DE10347447A1

DE10347447A1 - Temperiervorrichtung für Formwerkzeuge

Info

Publication number: DE10347447A1
Application number: DE2003147447
Authority: DE
Inventors: Wilhelm Fischer
Original assignee: Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 2003-10-13
Filing date: 2003-10-13
Publication date: 2005-05-19

Abstract

Bisherige Temperiervorrichtungen für Formwerkzeuge 1 sind mit einem flüssigen Temperiermittel gefüllt. Beim Auftreten von Leckagen 5 können diese Temperiermittel in das Formwerkzeug 1 auslaufen und dort in den Formteilen unsichtbare blasenförmige Einschlüsse verursachen, die bei der Weiterverarbeitung aufplatzen können. DOLLAR A Die Temperiervorrichtung beinhaltet jetzt ein Temperiermittel 13, das so granulatförmig oder dickflüssig ist, dass es durch keine kleinen Leckagen 5 hindurchpasst. DOLLAR A Derartige Temperiervorrichtungen werden insbesondere zur Herstellung schweißfähiger Gussteile aus Aluminium oder anderen Metallen benötigt.

Description

Die Erfindung betrifft eine Temperiervorrichtung für Formwerkzeuge gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Solche Temperiervorrichtungen für Formwerkzeuge sind beispielsweise aus der noch nicht veröffentlichten Patentanmeldung mit dem Aktenzeichen 103 23 620.1 bekannt. Hier wird eine Temperiervorrichtung in einem Formwerkzeug offenbart, die im Temperierkanal ein flüssiges, auf eine wässrige oder ölhaltige Lösung basierendes Temperiermittel, wie beispielsweise Temperieröl aufweist.

Nachteilig bei einer solchen Temperiervorrichtung ist es, wie in 5 und 6 dargestellt, dass bei einem herkömmlichen flüssigen Temperiermittel 13, dieses Temperiermittel 13 durch eine Leckage 5 zwischen Temperierkanal 3 und Gravur 4, in den leeren oder zumindest teilweise mit Schmelze gefüllten Hohlraum 14 des Formwerkzeuges 1 gelangen kann, insbesondere dann, wenn das Formwerkzeug 1 mit einer Vakuumvorrichtung 15 verbunden ist, die dann auch das Temperiermittel 13 aus dem Temperierkanal 3 zieht.

Derartige Leckagen 5 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 dem Temperierkanal erstrecken, verursacht werden.

Solche Leckagen, insbesondere die sehr kleinen, bei denen nur geringe Mengen des Temperiermittels 13 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 befindliche Einschlüsse bleiben meistens verborgen und werden erst zu spät bemerkt.

Aufgabe der Erfindung ist es eine Temperiervorrichtung für Formwerkzeuge aufzuzeigen, die bei Leckagen ein unbemerktes Eindringen von Temperiermittel in den Hohlraum des Formwerkzeuges verhindert, so dass sich keine verborgenen Einschlüsse im Formteil ausbilden können.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale im Patentanspruch 1 gelöst. Hierbei beinhaltet die Temperiervorrichtung ein Temperiermittel, das durch seine Beschaffenheit, insbesondere durch seine Größe oder durch seine Zähflüssigkeit nicht durch kleinere Leckagen hindurchgelangen kann.

Die Vorteile der Erfindung bestehen darin, dass das Temperiermittel kleinere Undichtigkeiten verschließt, wodurch verhindert wird, dass es bei kleineren Undichtigkeiten nicht zu Einschlüssen im Formteil kommen kann. Bei größeren Leckagen dagegen kann zwar dass Temperiermittel in Ausformungsbereich gelangen, jedoch können durch die Partikelgröße bzw. durch die große Menge keine Einschlüsse oder andere Defekte am Formteil mehr im Verborgenen entstehen. Eine größere Leckage wird sofort bemerkt. Das defekte Teil am Formwerkzeug, das die Leckage beinhaltet, kann ausgetauscht oder repariert werden.

Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen. Als besonders vorteilhaft erweist es sich, wenn das Temperiermittel aus Metallkugeln oder aus einer flüssigen Metallschmelze besteht. Um die Wärme möglichst schnell aus dem Formwerkzeug abzuführen oder schnell in das Formwerkzeug einzubringen weist die Temperiervorrichtung ein Pumpsystem auf, das das Temperiermittel durch den Temperierkanal bewegt bzw. umwälzt.

