DE19917379A1 - Werkstück-Erzeugungsvorrichtung - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Werkstück-Erzeugungsvorrichtung (10), die ein Gießwerkzeug (18) aufweist. Mehrere Kühlkanäle (16, 20, 22, 24, 26) durchtreten der Werkzeugoberfläche benachbart das Gießwerkzeug (18). Die Kühlkanäle weisen mindestens einen Eingangsanschluß (36) und einen Ausgangsanschluß (38) für die Kühlflüssigkeit auf. Der Ausgangsanschluß ist mit einer Unterdruckquelle (42) und der Eingangsanschluß mit einem Kühlflüssigkeits-Vorratsbehälter (50) verbunden.

Description

Die Erfindung betrifft eine Werkstück-Erzeugungsvorrichtung, insbesondere eine Druckgußeinrichtung gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1.

Eine derartige Druckgußeinrichtung ist beispiels­ weise aus der US-PS 49 76 305 bekannt. Bei dieser Werkstück- Erzeugungsvorrichtung wird Kühlwasser durch ein Gießwerkzeug hindurch geleitet, wobei Kühlkanäle vorgesehen sind, die je einen Eingangs- und einen Ausgangsanschluß für die Kühl­ flüssigkeit aufweisen. Bei dieser Lösung soll die Temperatur des Gießwerkzeugs überwacht werden, um den Start des Gießvor­ gangs dann zu ermöglichen, wenn das Gießwerkzeug die richtige Temperatur erreicht hat.

Diese Lösung ist nur ein Beispiel für ähnliche Lösungen für die Kühlung des Gießwerkzeugs, die seit Jahrzehnten realisiert sind. Ein weiteres Beispiel für derartige Kühleinrichtungen ist die US-PS 42 85 388. Das Gießwerkzeug wird beim Druckguß­ vorgang regelmäßig enormen Drücken unterworfen, so daß nicht zu verhindern ist, daß sich über kurz oder lang Risse im Werk­ zeug einstellen, insbesondere, wenn eine hohe Stückzahl ge­ gossen werden muß. Hohe Stückzahlen sind andererseits aber die Voraussetzung für ein wirtschaftliches Arbeiten eines Druck­ gußwerks. Die entsprechenden Risse führen aber zur Undichtig­ keit des Kühlsystems, gerade dann, wenn die Kühlkanäle nahe an der Werkzeugoberfläche geführt sind. Eine derartige Führung ist andererseits aber Voraussetzung für eine wirksame Kühlung, so daß der Verschleiß der Werkzeugoberfläche über die Laufzeit des Werkzeugs betrachtet so gering wie möglich ist.

Um insofern partiell defekte Kühlungen zu kompensieren und das recht teuere Werkzeug weiterbenutzen zu können, ist es vorge­ schlagen worden, mit einer zusätzlichen Sprühkühlung zu ar­ beiten.

Die Sprühkühlung erlaubt zwar eine wirksame Kühlung des Werk­ stücks. Nachteilig ist jedoch, daß die Taktzeiten durch die Sprühkühlung substantiell verlängert werden, beispielsweise um 10, oder sogar um 20%.

Ein weiteres Problem liegt auch darin begründet, daß die Kühl­ kanäle partiell auch durch Austreten der Metallschmelze ver­ stopfen können. Hierzu ist es vorgeschlagen worden, mehrmals während der Standzeit des Werkzeugs eine Reinigung der Kühl­ kanäle über das Einleiten von abrasiven Spülmaterialien vor­ zunehmen, wobei die hiermit erzielten Ergebnisse jedoch zu wünschen übrig ließen.

Daher liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Werk­ stück-Erzeugungsvorrichtung, insbesondere eine Druckgußein­ richtung gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 zu schaffen, die eine höhere Standzeit des Werkzeugeinsatzes mit der Möglich­ keit verbindet, auf die Sprühkühlung zu verzichten.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unter­ ansprüchen.

