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Die
Erfindung betrifft eine Vorrichtung für Formwerkzeuge zum Erkennen
von Undichtigkeiten gemäß dem Oberbegriff
des Patentanspruchs 1.
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Ein
solches Formwerkzeug ist beispielsweise aus der
DE 100 14 591 A1 bekannt.
Hier wird ein Formwerkzeug offenbart, das im Formwerkzeug integrierte,
mit einem Temperiermittel gefüllte
Temperierelemente aufweist, die dazu dienen das Formwerkzeug und
das darin befindliche Formteil abzukühlen. Gleichfalls weist dieses
Formwerkzeug einen von seiner Gravur begrenzten Hohlraum auf, der
mit einer Vakuumeinrichtung in Verbindung steht, die die im Hohlraum
befindlichen Gase zur Herstellung porenfreier Gussteile absaugt.
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Nachteilig
bei mit flüssigen
Temperiermitteln temperierten Formwerkzeugen, insbesondere bei Gießverfahren
für Teile,
die später
wärmebehandelt oder
mittels thermischen Verbindungstechniken zusammengefügt werden
sollen, ist es, dass jede auch noch so kleine Undichtigkeit zwischen
dem Temperierelement und der Gravur zum Ausschuss der gegossenen
Formteile führt,
weil dann das Temperiermittel, z.B. Temperieröl oder Kühlwasser in die Schmelze und
damit auch in das Gussteil gelangen kann.
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Derartige
Undichtigkeiten können
beispielsweise durch Fehler bei der Montage von Dichtstopfen oder
durch deren Ablösen
im Produktionsbetrieb oder durch Risse, die sich von der Gravur
bis hin zu den Temperierelementen erstrecken, verursacht werden.
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Solche
Undichtigkeiten, insbesondere die sehr kleinen, bei denen nur geringe
Mengen des Temperiermittels in die Schmelze gelangen, sind im Gießbetrieb
nur sehr schwer und in manchen Fällen gar
nicht zu erkennen. Erst bei der späteren Weiterverarbeitung, insbesondere
bei der Wärmebehandlung
z.B. beim Zusammenschweißen
der Teile machen sich dann diese Einschlüsse von Temperiermittel im
Formteil bemerkbar. Solche im Innern des Formteils befindlichen
Einschlüsse
bleiben meistens verborgen und werden erst zu spät bemerkt.
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Aus
der
DE 37 34 182 A1 ist
ein Verfahren zum Erkennen von Undichtigkeiten in Formwerkzeugen
zur Erzeugung großporiger
Gussteile ohne eine entsprechende Vakuumeinrichtung offenbart. Hier wird
das an der undichten Stelle ausgetretene Temperiermittel im dampfförmigen Zustand
mit Hilfe von Dampfauffangrohren aufgefangen und durch einen im
Innern herrschenden Überdruck,
der durch den Temperaturunterschied zwischen dem heißen Innenraum
und dem etwas kühleren
Außenraum
erzeugt wird, einem Feuchteindikator zuführt, an dem der Dampf kondensiert
und der dann aufgrund seiner Leitfähigkeit ein Signal erzeugt.
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Nachteilig
hierbei ist jedoch, dass zusätzliche
Dampfauffangrohre benötigt
werden, die unterhalb der Temperierelemente angeordnet sein müssen. Ein
weiterer Nachteil bei diesem Verfahren ist es, dass es nur mit wässrigen
Temperiermitteln funktioniert und dass solche Gussteile eine großporige Struktur
aufweisen. Bei diesem Verfahren kann nicht gewährleistet werden, dass der
vom Feuchteindikator gemessene Wassergehalt tatsächlich vom Temperiermittel
stammt.
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Aufgabe
der Erfindung ist es eine Vorrichtung für Formwerkzeuge aufzuzeigen
die Undichtigkeiten zwischen dem Temperierelement und der Gravur
zuverlässig
für alle
Temperiermittel erkennt.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die
Merkmale im Patentanspruch 1 gelöst.
Hierbei wird im Bereich der Vakuumeinrichtung ein auf das Temperiermittel
empfindlicher Gasdetektor derart angeordnet, dass er mit dem von
der Vakuumeinrichtung abgesaugten Gas, welches im Falle einer Undichtigkeit
Temperiermittelbestandteile enthält,
in Kontakt steht.
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Die
Vorteile der Erfindung bestehen darin, dass zur Messung keine zusätzlichen
Leitungen benötigt
werden. Das Formwerkzeug muss hierfür nicht verändert werden. Die Messanordnung
kann platzsparend im Bereich einer bereits vorhandenen Vakuumeinrichtung
für ein
Formwerkzeug integriert werden. Die Undichtigkeit kann zuverlässig und
eindeutig während
des Formprozesses erkannt werden.
