwei Metallteilen und den beiden O-Ringen 8a, 8b.
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Das beschriebene Kühlrohrelement ist universell einsetzbar. Eine erste Möglichkeit ist in den 4a und 4b dargestellt. In 4a ist das Unterteil eines Druckgusswerkzeugs dargestellt, das der Herstellung eines runden hohlen, oben geschlossenen Kunststoffteils dient. Auf eine Grundplatte 15 aus Stahl ist eine Montageplatte 16 aufgeschraubt. In eine Ausnehmung der Montageplatte 16 ist ein Formkern 17 eingesetzt. Die Außenkontur des Formkerns 17 bestimmt die Form der Innenseite des (nicht dargestellten) Formteils. In den Formkern 17 ist eine Kühlbohrung 18 von der Unterseite her eingebracht. Die Kühlbohrung 18 erstreckt sich bis in die Spitze des Formkerns 17 und geht an ihrem unteren Ende in eine Gewindebohrung 19 über. In der Montageplatte 16 verlaufen Querbohrungen, die einen Zulaufkanal 20 und einen Rücklaufkanal 21 für Kühlwasser bilden. Der Formkern 17 hat Querbohrungen 22 und 23, die mit dem Zulaufkanal 20 und dem Rücklaufkanal 21 fluchten und in die Gewindebohrung 19 münden.
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Der Montagefuß 2 eines Kühlrohrelements ist von unten in die Gewindebohrung 19 des Formkerns 17 soweit eingeschraubt, dass das Verteilerrohr 1 fast die gesamte Kühlbohrung 18 ausfüllt bis auf einen Ringspalt 24 zwischen Außenseite des Verteilerrohrs 1 und Wandung der Kühlbohrung 18. Kühlwasser kann über den Zulaufkanal 20 in die axiale Bohrung 3 des Montagefußes 2 gedrückt werden und in dem Verteilerrohr 1 nach oben steigen, bis es durch die Austrittsöffnung 5 in die Kühlbohrung 18 des Formkerns 17 austritt. Über den Ringspalt 24 fließt das erwärmte Kühlwasser zurück nach unten, wo es auf die kreisringförmige Oberseite des Montagefußes 2 auftrifft und durch die dort vorgesehenen Rücklaufbohrungen 12 (vgl. 1a, 2b), die Ausnehmung 13 (1b, 2b) und den Rücklaufkanal 21 zurück in den Kühlkreislauf fließt. Ein im Anschluss an den Montagefuß 2 in die Gewindebohrung 19 eingeschraubter Verschlussstopfen 25 schließt die axiale Bohrung 3 des Montagefußes 2 nach unten hin flüssigkeitsdicht ab. Die O-Ringe 8a, 8b zwischen Außengewinde 6 und Gewindebohrung 19 haben sich beim Einschrauben elastisch verformt und sorgen für einen spielfreien Sitz des Montagefußes 2 im Formkern 17.
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5a zeigt einen ähnlichen Aufbau eines Druckguss-Werkzeugs mit Grundplatte 15, Montageplatte 16 und Formkern 17. Auch hier ist das Kühlrohrelement von der Unterseite her eingebaut, sitzt allerdings nicht direkt in den Formkern 17, sondern ist in eine Durchgangsbohrung 26 der Grundplatte 15 eingeschraubt. Das Verteilerrohr 1 muss hier etwas länger sein als in der Konfiguration von 4a, da der Montagefuß 2 tiefer sitzt.
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Eine dritte Einbaumöglichkeit verdeutlicht 5b. Dort ist anstelle der Durchgangsbohrung eine Sackbohrung 27 in die Oberseite der Grundplatte 15 eingebracht. Der Montagefuß 2 muss also von oben in die Sackbohrung 27, die wiederum ein Innengewinde aufweist, eingeschraubt werden. Erst danach kann die Montageplatte 16 mit dem Formkern 17 aufgesetzt werden.
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Je nachdem, ob das Kühlrohrelement von unten, d. h. mit dem Verteilerrohr 1 voran in eine Durchgangsbohrung, oder von oben mit dem Montagefuß 2 voran in eine Durchgangsbohrung bzw. Sackbohrung eingeschraubt werden soll, kommen unterschiedliche Montagewerkzeuge zum Einsatz. 6 zeigt einen handelsüblichen Inbus-Schlüssel 28, der in den Innensechskant 9 des Montagefußes 2 eingesteckt ist. Die Tiefeneinstellung bei der Montage von der Unterseite kann dabei mit Hilfe einer Distanzhülse 29 erfolgen.
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Für das Einschrauben von oben ist ein spezieller Gabelschlüssel 30 (7) hilfreich, der dem Außensechskant 11 angepasst ist.
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Die durch die spezielle Ausbildung des Montagefußes mit durchgängigem Außengewinde 6 gegebene Möglichkeit, das Kühlrohrelement auch von der Werkzeug-Außenseite her, also von unten, in eine Stahlplatte einzuschrauben, hat den großen Vorteil, dass bei Werkzeugen mit mehreren oder gar vielen – im Extremfall bis zu 64 – Formkernen die Verteilerrohre einzeln in die engen Kühlbohrungen der Formkerne eingeschoben werden können. Bei der Montage von oben, die das beschriebene Kühlrohrelement auch zulässt, kann es aufgrund der geringen Differenz zwischen Durchmesser von Bohrung und Rohr ein großes Problem sein, eine Platte mit vielen Kühlrohrelementen gleichzeitig in die entsprechende Anzahl von Formkernen einzuschieben.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Verteilerrohr
- 2
- Montagefuß
- 3
- axiale Bohrung
- 4
- Querbohrung
- 5
- Austrittsöffnung
- 6
- Außengewinde
- 7a, 7b
- Ringnuten
- 8a, 8b
- O-Ringe
- 9
- Innensechskant
- 10
- Markierungsnut
- 11
- Außensechskant
- 12
- Rücklaufbohrungen
- 13
- Ausnehmung
- 15
- Grundplatte
- 16
- Montageplatte
- 17
- Formkern
- 18
- Kühlbohrung
- 19
- Gewindebohrung (in 17)
- 20
- Zulaufkanal (in 16)
- 21
- Rücklaufkanal (in 16)
- 22
- Querbohrung (in 17)
- 23
- Querbohrung (in 17)
- 24
- Ringspalt
- 25
- Verschlussstopfen
- 26
- Durchgangsbohrung (in 15)
- 27
- Sackbohrung
- 28
- Inbus-Schlüssel
- 29
- Distanzhülse
- 30
- Gabelschlüssel
