DE10357924B3 - Verfahren zur Rissprüfung eines Formwerkzeuges - Google Patents

Abstract

Bei einem Verfahren zur Rissprüfung eines Formwerkzeuges (1) wird in eine Kühlbohrung und/oder Kühlkanal (2) des Formwerkzeuges (1) ein erwärmtes Medium eingebracht. Beim Vorhandensein von Rissen (6) im Bereich der Kühlbohrung und/oder Kühlkanal (2) wird ein Austreten des Mediums aus der Kühlbohrung und/oder Kühlkanal (2) des Formwerkzeuges (1) mit einer wärmedetektierenden Überwachungseinrichtung (5) detektiert.

Description

• Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Rissprüfung eines Formwerkzeugs. Ein derartiges Formwerkzeug ist aus der DE 2332287 A1 bekannt; Verfahren zur Dichtheitsprüfung sind aus DE 4321644 A1 und DE 4140725 bekannt.
• In Formwerkzeugen, die bei der Herstellung von Werkstücken durch die Prozesswärme erhitzt werden, sind häufig Kühleinrichtungen, beispielsweise in Form von Kühlbohrungen und/oder Kühlkanälen, eingebracht. Thermische Belastung in den Formwerkzeugen kann u.a. zu Rissen führen, wobei Risse, die nicht in Kühlbohrungen münden, im Allgemeinen nicht schädlich sind.
• In Formwerkzeugen können verschiedene Einflüsse, wie beispielsweise Risse zu Leckagen führen. Diese Leckagen können aufgrund von spezifischen Eigenschaften der Prozessführung, beispielsweise dem Schmelzkontakt des Formwerkzeuges beim Gießen, nicht detektiert werden. Jedoch führen diese Leckagen zu Fehlern in den produzierten Werkstücken. Besonders problematisch ist es, dass die Risse, die unter Einwirkung der Prozesswärme entstehen, sich durch diese aufweiten, d.h. sich im kalten Zustand teilweise wieder schließen und deshalb schwer zu detektieren sind.
• Es ist aus dem allgemeinen Stand der Technik bekannt, über ein sogenanntes Abpressverfahren eine Rissbildung im Formwerkzeug zu überprüfen. Hierbei wird ein Ausgang der Kühleinrichtung beispielsweise durch Verschrauben geschlossen, wobei an einem Eingang der Kühleinrichtung mittels einer Pumpe Wasser oder Öl unter einem gewissen Druck von beispielsweise 30 bis 50 bar in die Kühleinrichtung gepumpt wird. Die Rissbildung im Formwerkzeug kann somit sichtbar gemacht werden.
• Ein weiteres bekanntes Verfahren ist die sogenannte Penetrations-Rissprüfung, die auch als Farbeindringverfahren bekannt ist. Hierbei dringen Flüssigkeiten mit niedriger Oberflächenspannung und damit niedriger Viskosität auch in sehr feine Trennungen an Oberflächen ein, wenn man sie lange genug einwirken lässt und diese Trennungen nicht durch etwaige Verschmutzungen bzw. Verunreinigungen verschlossen sind. Wird auf derartige Stellen danach eine saugfähige Schicht aufgebracht, die auch noch einen guten Kontrast zum Eindringmittel liefert, so saugt diese Schicht das Eindringmittel auf bzw. an und macht somit Trennungen bzw. Risse sichtbar. Zu näheren Details des Verfahrens wird auf die DE 196 45 377 C2 und auf die DE 199 02 525 C2 verwiesen. Diese Penetrations-Rißprüfung ist für die Detektion von Leckagen ungeeignet, weil alle Risse, d.h. auch die, die nicht in Kühlbohrungen münden, angezeigt werden.
• Die vorstehenden Verfahren lassen jedoch den Einfluss des wärmeabgebenden verarbeiteten Materials, z.B. der Schmelze beim Gießen, außer Acht und sind deshalb bezüglich ihrer Ergebnisse nicht sehr aussagekräftig. Des Weiteren sind sie in der Durchführung sehr aufwändig.
• Aus der EP 0 378 006 B1 ist ein Verfahren zur Rissprüfung in metallischen Werkstücken bekannt, bei welchem durch Hindurchführung des Werkstückes in Längsrichtung durch eine Induktionsspule die Werkstückoberfläche erhitzt wird und unmittelbar nach der Induktionserhitzung die Werkstückoberfläche mit einer Infrarotkamera quer über die Oberfläche des sich bewegenden Werkstückes abgetastet wird. Dabei wird ein Streifenmustertemperaturprofil aufgezeichnet, bei dem sich das Streifenmuster an den Stellen wiederholt, an denen sich Oberflächen risse befinden. Die Induktionsspule wird bei einer Stromfrequenz verwendet, die zu einer Eindringtiefe des induzierten Stromes in dem Werkstück führt, welche größer als eine vorgewählte Tiefe für die zu ermittelnden Risse ist. Beim Abtasten des Temperaturprofils unmittelbar nach der Induktionserhitzung lassen sich die Risse bzw. Oberflächendefekte durch Aufzeichnung von gegenüber der restlichen Oberfläche des Werkstückes niedrigeren Oberflächentemperaturen ermitteln.
• Dieses Verfahren ist ebenfalls in der Durchführung sehr aufwändig und zeitintensiv.
• Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Leckageprüfung eines Formwerkzeugs zu schaffen, das die Nachteile des Standes der Technik löst und mit dem es möglich ist, einfach und schnell Lecks im Kühlsystem im Formwerkzeug zu erkennen.
• Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die in Anspruch 1 genannten Merkmale gelöst.
• Durch das erfindungsgemäße Verfahren zur Leckageprüfung eines Formwerkzeuges, wobei in Kühlbohrungen und/oder Kühlkanälen des Formwerkzeuges eine erwärmte Flüssigkeit eingebracht wird und ein Austreten der erwärmten Flüssigkeit aus den Kühlbohrungen und/oder Kühlkanälen mit einer wärmedetektierenden Überwachungseinrichtung detektiert wird, ist es möglich, unter Produktionsbedingungen sehr schnell und mit geringstem Aufwand auch sehr geringfügige Leckagen bzw. Risse nachzuweisen, die mit den bisher bekannten Verfahren nicht ermittelbar sind bzw. detektiert werden können. Auf diese Weise wird auch bei komplexen Produktionsprozessen, wie beispielsweise beim Druckgießen, die Rissprüfung des Formwerkzeuges erleichtert. Insbesondere durch die Verwendung der wärmedetektierenden Überwachungseinrichtung ist es nun möglich, dass Formrisse, die sich erst unter Einwirkung von Wärme freisetzen, entdeckt werden können. Somit können Werkstücke durch das vorherige Auffinden von kleinsten Rissen im Formwerkzeug porenfrei hergestellt werden.