Überraschend ermöglicht die erfindungsgemäße Druckgußeinrich­ tung das Verzichten auf die Sprühkühlung aufgrund der gleich­ bleibenden Qualität der Kühlkanäle. Erfindungsgemäß wird bewußt in Kauf genommen, daß durch die erfindungsgemäße Unter­ druckkühlung Luft in die Kühlkanäle eintritt. Hierdurch werden Vibrationen oder Kavitationen erzeugt, die offenbar dazu bei­ tragen, die Kühlkanäle sauberzuhalten, so daß die Erprobung gezeigt hat, daß trotz der größeren Druckdifferenz zwischen dem Werkzeugeinsatz und dem dort herschenden Überdruck und den Kühlkanälen die Sauberkeit der Kühlkanäle - und damit die gleichbleibende Kühlung über die Lebensdauer des Werkzeugs - gewährleistet ist.

Die erfindungsgemäße Lösung bietet darüber hinaus den Vorteil, daß sie weniger störanfällig ist. Auch wenn beispielsweise eine Kühlwasser-Zuleitung etwas undicht ist, wird hierdurch lediglich etwas zusätzliche Luft eingesaugt, und die entspre­ chende Leitung muß nicht umgehend aufgrund der Undichtigkeit ausgewechselt werden, wie es bei den bekannten Überdruck- Kühlsystemen der Fall ist.

Die Kühlwasserpumpe kann im Sekundärkreislauf vorgesehen sein, so daß der Primärkreislauf lediglich mit einem Strahlrohr ver­ sehen ist. Dies bietet den erheblichen Vorteil, daß etwaige Verunreinigungen im Kühlwasser nicht die Pumpe automatisch be­ schädigen. Bei bekannten Kühlsystemen hat man zur Verhinderung von Schäden der Kühlwasserpumpe entsprechende Filter der Kühl­ wasserpumpe vorgeschaltet. Diese Filter neigen jedoch über längeren Gebrauch hinweg betrachtet zur Verstopfung, so daß sie regelmäßig gereinigt werden müssen.

Demgegenüber reicht es erfindungsgemäß aus, wenn in den Vor­ ratsbehälter des Sekundärkreislaufs ein Abscheider vorgesehen ist, indem beispielsweise die Ansaugöffnung für die Kühlwas­ serpumpe nicht unmittelbar am Boden des Vorratsbehälters, sind sondern etwas höher vorgesehen ist. Durch die insofern einfach zu realisierende Abscheidewirkung kann der Kühlwasserbehälter im Grunde jahrelang ungereinigt verbleiben.

Auch das Strahlrohr kann so großzügig dimensioniert sein, daß der dort vom Primärkreislauf vorhandene Durchtrittsquerschnitt nicht durch die Wirkung von Verunreinigungen verstopft werden kann.

Erfindungsgemäß können ohne weiteres zahlreiche Kühlkanäle auch sehr nahe den Werkzeugoberflächen vorgesehen sein. Da­ durch läßt sich eine besonders gute Kühlung des Werkzeug­ einsatzes realisieren. Es kann ein Differenzdruck von bei­ spielsweise 0,8 Bar zwischen dem Eingangsanschluß und dem Ausgangsanschluß des Kühlkanals vorgesehen sein, der auch für relativ enge Kühlkanal-Querschnitte durchaus ausreichend ist.

Erfindungsgemäß ist es besonders günstig, wenn der Primär­ kreislauf über ein zentrales Kühlwasserbecken geführt ist. Der Sekundärkreislauf, der unter Überdruck steht, dient daher in­ sofern lediglich dem Antrieb des Primärkreislaufs und der Pri­ märkreislauf wird lediglich mit geringem Leitungsdruck und recht großen Leitungsquerschnitten über weite Strecken ge­ leitet.

Es versteht sich, daß bei Bedarf sowohl eine Frischwasser­ kühlung als auch eine Kreislaufkühlung für den Primärkreislauf vorgesehen sein kann, während erfindungsgemäß der Sekundär­ kreislauf immer als Kreislauf ausgebildet ist.