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Vorteilhafte
Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen. Hierbei erweist sich
die Anbringung des Gasdetektors im Bereich der Vakuumleitung, die
zwischen dem Vakuumventil am Formwerkzeug und der Vakuumpumpe angebracht
ist, als besonders vorteilhaft, da in diesem Bereich die Temperaturen
für den
Gasdetektor einerseits nicht zu heiß sind und andererseits nicht
zu kalt sind, so dass das Temperiermittel bereits wieder flüssig ist.
Der Gasdetektor kann dann ganz oder partiell in der Leitung angebracht
sein oder ein Leitungsabschnitt kann durch ihn hindurchgeführt werden.
Alternativ kann der Gasdetektor über
einen Beipass oder eine andere Verzweigung mit dem Gasstrom verbunden werden.
Eine weiter vorteilhafte Ausgestaltung besteht darin dass dem Temperiermittel
ein Hilfsstoff beigemengt wird, der vom Gasdetektor besonders einfach
und eindeutig aufgespürt
werden kann. Ist der Gasdetektor ferner über eine beliebige Signalleitung
mit einer Steuereinrichtung verbunden, insbesondere der Maschinensteuerung,
so kann bei einem Detektieren von einer Undichtigkeit die Maschine
sofort gestoppt werden, so dass erst gar kein Ausschuss bei den
Formteilen entstehen kann. Alternativ kann zumindest durch ein Warnsignal
der Maschinist über
eine eventuelle Undichtigkeit informiert werden.
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Die
Erfindung soll nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen und Figuren
näher erläutert werden.
Es zeigen:
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1:
Vorrichtung für
Formwerkzeuge zum Erkennen von Undichtigkeiten mit Gasdetektor.
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2:
Vorrichtung mit einem Gasdetektor in der Vakuumleitung
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3:
Vorrichtung mit einem seitlich zur Vakuumleitung angeordneten Gasdetektor.
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4:
Vorrichtung mit einem partiell in der Vakuumleitung angeordneten
Gasdetektor.
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1 zeigt
eine Vorrichtung für
Formwerkzeuge zum Erkennen von Undichtigkeiten mit Gasdetektor.
Das Formwerkzeug 1, das ein- oder mehrteilig sein kann,
weist in diesem Ausführungsbeispiel
zwei Formhälften 2 auf.
Auf der Innenseite der Formhälften
befindet sich die Gravur 4 des Formwerkzeuges 1.
Die Gravur 4 begrenzt den Hohlraum 14, der im späteren formgebenden
Verfahren, z. B. mit einem Füllstoff
befüllt
wird, aus dem dann das Formteil entsteht, dessen Kontur von der
Gravur 4 gebildet wird. Zur besseren Darstellung wird das
Formwerkzeug 1 hier ohne Befüllung gezeigt. In dem Formwerkzeug 1, im
Ausführungsbeispiel
in den Formhälften 2 befinden
sich Temperierelemente 3, die hauptsächlich zum kontrollierten Erwärmen oder
Abkühlen
des Formteils im Formwerkzeug 1 benötigt werden. Die Temperierelemente 3 weisen
Kanäle
im Formwerkzeug 1 auf, die von einem Temperiermittel 13 durchflossen
werden. Im Ausführungsbeispiel
dient das Temperiermittel 13 zuerst dazu, das Formwerkzeug 1 vor
dem Befüllen
aufzuheizen, so dass beim Befüllen mit
dem Füllstoff,
wie z.B. einer ca. 700°C
heißen Aluminiumschmelze,
dieser nicht gleich erstarrt, sondern seine Fließfähigkeit bewahrt. Zum Aufwärmen des
Formwerkzeugs weist hier das aus Öl bestehende Temperiermittel
eine Temperatur von maximal. 250°C
auf. Andererseits dient das Temperiermittel dazu, das mit dem heißen Füllstoff
befüllte
Formwerkzeug abzukühlen,
um eine Überhitzung
des Formwerkzeuges zu verhindern und die Abkühlung des Formteils zu beschleunigen.
Hierfür
weist das Öl eine
Temperatur von minimal 50°C
auf.
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Befindet
sich nun zwischen einem mit Temperiermittel 13 befüllten Kanal
des Temperierelements 3 und der Gravur 4 eine
Undichtigkeit 5 in Form eines Risses, so kann Temperiermittel 13 in den
leeren oder in den teilweise oder ganz mit Füllstoff gefüllten Hohlraum 14 gelangen.
