DE2045964C - Verfahren zum Kuhlen von Vorrichtungen, insbesondere Druckgießwerkzeugen, und System zur Durchfuhrung dieses Verfahrens - Google Patents

Description

4. System nach Anspruch 2 c !er 3, dadurch 30 Kochen des Wassers zu verhindern,
gekennzeichnet, daß das Ventil (40) als ein einen Es ist bekannt (deutsche Auslegeschrift I 282 865), Offen- und einen Schließzustand aufweisendes in einem Kühlmittelkreislauf eine Pumpe anzuoidnen, Ventil, insbesondere als Magnetventil, ausgebildet die jedoch bisher lediglich der Überwindung des ist, dem ein zweites Ventil (42) mit stufenlos ein- Lcitungswiderstands im Kühlmit'-'!kreislauf diente; stdlbarcr Öffnung parallel geschaltet ist. 35 nur durch die diesem Leitungswiderstand ent-

5. System nach Anspruch 3, gekennzeichnet sprechende Druckdifferenz unterscheidet sich bei durch einen Druckfühlcr (28) im Wasserkreislauf dem bekannten System der Druck im Kreislauf maxizur Steuerung des Ventils (40) zum Zwecke des mal von demjenigen in einer Speiseleitung.
Aufladens des Kreislaufs. Bei einem weiteren bekannten System mit einem

6. System zur Durchführung des Verfahrens 40 Wasserkreislauf wird der Übeidruck dem üblichen nach Anspruch 1 mit einer mehrstufigen Pumpe, Wasserversorgungsnetz entnommen. Dies ist allerderen Ansauganschluß über ein Rückschlagventil dings deshalb unbefriedigend, weil infolge des häufig oder eine ähnlich wirkende Sperre mit einer recht geringen Drucks im Wasserversorgungsnetz nur Speiseleitung für den Wasserkreislauf verbunden mit relativ niedrigen Temperaturen gearbeitet werist, dadurch gekennzeichnet, daß der Wasser- 45 den kann. Um diesem Übel abzuhelfen, wurde schon kreislauf (14) zwischen Pumpenausgang und einer vorgeschlagen, mit einer speziellen Speisepumpe im Pumpenstufe (16ft) vorgesehen ist, bei der es sich Wasserkreislauf den notwendigen Druck zu erzeugen, nicht um die erste Stufe der mehrstufigen Pumpe Allerdings ist diese Lösung recht aufwendig, wie die handelt (F i g. 2). nachfolgenden Betrachtungen noch zeigen werden.

7. System nach Anspruch 6, dadurch gekenn- 50 Der Erfindung lag die Aufgabe zugrunde, ein zeichnet, daß vom Wasserkreislauf eine Abfluß- Kühlverfahrcn der eingangs erwähnten Art zu schafleitung (38) abzweigt, in der mindestens ein Ven- fen, das das Arbeiten bei relativ hohen Temperaturen til (40, 42) zur Steuerung der Kühlleistung vor- mit geringstmöglichem Energieaufwand für die gesehen ist. Druckerzeugung im Wasserkreislauf erlaubt, und

8. System nach Anspruch 7, dadurch gekenn- 55 diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gezeichnet, daß in der Abflußleitung ein einen löst, daß zunächst der Kreislauf mit der Pumpe auf Offen- und einen Schlicßzustand aufweisendes den Betriebsdruck aufgeladen wird, und daß anVentil (40), insbesondere ein Magnetventil, sowie schließend von der Pumpe nur noch die zur Überein zweites Ventil (42) mit stufenlos einstellbarer windung des Leitungswiderstands des Kreislaufs eröffnung vorgesehen sind. 60 forderliche Druckdifferenz erzeugt wird. Die Pumpe

benötigt also nur relativ kurzzeitig viel Antriebs-

______ energie, bis uct Wasserkreislauf auf den Betriebs

druck aufgeladen ist, worauf dieser Kreislauf vom Versorgungsnetz getrennt werden kann, so daß die

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Kühlen 65 Pumpe lediglich noch die zum Umpumpen des Was-V(Hi Vorrichtungen, insbesondere DruckgieUwcrkzeu- sers im Kreislauf erforderliche geringe D.'uckgen, r.iiMels eines unter Druck stehenden Wasser- differenz erzeugen muß.
krcislauts, der an das normale Versorgungsnetz an- Durch die Erfindung wurden nun verschiedene

Möglichkeiten aufgezeigt, ein nach dem erfindungcgemäßen Verfahren arbeitendes System zu gestalten, wobei von einem System ausgegangen wird, dns eine Pumpe ii. einem Wasserkreislauf aufweist, deren Ansauganschluß über ein Rückschlagventil oder eine ähnlich wirkende Sperre mit einer Speiseleitung für den Wasserkreislauf verbunden ist.