Besonders günstig ist es, daß bei der Herstellung der Kühl­ kanäle darauf geachtet wird, daß der Durchmesser der Kühlka­ näle vom Kühlkanaleinlaß zum Kühlkanalauslaß zumindest nicht abnimmt. Durch diese Maßnahme ist sichergestellt, daß auch Verunreinigungen, die eine Größe aufweisen, die fast schon dem Durchmesser des Kühlkanals entspricht, dennoch abgeführt werden können.

Erfindungsgemäß besonders günstig ist es auch, daß durch die erfindungsgemäße Unterdruckkühlung die Möglichkeit eröffnet wird, andere Formtrennstoffe einzusetzen. So können beispiels­ weise auch in Pulverform vorliegende Formtrennstoffe verwendet werden.

In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist zu­ sätzlich ein Umschaltventil vorgesehen, das für die Prüfung der Dichtheit des Gießwerkzeugs dienen kann. Mit diesem Um­ schaltventil und einer zusätzlichen Bypassleitung läßt sich probehalber die Speisung des Kühlwassers so umleiten, daß der Werkzeugeinsatz mit Überdruck geprüft wird. Hierbei tritt dann durch die Risse im Gießwerkzeug Kühlwasser aus, und es kann insofern geprüft werden, ob die Undichtigkeiten nicht derart groß sind, daß doch ein Austauschs des Werkzeugs geboten ist.

Weitere Vorteile, Einzelheiten und Merkmale ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand der Zeichnung.

Es zeigen:

Die einzige Figur der Zeichnung eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Druckgußeinrichtung in einem Ausführungsbeispiel.

Die in Fig. 1 dargestellte Druckgußeinrichtung 10 weist einen Werkzeugeinsatz 12 auf, der von einem Gießwerkzeugrahmen 14 gehalten ist. Sie wird von einer Mehrzahl von Kühlkanälen durchtreten, von denen ein Kühlkanal 16 in der Figur schema­ tisch das Gießwerkzeug 18 durchtretend dargestellt ist, wäh­ rend vier weitere Kühlkanäle 20, 22, 24 und 26 lediglich mit ihren Eingängen und Ausgängen dargestellt sind. Es versteht sich, daß die Kühlkanäle in beliebiger geeigneter Weise inner­ halb des Gießwerkzeugs 18 geführt sind und insbesondere auch ohne weiteres nahe an der Werkzeugoberfläche geführt sein können, beispielsweise auch in einem Abstand von lediglich 0,3 cm oder sogar noch etwas darunter.

Ferner ist es auch möglich, eine Auswerferbohrung mit dem Kühlwasserkanal zu kreuzen, ohne daß Kühlwasser austritt. Diese Lösung war bislang nicht realisierbar, da zu große Kühlwasserverluste entstanden wären. Durch die geringe Tole­ ranz zwischen Auswerfer und Auswerferbohrung ergibt sich er­ findungsgemäß nur ein ganz geringer Nebenlufteintritt, wobei - wie vorstehend angeführt - Nebenluftbläschen zudem zur Reini­ gung der Kühlkanäle verwendet werden können.

In dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist jeder Kühlkanal 18 bis 26 mit einem Wassermengenmesser 28 und einem Absperr­ ventil 30 versehen. Es versteht sich, daß derartige zusätz­ liche Einrichtungen fakultativ sind. Ferner ist jeder Kühl­ kanal 16 und 20 bis 26 auslaßseitig mit je einem Druckgeber 32 versehen, sowie mit einem weiteren Absperrventil 34. Ein der­ artiges System erlaubt es, auch unterschiedliche Gießwerkzeuge einzusetzen und die Anzahl der erforderlichen Kühlkanäle an die Erfordernisse anzupassen.

Die zueinander parallel geschalteten Kühlkanäle 16, 20, 22, 24 und 26 weisen dementsprechend am Gießwerkzeug je einen Eingangsanschluß 36 und einen Ausgangsanschluß 38 auf. Die Kühlkanäle sind in einen Primär-Kühlkreis 40 eingebunden, der im folgenden beschrieben wird.

