DE102014001563B4

DE102014001563B4 - mold

Info

Publication number: DE102014001563B4
Application number: DE102014001563.7A
Authority: DE
Inventors: Olaf Nölke; Lionel Reiche; Martin Fehlbier; Adam Peter Fros; Jakob Glück
Original assignee: Universitaet Kassel
Current assignee: Universitaet Kassel
Priority date: 2014-02-05
Filing date: 2014-02-05
Publication date: 2015-08-20
Anticipated expiration: 2034-02-06
Also published as: WO2015117582A1; DE102014001563A1; EP3102352A1

Abstract

Gegenstand der Erfindung ist eine Gussform (1) umfassend mindestens zwei Formteile (3, 4), die die Kavität (5) zur Aufnahme des Gussmaterials ausbilden, wobei mindestens eines der Formteile als Formteilmaske (6) ausgebildet ist, wobei die Gussform eine Kühleinrichtung umfasst, wobei die Kühleinrichtung eine Mehrzahl von Düsen (10) zum Versprühen eines Fluids umfasst, wobei die Düsen (10) auf die Rückseite der Formteilmaske (6) zugerichtet sind.The invention relates to a casting mold (1) comprising at least two mold parts (3, 4), which form the cavity (5) for receiving the casting material, wherein at least one of the mold parts is formed as a molded part mask (6), wherein the mold comprises a cooling device wherein the cooling means comprises a plurality of nozzles (10) for spraying a fluid, the nozzles (10) being trimmed to the back of the molding mask (6).

Description

Die Erfindung betrifft eine Gussform umfassend mindestens zwei Formteile, die die Kavität zur Aufnahme des Gussmaterials ausbilden, wobei die Gussform eine Kühleinrichtung umfasst.The invention relates to a casting mold comprising at least two mold parts which form the cavity for receiving the casting material, the casting mold comprising a cooling device.

Gussformen der unterschiedlichsten Art sind bekannt; so ist z. B. der Einsatz von Dauerformen im Spritzguss, Druckguss, Kokillenguss und Niederdruckguss bekannt. Um die Zykluszeiten für die Herstellung der einzelnen Gussteile zu vermindern, ist bekannt, die Gussform zu kühlen. Hierzu ist insbesondere bekannt, die Gussform mit einzelnen Kanälen zu durchziehen, durch die Kühlflüssigkeit, insbesondere Wasser oder Öl geführt wird. Denn nur dann, wenn das Gussteil vollständig verfestigt ist, kann die Gussform geöffnet werden, und das Gussteil entnommen werden. Bekannt ist in diesem Zusammenhang auch eine Kühlung der Gussform von der Rückseite der Kavität dadurch, dass in der Gussform Bohrungen in Richtung auf die Kavität zu angeordnet sind, wobei in die Bohrungen Lanzen einführbar sind, wobei mithilfe der Lanzen Wasser oder ähnliche Fluide in die Kanäle zur Kühlung der Gussform eingespritzt werden. Allerdings wird hier nicht nur Wasser über die Lanzen eingespritzt, sondern nachfolgend auch Luft, um die Kanäle trocken zu blasen.Molds of various kinds are known; such is z. B. the use of permanent molds in injection molding, die casting, chill casting and low pressure casting known. In order to reduce the cycle times for the production of the individual castings, it is known to cool the mold. For this purpose, it is particularly known to pass through the mold with individual channels, is guided by the cooling liquid, in particular water or oil. Because only when the casting is completely solidified, the mold can be opened, and the casting can be removed. Cooling of the casting mold from the back of the cavity is also known in this connection in that bores are arranged in the casting mold in the direction of the cavity, lances being insertable into the bores, water or similar fluids being introduced into the passages by means of the lances be injected to cool the mold. However, here not only water is injected through the lances, but also air to blow the channels dry.