Selbst kleinste Mengen des Temperiermittels 13 im Hohlraum 14 bewirken
bei den in diesem Hohlraum 14 hergestellten Formteilen
Einschlüsse,
das heißt
das Formteil weist mit Temperiermittel 13 gefüllte Blasen
auf, die bei der Weiterverarbeitung des Formteils, insbesondere beim
Schweißen
oder einer anderen Wärmebehandlung
aufgrund der daraus resultierenden Ausdehnung im Innern aufplatzen.
Hierbei sind unter dem Begriff Temperiermittel 13 auch
die Stoffe zu verstehen, die aus dem Temperiermittel 13 im
Falle einer Undichtigkeit aufgrund von Folgereaktionen entstehen
können.
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Ferner
weist das Formwerkzeug 1 eine Absaugöffnung 18 auf, die
mittels Vakuumventil 7 verschlossen werden kann. Über diese
Absaugöffnung 18 wird
das Gas, insbesondere die Luft, über
eine Vakuumpumpe 9 aus dem mehr oder weniger befüllten Hohlraum 14 gesaugt.
Die Vakuumpumpe 9 ist über eine
Vakuumleitung 6 mit dem Vakuumventil 7 an die Absaugöffnung 18 des
Formwerkzeugs 1 angeschlossen und erzeugt im Hohlraum 14 einen
Unterdruck von ca. 50mbar. Durch eine solche Vakuumeinrichtung 15,
bestehend aus Vakuumventil 7, Vakuumleitung 6,
Vakuumpumpe 9 und Absaugöffnung 18 können sehr
feinporige bzw. porenfreie Strukturen des Formteils erzielt werden,
weil mit diesem Absaugen die Gaseinschlüsse im Formteil, die durch
das im Hohlraum 14 befindliche Gas verursacht werden, stark
reduziert werden.
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Auch
weist die Vorrichtung einen Gasdetektor 10 auf, der im
Bereich der Vakuumeinrichtung 15 derart angeordnet ist,
dass er mit dem abgesaugten Gas 8 in Kontakt kommt. In
diesem Ausführungsbeispiel
wird das abgesaugte Gas 8 durch den Gasdetektor 10 geführt und
dort auf Bestandteile des Temperiermittels 13, das heißt auch
auf Stoffe, die auf Reaktionen mit dem Temperiermittel 13 entstehen können untersucht.
Der Gasdetektor 10 bildet hier einen Leitungsabschnitt
der Vakuumleitung 6 aus, der das an der Absaugöffnung 18 befindliche
Vakuumventil 7 am Formwerkzeug 1 mit der Vakuumpumpe 9 verbindet.
Die Anbringung des Gasdetektors 10 erfolgt am besten in
einem Abstand in dem das noch gasförmige Temperiermittel 13 noch
nicht kondensiert ist und die Temperatur für den Gasdetektor 10 nicht
zu heiß ist.
Ein hierfür
besonders geeigneter Ort ist im Bereich der Vakuumleitung 6 zu
finden. Jedoch könnte
der Gasdetektor 10, falls er es temperaturmäßig aushält, auch
im Bereich des Vakuumventils 7 oder sogar in der Absaugöffnung 18 des Formwerkzeugs 1 angeordnet
sein. Alternativ könnte
der Gasdetektor 10 auch im Bereich der Vakuumpumpe 9 angebracht
sein, falls hier die Temperatur noch ausreicht, um das Temperiermittel 13 oder
Bestandteile oder Rückstände des
Temperiermittels in gasförmigen
Zustand vorzufinden.
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Detektiert
der Gasdetektor 10 nun Bestandteile, die auf ausgetretenes
Temperiermittel 13 schließen lassen, dann wird der Gasdetektor 10 ein Signal
erzeugen, das über
eine beliebige Signalleitung 12 an eine Steuereinheit 11 weitergeleitet
wird. Die Steuereinheit 11 wird dann einen Alarm erzeugen,
der ein Eingreifen auf den Formprozess bewirken soll. Handelt es
sich bei der Steuereinheit 11 um einen Bestandteil der
Maschine, die das Formwerkzeug beinhaltet und den Formprozess steuert,
so kann ein automatisches Ausschalten oder Anhalten der Maschine
bewirkt werden, um das undichte Formwerkzeug 1 zu ersetzen
oder zu reparieren.
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2 zeigt
eine Vorrichtung mit einem Gasdetektor 10 in der Vakuumleitung 6.
In diesem Ausführungsbeispiel
wird der gesamte Gasdetektor 10 in der Vakuumleitung 6 angeordnet,
wo er sich mitten in der Gasströmung
befindet. Dieser Gasdetektor 10 steht vorteilhafterweise über eine
drahtlose Signalleitung 12 mit der Steuereinrichtung 11 in
Kontakt, die einen Alarm auslöst
oder den Formprozess automatisch stoppt.