Ausgangsseitig der Ausgangsanschlüsse 38 sind die Kühlkanäle 16 und 20 bis 26 zusammengeführt und sind mit dem Unterdruck­ anschluß eines Strahlrohrs 42 verbunden. Das Strahlrohr wirkt als Unterdruckquelle und kann in beliebiger geeigneter Weise ausgebildet sein, wobei es sich versteht, daß im Grunde an­ stelle des Strahlrohrs 42 auch andere geeignete Unterdruck­ pumpen realisiert sein können.

Allerdings ist es bevorzugt, daß Strahlrohr 42 einzusetzen, allein schon wegen des geringen Verschleißes und der Funk­ tionssicherheit. Ein Strahlrohr wird durch einen eventuellen Trockenlauf nicht geschädigt, und hat keine drehenden Teile. Zudem arbeitet das erfindungsgemäß bevorzugte Strahlrohr bereits bei einem geringen Vorlaufdruck in Höhe von 1,5 bar.

Das durch das Strahlrohr abgesaugte Kühlwasser gelangt über eine Leitung 44 zu einem Vorratsbehälter 46, der mit einem Überlauf 48 ausgestattet ist, der einem zentralen Kühlwasser­ becken zugeleitet wird. Das zentrale Kühlwasserbecken ist in der Figur nicht dargestellt.

Das zentrale Kühlwasserbecken speist auch einen weiteren Vorratsbehälter 50, den Vorratsbehälter des Primärkreislaufes 40. Der Vorratsbehälter 50 ist mit seinem Auslaß mit einer Leitung 52 verbunden, die in die Kühlkanäle 16 und 20 bis 26 verzweigt wird.

Zusätzlich zu dem dargestellten Primärkreislauf ist ein Sekundärkreislauf 60 vorgesehen. Der Sekundärkreislauf 60 beginnt bei dem Vorratsbehälter 46 des Sekundärkreislaufs. Es ist ein Rückschlagventil 62 vorgesehen, das an den Ausgangsan­ schluß des Vorratsbehälters 46 angeschlossen ist. Das Rück­ schlagventil 62 ist ferner in Verbindung mit einer Pumpe 64 und einem dieser nachgeschalteten Ausdehnungsgefäß 66. Die Druckseite der Pumpe 64 ist mit dem Eingangsanschluß des Strahlrohrs 42 verbunden, und die Leitung 44 wird anschließend an das Strahlrohr 42 von dem Primärkreislauf 40 und dem Sekundärkreislauf 60 gemeinsam durchtreten.

Der Primärkreislauf steht im Bereich des Ausgangsanschluß 38 unter einem Unterdruck von etwa 0,8 Bar. Demgegenüber steht der Sekundärkreislauf 60 stromab der Pumpe 64 unter einem Überdruck von etwa 3 Bar. Bevorzugt ist die Leitung 44, die von Sekundär- und Primärkreislauf gemeinsam genutzt ist, mit einem etwas vergrößerten Durchmesser ausgelegt, um stromab des Strahlrohrs 42 einen Druck bereitzuhalten, der etwa dem Umge­ bungsdruck entspricht.

Beide Vorratsbehälter 46 und 50 sind in an sich bekannter Weise mit Sensoren 72 ausgerüstet, wobei die Sensoren dazu dienen, ein Unterschreiten bzw. Überschreiten des je vorge­ gebenen Flüssigkeitspegels zu melden.

Auch wenn hier bevorzugt als Kühlflüssigkeit Wasser zum Einsatz gelangt, versteht es sich, daß das erfindungsgemäße Prinzip grundsätzlich auch für beliebige andere Kühlflüssig­ keiten geeignet ist.

In dem in der Figur dargestellten bevorzugten Ausführungs­ beispiel ist zusätzlich eine Bypassleitung 74 vorgesehen. Diese Bypassleitung ist mit entsprechenden Umschaltventilen einsetzbar und ist im Normalbetrieb abgeschaltet. Sie dient zur Prüfung der Dichtheit des Gießwerkzeugs 18. Durch die Umschaltung eines Umschaltventils 80 ausgangsseitig der Pumpe 64 kann die Bypassleitung 74 anstelle des Strahlrohrs 42 durchströmt werden. Ein Absperrventil 82 trennt die Bypass­ leitung 74 von dem Vorratsbehälter 50. Die Kühlkanäle 16 und 20 bis 26 können auf diese Weise unter Überdruck gesetzt werden, und es kann der im Gießwerkzeug 18 entstehende Kühl­ wasserverlust gut beurteilt werden, wobei es sich versteht, daß die Absperrventile 34 geschlossen werden können.