Die Gussform selbst besitzt auf der der Kavität abgewandten Seite üblicherweise eine hohe Masse und weist in Bezug auf die Kühlung eine hohe Trägheit auf. Das heißt, wenn die Form im Bereich der Kavität auf der Rückseite gekühlt wird, so bedingt dies einen hohen Energieaufwand. Dies ohne dass gewährleistet wäre, dass die Kavität durch ihre Kühlung über ihre Oberfläche eine vorbestimmbare Temperaturverteilung aufweist. In diesem Zusammenhang sei daran erinnert, dass Gussformen, in Abhängigkeit unter anderem von der Stärke des Gussteils, durchaus Stellen unterschiedlicher Temperatur aufweisen. Das heißt, es entstehen an verschiedenen Stellen durch sogenannte Hot Spots im Gussteil punktuell hohe Temperaturen in der Form. Die vorbeschriebene Art der Kühlung ist deshalb oft ungenügend, weil solche Hot Spots nicht gezielt und effizient gekühlt werden können.The mold itself usually has a high mass on the side facing away from the cavity and has a high inertia in relation to the cooling. That is, if the mold is cooled in the region of the cavity on the back, so this requires a lot of energy. This would be guaranteed without the fact that the cavity has a predeterminable temperature distribution by its cooling over its surface. In this context, it should be remembered that casting molds, depending on, among other things, the strength of the casting, may well have different temperature points. This means that at various points, so-called hot spots in the casting cause punctiform high temperatures in the mold. The above-described type of cooling is therefore often insufficient, because such hot spots can not be targeted and efficiently cooled.

In diesem Zusammenhang ist aus der US 6,698,496 B2 ein Formteil nach Art eines Formteilblocks mit einer entsprechenden Kontur bekannt, die einen Teil der Gussform bildet. In diesem Block befindet sich eine Bohrung, wobei in die Bohrung ein Rohr hineinragt, durch das Kühlflüssigkeit in die Bohrung eingeführt wird. Nachteilig hierbei ist, dass bestimmte Temperaturen an bestimmten Stellen über die Fläche der Kontur des Werkzeugblocks nicht einstellbar sind. Vielmehr ist es dort so, dass bei der Kühlung nicht vorhersehbar ist, welche Temperatur an welcher Stelle der Kontur herrscht. Dies gilt umso mehr, da das Werkzeug als Metallblock ausgebildet ist, der sehr träge reagiert, und auch insofern eine dezidierte Kühlung, dass heißt eine Kühlung an bestimmten Stellen mit bestimmter Leistung nicht zulässt.In this context is from the US 6,698,496 B2 a molding in the manner of a molding block with a corresponding contour known forms part of the mold. In this block is a hole, wherein in the bore a tube protrudes, is introduced through the cooling liquid into the bore. The disadvantage here is that certain temperatures at certain points over the surface of the contour of the tool block are not adjustable. Rather, it is there in such a way that it is not foreseeable when cooling which temperature prevails at which point of the contour. This is even more so, since the tool is designed as a metal block, which reacts very slowly, and so far a dedicated cooling, that is, a cooling in certain places with certain power does not allow.

Die DE 2011 101 957 A1 zeigt eine Gussform mit zwei Formteilen, wobei im Bereich der Kavität für die Schmelze Fluidkanäle vorgesehen sind. Auch hiermit ist keine punktuelle Kühlung möglich.The DE 2011 101 957 A1 shows a mold with two mold parts, wherein in the region of the cavity for the melt fluid channels are provided. Again, no point cooling is possible.

Die DE 35 02 895 A1 beschreibt ebenfalls keine Möglichkeit einer punktuellen Kühlung. Dort sind vielmehr im Bereich der beiden Formteile Hohlräume zur Aufnahme eines Kühlfluids vorgesehen.The DE 35 02 895 A1 also does not describe any possibility of selective cooling. Instead, cavities for receiving a cooling fluid are provided in the region of the two molded parts.

Die EP 1 500 445 A2 zeigt eine Gussform mit zwei Formteilen, wobei im Bereich der Formteile ein Kanal vorgesehen ist, der unterschiedlich große Reservoirs zur Aufnahme von Kühlflüssigkeit aufweist. Auch hiermit ist eine punktuelle Kühlung kaum möglich.The EP 1 500 445 A2 shows a mold with two mold parts, wherein in the region of the mold parts, a channel is provided which has different sized reservoirs for receiving coolant. Again, a point cooling is hardly possible.