Es zeigen:
1: Ein eine Leckage aufweisendes Vakuumdruckguss-Formwerkzeug mit Temperiervorrichtung.
2: Eine ein granulatförmiges Temperiermittel aufweisende Temperiervorrichtung im Bereich der Leckage.
3: Eine zähflüssiges Temperiermittel aufweisende Temperiervorrichtung im Bereich der Leckage.
4: Pumpvorrichtung für eine ein granulatförmiges Temperiermittel aufweisende Temperiervorrichtung.
5: Ein eine Leckage aufweisendes Vakuumdruckguss-Formwerkzeug mit Temperiervorrichtung nach dem Stand der Technik.
6: Eine herkömmliches Temperiermittel aufweisende Temperiervorrichtung im Bereich der Leckage.
1 zeigt ein eine Leckage aufweisendes Vakuumdruckguss-Formwerkzeug mit Temperiervorrichtung. 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, insbesondere einer Metallschmelze, 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 befindet sich ein oder mehrere Temperierkanal, -kanäle 3, die hauptsächlich zum kontrollierten Erwärmen oder Abkühlen des Formteils im Formwerkzeug 1 benötigt werden. Die Temperierkanäle 3 sind Bestandteil der Temperiervorrichtung, die zum Beheizen oder zur Abkühlung des Formwerkzeuges dient, indem ein Temperiermittel durch den Temperierkanal fließt, das dem Formwerkzeug Wärme entzieht oder zuführt. 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, diese nicht gleich erstarrt, sondern seine Fließfähigkeit bewahrt. Zum Aufwärmen des Formwerkzeugs weist hier das granulatförmige oder zähfließende 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 Temperiermittel z.B. eine Temperatur von minimal 20°C auf.
Befindet sich nun zwischen einem mit Temperiermittel 13 befüllten Kanal 3 der Temperiervorrichtung und der Gravur 4 eine Leckage 5 in Form eines Risses, so kann nur dann Temperiermittel 13 in den leeren oder in den teilweise oder ganz mit Füllstoff gefüllten Hohlraum 14 gelangen, wenn die Öffnung der Leckage größer ist als die Partikelgröße des Temperiermittels, wie nachfolgend in den 2 und 3 gezeigt. Kleine Mengen des Temperiermittels 13 können nicht mehr in den Hohlraum 14 gelangen und große Mengen des Temperiermittels können nicht unbemerkt in den Hohlraum gelangen. Das heißt, das Formteil kann keine nahezu unsichtbaren mit Temperiermittel 13 gefüllte Blasen mehr aufweisen, die sich erst bei der Weiterverarbeitung bemerkbar machen und z.B. erst beim Schweißen oder einer anderen Wärmebehandlung aufgrund der daraus resultierenden Ausdehnung im Innern aufplatzen.
Ferner ist das Formwerkzeug 1 über eine Absaugöffnung 18 mit einer Vakuumvorrichtung 15 verbunden. Über diese Absaugöffnung wird das Gas, insbesondere die Luft, über eine Vakuumpumpe 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. 50 mbar. 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. Bei der Verwendung eines zähflüssigen Temperiermittels müsste die Krafteinwirkung durch die Vakuumpumpe durch die Leckage hindurch mitberücksichtigt werden und das Temperiermittel müsste eine entsprechende Zähigkeit aufweisen, dass es trotz der Absaugwirkung nicht durch eine kleine Leckage gelangen kann.
2 zeigt einen Querschnitt durch eine ein granulatförmiges Temperiermittel aufweisende Temperiervorrichtung im Bereich der Leckage. Die Granulatpartikel des Temperiermittels 13 im Temperierungskanal 3 sind in diesem Ausführungsbeispiel kugelförmig und so groß dimensioniert, dass sie nicht durch die Leckage zwischen Temperierungskanal und der Gravur 4 passen. Ab welcher Größe die Leckage erkannt werden soll, wird von der Größe der Granulatpartikel bestimmt. Ist der Teilchendurchmesser D₁ des kleinsten Teilchens im Temperiermittel 13: D₁ > D₂ wobei D₂ der Innendurchmesser an der engsten Stelle der Leckage ist, dann kann kein Temperiermittel in den Hohlraum gelangen. Die Leckage hat dann keine Auswirkung auf das Formteil. Ist D₁ < D₂ gelangt Temperiermittel in den durch den Hohlraum begrenzten Ausformungsbereich und somit in oder an das Formteil. Sind die Granulatpartikel alle gleich groß so kann exakt festgelegt werden, ab welchem Leckagendurchmesser D₂ das Temperiermittel aufgrund z.B. der Partikelgröße erkennbar in den Hohlraum 14 gelangen soll. Besonders geeignet für ein granulatförmiges Temperiermittel sind Metallkugeln, insbesondere Stahl- und Kupferkugeln. Jedoch kommen auch andere organische oder anorganische Materialien in Betracht, die bei den in den Temperierkanälen herrschenden Temperaturen nicht schmelzen und die sich vorteilhafterweise gut zum Wärmeenergieaustausch eignen. Jedoch können auch unterschiedliche Temperiermittel, insbesondere eins für das Aufheizen und ein anderes zum Abkühlen des Formwerkzeuges verwendet werden.