Erfindungsgemäß ist die Druckgußeinrichtung als Druckguß­ einrichtung bevorzugt. Es versteht sich, daß anstelle dessen auch eine beliebige andere Werkstück-Erzeugungsvorrichtung, wie eine Spritzgießmaschine, oder eine andere gekühlte Ver­ formungseinheit, die Kühlkanäle erfordert dementsprechend gekühlt werden kann.

Claims (9)

1. Werkstück-Erzeugungsvorrichtung, insbesondere Druckguß­ einrichtung, mit einem Gießwerkzeug, das mehrere Kühlkanäle aufvaeist, die sich der Werkzeugoberfläche benachbart er­ strecken, wobei die Kühlkanäle mindestens einen Eingangs­ anschluß und mindestens einen Ausgangsanschluß für die Kühlflüssigkeit aufweisen, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgangsanschluß (38) an eine Unterdruckquelle (42) und der Eingangsanschluß (36) an einen Kühlflüssigkeits-Vorrats­ behälter (50) angeschlossen ist.

2. Werkstück-Erzeugungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Eingangsanschluß (36) und Ausgangsanschluß (38) über einen Kühlkreislauf (40) miteinander verbunden sind.

3. Werkstück-Erzeugungsvorrichtung nach einem der vorherge­ henden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als Unterdruck­ quelle ein Strahlrohr (42) eingesetzt ist, das von einem zwei­ ten Kühlkreislauf (60) durchströmt ist.

4. Werkstück-Erzeugungsvorrichtung nach einem der vorhergehen­ den Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Eingangsan­ schluß (36) unter Umgebungs-Luftdruck steht und der Ausgangs­ anschluß (38) unter einem Saugdruck von mindestens 0,3 insbe­ sondere 0,5 bis 0,9 und bevorzugt 0,8 Bar steht.

5. Werkstück-Erzeugungsvorrichtung nach einem der vorherge­ henden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlkanäle (16, 20, 22, 24, 26) extrem nahe an die Werkzeugoberfläche herangeführt sind, insbesondere bis auf 0,2 bis 0,8 cm.

6. Werkstück-Erzeugungsvorrichtung nach einem der vorher­ gehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Kühl­ flüssigkeits-Vorratsbehälter (46, 50) mit Niveausonden aus­ gerüstet ist, die ein Unterschreiten/Überschreiten des vor­ gegebenen Kühlflüssigkeitspegels signalisieren.

7. Werkstück-Erzeugungsvorrichtung nach einem der vorher­ gehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Primär- Kühlkreislauf (40) mit einem Kühlturm oder externen Verdun­ stungskühler und einem Abscheider für Verunreinigungen aus­ gestattet ist.

8. Werkstück-Erzeugungsvorrichtung nach einem der vorher­ gehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Sekundär- und der Primär-Kühlkreislauf (60, 40) je einen Vorratsbehälter (46, 50) aufweisen und daß das durch das Gießwerkzeug (18) erwärmte Kühlwasser aus einem Überlauf des Sekundär-Vorrats­ behälters (46) zu einem zentralen Kühlwasserbecken abgeleitet wird, und daß das dem Gießwerkzeug (18) zugeleitete Kühlwasser aus dem Primär-Vorratsbehälter (50) zugeleitet wird, der aus dem zentralen Kühlwasserbecken gespeist ist.

9. Werkstück-Erzeugungsvorrichtung nach einem der vorhergehen­ den Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sich der Primär- Kühlkreislauf (40) und der Sekundär-Kühlkreislauf (60) über den Abschnitt zwischen dem Strahlrohr (42) und dem Sekundär- Vorratsbehälter (46) überlappen.