Eine effiziente Form der Kühlung ist auch nicht durch die Lehre der CN 202123203U erzielbar, die beschreibt, wie mithilfe von Düsen die Rückseite einer Gussform mit einer Kühlflüssigkeit besprüht wird. Dies deshalb, weil auch hier die Masse der Gussform derart groß ist, dass eine bedarfsorientierte Kühlung der Kavität hiermit nicht erreichbar ist.An efficient form of cooling is also not by the doctrine of CN 202123203U achievable, which describes how to spray the back of a mold with a cooling liquid by means of nozzles. This is because here, too, the mass of the casting mold is so large that a demand-oriented cooling of the cavity can not be achieved.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht demzufolge darin, eine gesteuerte Kühlung vorzusehen. Das heißt, dass es möglich sein soll, durch gezielte Kühlung einzelne Bereiche, insbesondere die zuvor genannten Hot Spots, besonders effizient zu kühlen.The object underlying the invention is therefore to provide a controlled cooling. This means that it should be possible to cool individual areas, in particular the aforementioned hot spots, in a particularly efficient manner by targeted cooling.

Zur Lösung der Aufgabe wird eine Gussform mit mindestens zwei Formteilen vorgeschlagen, die die Kavität zur Aufnahme des Gussmaterials ausbilden, wobei mindestens eines der Formteile als Formteilmaske ausgebildet ist, wobei die Kühleinrichtung eine Mehrzahl von Düsen zum Versprühen eines Fluids umfasst, wobei die Düsen auf die Rückseite der Formteilmaske zugerichtet sind.To solve the problem, a mold having at least two mold parts is proposed, which form the cavity for receiving the casting material, wherein at least one of the mold parts is formed as a molded part mask, wherein the cooling device comprises a plurality of nozzles for spraying a fluid, wherein the nozzles on the Rear side of the molding mask are trimmed.

Zwei Formteile bilden üblicherweise die Kavität zur Aufnahme des Gussmaterials aus. Mindestens eines der Formteile oder auch alle beide Formteile, können hierbei als Formteilmaske ausgebildet sein. Das bedeutet, dass sich die Kontur der eigentlichen Kavität auf der Rückseite der Formteilmaske im Wesentlichen in identischer Weise wiederfindet, bis auf die Tatsache, dass dort Festigkeitsstege oder auch Auswerfer vorgesehen sind, die die zur Kühlung zur Verfügung stehende Fläche etwas vermindern. Allerdings ist die zur Kühlung zur Verfügung stehende Fläche im Verhältnis zu der zu kühlenden Masse immer noch wesentlich größer, als bei herkömmlichen Gussformen. Insofern erfolgt die Abkühlung der Formteilmaske durch Verdampfen oder teilweises Verdampfen des Fluids nicht nur schneller, sondern sie kann insgesamt auch gezielter erfolgen. Das heißt, es können gezielt die zuvor genannten Hot Spots durch Einstellung des Volumenstroms einzelner Düsen höchst effizient gekühlt werden, mit dem Ziel eine im Wesentlichen gleichmäßige Temperaturverteilung über die gesamte Kavität zu erzielen, was in Bezug auf die Gussteilqualität von Vorteil ist, da hierüber Einfluss auf die Ausbildung des Gefüges genommen werden kann. Insofern besteht zur Erzielung gradierter Strukturen im Formteil die Möglichkeit, verschiedene Bereiche unterschiedlich schnell abzukühlen. Darüber hinaus kann durch eine effiziente Kühlung die Taktzeit verringert werden.Two moldings usually form the cavity for receiving the casting material. At least one of the molded parts or else both of the molded parts may be formed here as a molded part mask. This means that the contour of the actual cavity on the back of the molding mask is found in an identical manner, except for the fact that there strength webs or ejector are provided which reduce the available area for cooling something. However, the area available for cooling is still substantially larger in relation to the mass to be cooled than at conventional molds. In this respect, the cooling of the molding mask by evaporation or partial evaporation of the fluid is not only faster, but they can also be done more targeted overall. That is, it can be targeted highly efficiently cooled by adjusting the flow rate of individual nozzles with the aim of achieving a substantially uniform temperature distribution over the entire cavity, which is advantageous in terms of casting quality, since this influence the aforementioned hot spots can be taken to the formation of the structure. In this respect, to achieve graded structures in the molded part, it is possible to cool different areas at different speeds. In addition, the cycle time can be reduced by efficient cooling.