• Nachfolgend ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung prinzipmäßig dargestellt.
• Die einzige Figur stellt ein Formwerkzeug bei der Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Rissprüfung dar.
• In 1 ist ein Formwerkzeug 1 dargestellt, welches im vorliegenden Fall als Gießwerkzeug Verwendung findet. Das Formwerkzeug 1 weist eine Kühlbohrung bzw. einen Kühlkanal 2 auf, welcher im Allgemeinen zur Kühlung des Formwerkzeuges 1 bei Einsatz desselben zur Herstellung von nicht dargestellten Werkstücken, vorzugsweise beim Druckgießen, vorgesehen ist.
• Um Risse an der Kühlbohrung und/oder Kühlkanal 2 zu erkennen und somit porenfreie Werkstücke herstellen zu können, wird zur Rissprüfung das Formwerkzeug 1 im kalten Zustand von einer stark erhitzten bzw. erwärmten Flüssigkeit, welche in die Kühlbohrung und/oder Kühlkanal 2 eingebracht wird, durchströmt. Die stark erhitzte Flüssigkeit wird über eine Zufuhreinrichtung 3 in die Kühlbohrung und/oder Kühlkanal 2 eingebracht und über eine Auffangeinrichtung 4 wieder aufgenommen. Es ist möglich, die Auffangeinrichtung 4 mit der Einrichtung 3 derart zu verbinden, um die Flüssigkeit erneut in die Kühlbohrung und/oder Kühlkanal 2 einzubringen. Auf diese Weise kann, wenn erwünscht, ein Kreislauf erzeugt werden, um ein kontinuierliches Durchströmen der Flüssigkeit durch die Kühlbohrung und/oder Kühlkanal 2 zu gewährleisten.
• Die erwärmte Flüssigkeit, beispielsweise ein Öl, welches ein Wärmeträgeröl ist, vorzugsweise Glykol, wird vor dem Einbringen in die Kühlbohrung und/oder Kühlkanal 2 auf eine Temperatur im Bereich von bevorzugt über 200°C, in der Regel zwischen 220°C bis 400°C erwärmt und unter Druck durch die Kühlbohrungen gepumpt. Druck unterstützt das Finden der Leckagen.
• Grundsätzlich ist die Temperatur der Flüssigkeit unter Berücksichtigung der Materialeigenschaften des Formgebungswerkzeuges und der technischen Voraussetzungen einer Temperiervorrichtung möglichst hoch zu wählen. Je größer der Temperatur-Gradient zwischen Formwerkzeug und Temperier- bzw. Prüfflüssigkeit ist, desto eindeutiger werden die Ergebnisse darstellbar sein. Es kann auch bildlich von einem besseren Kontrast gesprochen werden.
• Wie bereits erwähnt, durchströmt die stark erhitzte Flüssigkeit das Formwerkzeug 1, wobei mittels einer wärmedetektierenden Überwachungseinrichtung 5, vorzugsweise einer Infrarotkamera, das Formwerkzeug 1 großflächig erfasst wird. Als wärmedetektierende Überwachungseinrichtung 5 kann eine herkömmliche Infrarotkamera eingesetzt werden, welche keinen besonderen Anforderungen genügen muss. Wärmebilder bzw. Infrarotbilder der wärmedetektierenden Überwachungseinrichtung 5 werden über einen vorbestimmten Zeitraum aufgezeichnet und können danach in Hinsicht auf Rissbildung im Formwerkzeug 1 ausgewertet werden. Mittels der wärmedetektierenden Überwachungseinrichtung 5 können somit leichter Risse im Formwerkzeug 1 erkannt werden, da im Bereich von Rissen in der Nähe der Kühlbohrung und/oder Kühlkanal 2 dieser Bereich wärmer wird als der sie umgebende Bereich, welcher keine Risse aufweist. Ein weiterer Vorteil des Einsatzes der wärmedetektierenden Überwachungseinrichtung 5 zur Rissprüfung ist, dass die in Rissen eintretende, stark erwärmte Flüssigkeit auch in stark verschmutzter Produktionsumgebung sicher detektiert werden kann, und somit deutliche Hinweise auf die Art und den Ort des Fehlers ermittelt werden können.
• Das Verfahren kann ebenso auch dazu verwendet werden, ein Aufheizen des Formwerkzeuges 1 mittels der sehr stark erwärmten Flüssigkeit zu beobachten bzw. zu kontrollieren. Während des Aufheizens des Formwerkzeuges 1 wird ca. alle vier bis fünf Sekunden ein Infrarotbild aufgenommen, wobei dies anschließend mit weiteren aufgenommenen Infrarotbildern zu ei nem Infrarotfilm zusammengefasst werden kann. Auf diese Weise kann kontrolliert werden, ob die Kühlbohrung und/oder Kühlkanal 2 des Formwerkzeuges 1, meist auch mehrere Kühlbohrungen und/oder Kühlkanäle 2, gleichmäßig durch die Flüssigkeit aufgeheizt wird. Bei einem ungleichmäßigen Aufheizen der Kühlbohrung und/oder Kühlkanal 2 kann somit auf eine Verstopfung oder auf einen Riss in Verbindung mit Austreten der Flüssigkeit geschlossen werden. Um eindeutige Erkenntnisse in Bezug auf Risse bzw. Verstopfungen zu erhalten, können Infrarotbilder des Formwerkzeuges 1 mittels der wärmedetektierenden Überwachungseinrichtung 5 aufgenommen werden.
• Der Einsatz eines Öles als Flüssigkeit ist dahingehend von Vorteil, dass es eine wesentlich höhere Kapillarwirkung als beispielsweise Wasser besitzt und somit in kleinste Fugen des Formwerkzeuges 1 besser eindringen kann.
• Die Rissprüfung des Formwerkzeuges 1 kann zwischen einzelnen Gießprozessen erfolgen, nämlich wenn das Formwerkzeug 1 in einer nicht dargestellten Gießmaschine eingebaut ist, oder es kann auch durchgeführt werden, um das Formwerkzeug 1 nach einer Reparatur erneut zu prüfen.
• Vor dem Einsatz des Formwerkzeuges 1 zum Herstellen von Werkstücken kann weiterhin, um fehlerhafte Werkstücke zu vermeiden, mittels der wärmedetektierenden Überwachungseinrichtung 5 ein Infrarotbild bzw. ein Infrarotfilm des Formwerkzeuges 1 aufgenommen werden, damit für weitere Messungen ein Referenzwert existiert und dieser mit eventuell folgenden Infrarotbildern verglichen werden kann.