3 zeigt einen Querschnitt durch eine ein zähflüssiges Temperiermittel aufweisende Temperiervorrichtung im Bereich der Leckage. Das zähflüssige Temperiermittel 13 im Temperierungskanal 3 ist in diesem Ausführungsbeispiel so zähflüssig, dass es nicht durch die Leckage zwischen Temperierungskanal und der Gravur 4 fließen kann. Ab welcher Größe die Leckage erkannt werden soll, wird von der Zähigkeit bzw. der Viskosität des Temperiermittels 13 bestimmt. Der Durchfluss des Temperiermittels durch die Leckage ist abhängig von der Viskosität des Temperiermittels, vom Durchmesser D₂ der Leckage und von der Rauhigkeit der Wandung. Im Ausführungsbeispiel ist die Viskosität des Temperiermittels so groß, dass sie nicht in den Hohlraum gelangen kann. Die Leckage hat dann keine Auswirkung auf das Formteil. Erst wenn die Leckage so groß ist und die Reibung geringer wird, kann das zähflüssige Temperiermittel in den durch den Hohlraum begrenzten Ausformungsbereich gelangen. Besonders geeignet für ein zähflüssiges Temperiermittel sind Metallschmelzen, insbesondere Kupferschmelzen. Jedoch kommen auch andere organische oder anorganische Materialien oder Mischungen in Betracht, die bei den in den Temperierkanälen herrschenden Temperaturen zähflüssig sind und die sich vorteilhafterweise gut zum Wärmeenergieaustausch eignen. Jedoch können auch unterschiedliche Temperiermittel, insbesondere eins für das Aufheizen und ein anderes zum Abkühlen des Formwerkzeuges verwendet werden.
Auch können in einer Temperiervorrichtung sowohl granulatförmige Temperiermittel als auch zähflüssige Temperiermittel verwendet werden, die in identischen oder benachbarten Kanälen zeitgleich oder zeitversetzt fließen.
4 zeigt die Temperiervorrichtung mit einer Umwälzpumpe 8, die gewährleistet, dass das granulatförmige oder zähflüssige Temperiermittel 13 durch den Temperierkanal 3 fließt oder gedrückt oder gezogen wird und wie im Ausführungsbeispiel beschrieben in einem Behälter 10 auf die gewünschte Temperatur gebracht wird.
Derartige Temperiervorrichtungen erweisen sich als besonders vorteilhaft zum Herstellen von Aluminium-Gussteilen, die im späteren Verarbeitungsablauf noch thermisch beansprucht werden müssen.
Die Vorrichtung eignet sich für alle Gießverfahren oder Formverfahren, die dem Gießverfahren ähneln, wie z.B: Druckgussverfahren, Vakuum unterstützten Druckguss, Varural Druckguss, High Cast, Thixoforming, New Rheocasting und Squeeze Casting.

Claims

Temperiervorrichtung für Formwerkzeuge (1) wobei im Formwerkzeug (1) ein von einer Gravur (4) begrenzter Hohlraum (14) ausgebildet ist und die Temperiervorrichtung aus mindestens einem mit einem Temperiermittel (13) gefüllten, im Formwerkzeug (1) integrierten Temperierkanal (3) besteht, dadurch gekennzeichnet, dass das Temperiermittel (13) aus einem Material besteht, das granulatförmig oder zähflüssig ist, wodurch Leckagen (5) zwischen dem Temperierkanal (3) und dem von der Gravur (4) gebildeten Hohlraum (14) überbrückt werden können.
Temperiervorrichtung nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperiervorrichtung eine Umwälzpumpe (8) aufweist, die das Temperiermittel (13) durch den Temperierkanal (3) bewegt.
Temperiermittel (13) für eine Temperiervorrichtung nach Patentanspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Temperiermittel (13) aus Metallkugeln besteht.
Temperiermittel (13) für eine Temperiervorrichtung nach Patentanspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Temperiermittel (13) aus flüssigem Metall besteht.