Vorteilhafte Merkmale und Ausgestaltungen zu der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.Advantageous features and embodiments of the invention will become apparent from the dependent claims.

So ist insbesondere vorgesehen, dass der Volumenstrom einer jeden Düse einzeln steuerbar ist. Das heißt, es kann gezielt über die Oberfläche der Rückseite der Formteilmaske die Kühlung erfolgen.Thus, it is provided in particular that the volume flow of each nozzle is individually controllable. That is, it can be done selectively over the surface of the back of the molding mask, the cooling.

Die Temperaturverteilung an der Rückseite der Formteilmaske wird nach einem weiteren Merkmal der Erfindung beispielsweise durch eine Thermografiekamera oder auch durch eine Mehrzahl an Thermoelementen, die an der Rückseite der Formteilmaske angeordnet sind, ermittelt, wobei in Abhängigkeit der Temperaturverteilung durch eine Regelung der Volumenstrom für jede einzelne Düse festlegbar ist. Insbesondere hierdurch wird z. B. eine gleichmäßige Temperaturverteilung über die Oberfläche der Rückseite der Formteilmaske erreicht.The temperature distribution at the back of the molding mask is determined according to a further feature of the invention, for example by a thermographic camera or by a plurality of thermocouples, which are arranged on the back of the molding mask, depending on the temperature distribution by a control of the flow rate for each individual Nozzle can be fixed. In particular, this is z. B. reaches a uniform temperature distribution over the surface of the back of the molding mask.

Die Formteilmaske weist eine geschlossene Gehäusekammer zur Aufnahme der Düsen auf. Beim Stand der Technik ist es üblicherweise so, dass auch in der Formfüllphase in gleicher Weise gekühlt wird, wie in der Erstarrungsphase. Idealerweise sollte die Form aber erst nach vollständiger Füllung gekühlt werden, da die Schmelze sonst zu früh erstarrt und die weitere Formfüllung behindert. Dadurch, dass die Formteilmaske eine geschlossene Gehäusekammer auf der Rückseite zur Aufnahme der Düsen aufweist, ergibt sich eine isolierende Wirkung auf der Rückseite der Formteilmaske, die eine Wärmeabfuhr während der Formfüllung im Wesentlichen verhindert, und damit auch ein vorzeitiges Erstarren der Schmelze. Erst im eigentlichen Kühlzyklus wird die Temperierung also das Besprühen mit einem Fluid vorgenommen, das heißt, wenn diese auch benötigt wird.The molding mask has a closed housing chamber for receiving the nozzles. In the prior art, it is usually the case that cooling is also carried out in the mold filling phase in the same way as in the solidification phase. Ideally, however, the mold should be cooled only after complete filling, otherwise the melt solidifies too early and hampers further mold filling. The fact that the molded part mask has a closed housing chamber on the back for receiving the nozzles, results in an insulating effect on the back of the molding mask, which substantially prevents heat dissipation during mold filling, and thus premature solidification of the melt. Only in the actual cooling cycle, the temperature is thus made the spraying with a fluid, that is, when it is needed.

Nach einem weiteren besonderen Merkmal der Erfindung ist vorgesehen, dass die geschlossene Gehäusekammer eine Kühleinrichtung aufweist. Insbesondere wenn Wasser als Kühlmedium verwendet wird benötigt man eine Kühleinrichtung, um das verdampfte Wasser wieder in den flüssigen Zustand zu überführen. Hierzu ist insbesondere vorgesehen, dass die Kühleinrichtung einen Wärmeübertrager umfasst. Des Weiteren weist die geschlossene Gehäusekammer eine Wanne zum Auffangen des Fluides auf, wobei die Wanne durch eine Leitung mit den Düsen zur Versorgung der Düsen mit dem Fluid in Verbindung steht. Hieraus wird deutlich, dass die Kühlung in einem geschlossenen System stattfindet, und insbesondere durch den Wärmeübertrager, der der Kühlung bzw. Kondensation des Fluids dient, die Möglichkeit der Energierückgewinnung eröffnet wird.According to a further special feature of the invention it is provided that the closed housing chamber has a cooling device. In particular, when water is used as the cooling medium, a cooling device is required to return the evaporated water to the liquid state. For this purpose, it is provided in particular that the cooling device comprises a heat exchanger. Furthermore, the closed housing chamber has a trough for collecting the fluid, wherein the trough is connected by a line to the nozzles for supplying the nozzles with the fluid. From this it is clear that the cooling takes place in a closed system, and in particular by the heat exchanger, which serves the cooling or condensation of the fluid, the possibility of energy recovery is opened.