Claims (7)

1. Verfahren zur Rissprüfung eines Formwerkzeuges, wobei in eine Kühlbohrung und/oder einen Kühlkanal (2) des Formwerkzeuges (1) eine erwärmte Flüssigkeit eingebracht wird, und wobei beim Vorhandensein von Rissen (6) im Bereich der Kühlbohrung und/oder des Kühlkanales (2) ein Austreten der Flüssigkeit aus der Kühlbohrung und/oder dem Kühlkanal (2) des Formwerkzeuges (1) mit einer wärmedetektierenden Überwachungseinrichtung (5) detektiert wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Rissprüfung während eines Gießprozesses erfolgt.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass als Medium Öl eingesetzt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Formwerkzeug (1) ein Gießwerkzeug verwendet wird.
5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als wärmedetektierende Überwachungseinrichtung (5) eine Infrarotkamera verwendet wird.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein sequentielles Aufnehmen von Infrarotbildern mittels der Infrarotkamera (5) derart erfolgt, dass ein Aufheizen des Formwerkzeuges (1) mittels des Mediums in der Kühlbohrung und/oder Kühlkanal (2) kontrolliert wird.
7. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Einsatz des Formwerkzeuges (1) zum Herstellen von Werkstücken mittels der Infrarotkamera (5) wenigstens eine Bildaufnahme des Formwerkzeuges (1) durchgeführt wird.