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3 zeigt
eine Vorrichtung mit einem seitlich zur Vakuumleitung 6 angeordneten
Gasdetektor 10. Dieser Detektor 10 ist über eine
weitere Leitung 16, 17 mit der Vakuumleitung 6 verbunden.
Für einen solchen
Aufbau können
sich verschieden Varianten ergeben. Zum einen kann die Vakuumleitung 6 einen zusätzlichen
Seitenarm 16 aufweisen, die beispielsweise als T-förmige Verzweigung
wie in der Figur mit durchgezogener Linie dargestellt, ausgebildet
ist. In diesem Fall befindet sich der Gasdetektor 10 nicht
direkt im Gasstrom. Die Verweildauer der Gasteilchen im Seitenarm 16 wird
entsprechend länger
sein, weil hier die Vakuumpumpe nicht so stark auf die Gasteilchen
einwirken kann Am Ende des Seitenarms 16 befindet sich
der Gasdetektor 10.
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Die
als gestrichelte Linie dargestellte Beipassleitung 17 zeigt
eine Alternative zum Seitenarm 16 auf. Auf diese Beipassleitung 16 wirkt
gleichfalls die Vakuumpumpe 9 ein, so dass im Vergleich
zu einem entsprechenden Seitenarm 16 größerer Strömungsgeschwindigkeiten erzielt
werden können,
so dass der Gasdetektor 10 mehr abgesaugten Gasteilchen
pro Zeiteinheit analysieren kann. Hierbei ist der Gasdetektor 10 an
der Beipassleitung 16 angeordnet und Bestandteil der Maschinensteuerung 11,
so dass externe Signalleitungen nicht mehr benötigt werden.
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4 zeigt
eine Vorrichtung mit einem partiell in der Vakuumleitung 6 angeordneten
Gasdetektor 10. In diesem Ausführungsbeispiel weist der Gasdetektor 10 eine
separate Messsonde 19 auf. Wie in der Figur dargestellt
ragt hier nur die Messsonde 19 in die Vakuumleitung 6.
Der restliche Teil des Gasdetektors 10 ist außen separat
oder in der Steuereinrichtung 11 angeordnet.
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Als
besonders vorteilhaft erweist es sich, wenn dem Temperiermittel 13 Hilfsstoffe
beigesetzt werden, die direkt oder indirekt auf besonderes einfache
Weise in geringen Mengen eindeutig vom Gasdetektor 10 als
vom Temperiermittel stammend erfasst werden können und für die sehr einfache und/oder
zuverlässige
Gasdetektoren 10 verwendet werden können.
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Eine
solche Vorrichtung erweist sich als besonders vorteilhaft zum Herstellen
von Aluminium-Gussteilen, die im späteren Verarbeitungsablauf noch
thermisch beansprucht werden müssen.
Durch das frühzeitige
Auffinden von Undichtigkeiten im Formwerkzeug, kann gewährleistet
werden, dass Aluminium-Gussteile ohne Ausschuss verschweißt werden
können.
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Die
Vorrichtung eignet sich für
alle Gießverfahren
oder Formverfahren, die dem Gießverfahren ähneln, wie
z.B.
- – einem
Druckgussverfahren
- – einem
Vakuum unterstützten
Druckguss
- – einem
Vakuum Druckgussverfahren, insbesondere "Varural Druckguß" und "High Quest",
- – dem
Thixoforming,
- – dem
New Rheocasting,
- – dem
Squeeze Casting.
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Auch
kann diese Vorrichtung zum Erkennen von Undichtigkeiten für verschiedenste
Füllstoffe
verwendet werden, wie z.B.:
- – Alle Metalle,
insbesondere Leichtmetalle wie Aluminium,
- – Metallgemische
- – Kunststoffe
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Die
verwendeten Formwerkzeuge 1 mit dem oder den Temperierelementen 3,
die das Temperiermittel 13 beinhalten, können sowohl
wie bei der Herstellung von Aluminiumteilen üblich aus Metall sein. Jedoch
kann diese Vorrichtung auch für
Formwerkzeuge 1 aus einem nichtmetallischen Stoff, wie
beispielsweise Stein oder Keramik, verwendet werden.
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Zur
Herstellung von Aluminium-Druckgussteilen wird üblicherweise als Temperiermittel Öl, wie z.B.
Transtherm verwendet. Jedoch können
auch beliebig andere Temperiermittel, wie z.B. wässrige, dickflüssige Lösungen verwendet
werden. Das Temperiermittel kann auch zusätzliche flüssige oder gasförmige Hilfsstoffe
aufweisen, die nicht oder nicht ausschließlich der Temperierung dienen,
sondern nur zu besseren Erkennung am Gasdetektor dienen.