Anhand der Zeichnung wird die Erfindung nachstehend beispielhaft näher erläutert.Reference to the drawing, the invention is explained in more detail below by way of example.

1 zeigt hierbei die Gussform in einer schematischen Darstellung. 1 shows here the mold in a schematic representation.

Die insgesamt mit 1 bezeichnete Gussform umfasst zwei Formteile 3 und 4, die eine Kavität 5 bilden, in die das Gussmaterial eingeführt wird. Das Formteil 3 ist hierbei nach Art einer Formteilmaske 6 ausgebildet. Die Formteilmaske 6 weist auf ihrer Rückseite eine Strukturierung 8 auf, die zu einer Vergrößerung der Oberfläche der Formteilmaske auf der Rückseite und damit einer verbesserten Wärmeübertragung führt. Die Formteilmaske 6 zeigt darüber hinaus Stege 7, mit denen die Formteilmaske 6 gegenüber einer Grundplatte 9 abgestützt ist. Die Grundplatte 9 nimmt mehrere Düsen 10 auf, deren Öffnungen auf die Rückseite der Formteilmaske 6 zugerichtet sind, wie sich dies unmittelbar in Anschauung von 1 ergibt. Die einzelnen Düsen 10 stehen über Leitungen 12 mit elektrisch ansteuerbaren Ventilen 13 in Verbindung, wobei die Ventile 13 über eine gemeinsame Leitung 15 mit der Wanne 17 verbunden sind, aus der durch eine Pumpe 19 die Flüssigkeit zur Versorgung der einzelnen Düsen 10 entnommen wird. In der Leitung 15 kann ein Wärmeübertrager 22 in Form eines Kühlers vorgesehen sein, um das den Düsen zugeführte Fluid zu kühlen. Die Formteilmaske 6 bildet in Verbindung mit der Wanne 17 und der Wandung 23 eine mit 25 bezeichnete Gehäusekammer, wobei die Wandung 23 wärmeisolierend ausgebildet sein kann. In der Gehäusekammer 25 ist ein Wärmeübertrager 27 angeordnet, der den aufsteigenden Dampf bei Verwendung von einem Fluid, z. B. Wasser, als Kühlmedium zur Kondensation bringt, wobei das Kondensat in der Wanne 17 aufgefangen wird. Zur kontinuierlichen Aufrechterhaltung der Kühlung des Wärmeübertragers 27 dient ein weiterer Wärmeübertrager 29 in Form eines Kühlers, wobei für den notwendigen Durchsatz durch den Wärmeübertrager 27 die Pumpe 32 sorgt.The total with 1 designated mold comprises two moldings 3 and 4 that a cavity 5 into which the casting material is introduced. The molding 3 is here in the manner of a molding mask 6 educated. The molding mask 6 has a structuring on its back 8th on, which leads to an enlargement of the surface of the molding mask on the back and thus an improved heat transfer. The molding mask 6 also shows webs 7 with which the molding mask 6 opposite a base plate 9 is supported. The base plate 9 takes several nozzles 10 on, whose openings on the back of the molding mask 6 are arranged, as this is directly in view of 1 results. The individual nozzles 10 stand over lines 12 with electrically controllable valves 13 in conjunction, the valves 13 via a common line 15 with the tub 17 are connected from the by a pump 19 the liquid for the supply of the individual nozzles 10 is removed. In the line 15 can be a heat exchanger 22 be provided in the form of a cooler to cool the fluid supplied to the nozzles. The molding mask 6 makes contact with the tub 17 and the wall 23 one with 25 designated housing chamber, wherein the wall 23 may be formed heat insulating. In the housing chamber 25 is a heat exchanger 27 arranged, the ascending vapor when using a fluid, for. B. water, as a cooling medium for condensation, wherein the condensate in the tub 17 is caught. For the continuous maintenance of the cooling of the heat exchanger 27 serves another heat exchanger 29 in the form of a cooler, wherein for the necessary throughput through the heat exchanger 27 the pump 32 provides.

Die Wanne 17 kann darüber hinaus noch eine Heizung 18 zeigen, die folgenden Zweck hat. Beim Anfahren der Form muss die Formteilmaske vorgeheizt werden. Dies geschieht im einfachsten Fall dadurch, dass das Fluid bzw. Wasser in der Wanne 17 durch die Heizung 18 erwärmt wird, dann durch die Düsen 10 auf die Rückseite der Formteilmaske 6 aufgesprüht wird, um hierdurch die Formteilmaske 6 auf eine gewisse Grundtemperatur zu erhitzen. Denkbar ist allerdings auch, das Fluid aus der Wanne 17 heraus zu verdampfen, um hierdurch die Formteilmaske 6 zu erwärmen.The tub 17 can also have a heater 18 show that has the following purpose. When approaching the mold, the molding mask must be preheated. This happens in the simplest case in that the fluid or water in the tub 17 through the heating 18 is heated, then through the nozzles 10 on the back of the molding mask 6 is sprayed to thereby form the molding mask 6 to heat to a certain base temperature. It is also conceivable, however, the fluid from the tub 17 to evaporate out, thereby forming the molding mask 6 to warm up.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11: Gussformmold
33: Formteilmolding
44: Formteilmolding
55: Kavitätcavity
66: FormteilmaskeMolding mask
77: Stegweb
88th: Strukturierung auf der Rückseite der FormteilmaskeStructuring on the back of the molding mask
99: Grundplattebaseplate
1010: Düsejet
1212: Leitungmanagement
1313: VentilValve
1515: Leitungmanagement
1717: Wannetub
1818: Heizungheater
1919: Pumpepump
2222: WärmeübertragerHeat exchanger
2323: Wandungwall
2525: Gehäusekammerhousing chamber
2727: WärmeübertragerHeat exchanger
2929: WärmeübertragerHeat exchanger
3232: Pumpepump

Claims

Casting mold ( 1 ) comprising at least two molded parts ( 3 . 4 ), which is the cavity ( 5 ) for receiving the casting material, wherein the casting mold ( 1 ) comprises a cooling device, characterized in that at least one of the molded parts as a molded part mask ( 6 ), wherein the cooling device comprises a plurality of nozzles ( 10 ) for spraying a fluid, wherein the nozzles ( 10 ) on the back of the molding mask ( 6 ) are prepared.

Casting mold ( 1 ) according to claim 1, characterized in that the volume flow of each nozzle ( 10 ) is individually controllable.

Casting mold ( 1 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the molded part mask ( 6 ) on its side facing the cooling device a structured surface ( 8th ) having.

Casting mold ( 1 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the molded part mask ( 6 ) Part of a closed housing chamber ( 25 ) for receiving the nozzles ( 10 ).

Casting mold ( 1 ) according to claim 4, characterized in that the closed housing chamber ( 25 ) a heat exchanger ( 27 ) having.

Casting mold ( 1 ) according to claim 4 or 5, characterized in that the closed housing chamber ( 25 ) a tub ( 17 ) for collecting the fluid.

Casting mold ( 1 ) according to claim 6, characterized in that the tub ( 17 ) through a line ( 12 . 15 ) with the nozzles ( 10 ) for supplying the nozzles ( 10 ) communicates with the fluid.

Method for controlling the temperature device in a casting mold ( 1 ), comprising at least two molded parts ( 3 . 4 ), which is the cavity ( 5 form) for receiving the casting material, wherein at least one of the molded parts as a molded part mask ( 6 ), wherein the casting mold ( 1 ) comprises a cooling device, wherein the cooling device comprises a plurality of nozzles ( 10 ) for spraying a fluid, wherein the nozzles ( 10 ) on the back of the molding mask ( 6 ), characterized in that the temperature distribution at the back of the molding mask ( 6 ) is determined, wherein, depending on the temperature distribution by a control of the volume flow through the nozzles ( 10 ) for each nozzle ( 10 ) is individually fixable.

A method according to claim 8, characterized in that the temperature distribution is determined by at least one thermographic camera.

A method according to claim 8, characterized in that the temperature distribution is determined by a plurality of thermocouples.