Bei einer ersten Ausführungsform des crfindungsgemäßcn Systems sind im Wasserkreisla'if ein Druckspeicher und ein diesem nachgeschaltetes Ventil vorgesehen, hinter dem der Wasserkreislauf an den Ansiuganschluß der Pumpe geführt ist. An sich wäre C^. iiulllitivfi uu-t. J^i.Kl.u,, auf Uv.ll DI UL \3| ItH. I It1

zu \erzichien, jedoch würden dann schon geringste Änderungen des Zustands des Wasserkreislaufs durch die damit in der Regel verbundenen Drucksclnvankungen dazu führen, daß die Pumpe den Kreislauf erneut aufladen müßte. Infolgedessen empfiehlt es sich, als Puffer einen derartigen Druckspeicher vorzusehen. Das Ventil kann nun verschiedenen Zwecken dienen: Wird es kurzzeitig geschlossen, so wird der Druckspeicher, der insbesondere als Windkessel ausgebildet ist, nach dem Prinzip des hydraulischen Widders aufgeladen, so daß die Pumpe nicht die uesamte Druckdifferenz z\vischen Versorp-ingsiKl/druck und Betriebsdruck des Kreislaufs unmittelbar erzeugen können muß. Des weiteren kann man, soll die in den Wasserkreislauf eingeschaltete Vorrichtung gekühlt werden, mit dem Ventil die Kiihl-Li4ung steuern, wenn, wie üblich, der Wasserkreislauf auch noch über ein Überdruck-oder Sicherheitsventil verfügt: Wird nämlich das Ventil langzeitig ganz oi':r nur geringfügig geöffnet, so fördert die Pumpe Wasser über das Sicherheitsventil in eine Abflußleitung und saugt gleichzeitig kaltes Wasser aus dem Versorgungsnetz an. Gerade für diesen Zweck ist es empfehlenswert, das Ventil als ein einen Offen- und einen Schließzustand aufweisendes Ventil, insbesondere als Magnetventil auszubilden, dem ein zweites Ventil mit stufenlos einstellbarer öffnung parallel geschaltet ist. Zum Aufladen des Druckspeichers wird dann das erste Ventil kurzzeitig geschlossen, während es während des Aufheizvorgangs, der beispielsweise Tiittels einer in den Wasserkreislauf eingeschalteten Heizung bewerkstelligt wird, völlig geöffnet ist. Gleichfalls geschlossen, und zwai langzeitig, ist das erste Ventil im Falle des Kühlens der zu temperierenden Vorrichtung, wobei dann die Kühlleistung durch das mehr oder minder geöffnete zweite Ventil insbesondere stufenlos eingestellt werden kann.

Um eine automatische Beibehaltung des Betriebsdrucks zu gewährleisten, beispielsweise dann, wenn Leckverluste im Wasserkreislauf auftreten, empfiehlt sich noch der Eiinbau eines Druckfühlers in den Wasserkreislauf zur Steuerung des ersten Ventils zum Zwecke des Auiladens des Wasserkreislaufs.

Während bei dem vorstehend beschriebenen crfindungsgemäßen Gerät zum Aufladen des Wasserkreislaufs auf den Betriebsdruck der Umlauf des Wassers kurzzeitig interbrochcn werden muß und Driickschwankungen nicht zu vermeiden sind, wird dies bei einer zweiten Ausfiihrungsform des erfindungsgemäßen Systems vermieden, indem eine mehrstufige Pumpe verwendet wird, wobei gemäß der Erfindung der Wasserkreislauf so ausgebildet ist, daß er nur zwischen Pumpenausgang und einer Pumpenstufe vorgesehen ist, bei der es sich nicht um die erste Stufe der mehrstufigen Pumpe handelt Sämtliche Stufen der Pumpe werden also zunächst einmal zum Aufladen des Wasserkreislaufs eingesetzt, während nach Erreichen des Betriebsdrucks und Schließen S des Rückschlagventils zwischen Ansauganschluß der Pumpe und Speiseleitung nicht mehr alle Stufen der Pumpe wirksam sind, sondern nur noch eine oder wenige Stufen, die im eigentlichen Wasserkreislauf liegen und der Überwindung des Leitungswiderstands ίο des Kreislaufs dienen. Es ist nun ohne weiteres einleuchtend, daß bei einer solchen Konstruktion das Wasser auch während des Aufladens umgewälzt wird.

keine nachteiligen Auswirkungen auf die Tem-

peraturkonstanz der zu temperierenden Vorrichtungen haben.

Soll bei einem derartigen System die Steuerung der Kühlleistung möglichst einfach erfolgen, so empfiehlt es sich, vom Wasserkreislauf eine Abflußieitung abzweigen zu lassen, in der mindestens ein Ventil zur Steuerung der Kühlleistung vorgesehen ist. Wird dieses Ventil mehr oder weniger weit geöffnet, so saugt die Pumpe aus de- Speiseleitung für den Wasserkreislauf entsprechende Mengen kalten Wassers an, und auch hier kann es sich wieder empfehlen, in der Abflußleitung statt eines einzigen Ventils ein einen Offen- und einen Schließzustand aufweisendes Ventil, insbesondere ein Magnetventil, vorzusehen sowie ein zweites Ventil mit stufenlos einstellbarer öffnung. Am letzteren kann es sich um ein einfaches Ventil mit Handrad handeln, mit dem dann bei völlig geöffnetem Magnetventil die Kühlleistung eingestellt wird.

Hervorzuheben ist noch, daß bei dem zuletzt beschriebenen System auch bei Leckverlusten ohne Ansprechen irgendeiner Steuerung ein Druckverlust vermieden wird, da einfach die Pumpe aus der Speiseleitung Wasser ansaugt und in den Wasserkreislauf fördert. Auf diese Weise lassen sich Dampfblasen im System völlig vermeiden.

Anschließend wird die Erfindung an Fland verschiedener Ausführungsbeispiele der beiden erfindungsgemäßen Systeme erläutert. In der Zeichnung zeigt

Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel des an erster Stelle beschriebenen erfindungsgemäßen Systems und

Fig. 2 ein Ausführungsbeisp'el des zweiten erfindungsgemäßen Systems.

Beide Darstellungen sind stark schematisch gehalten, so daß alles, was für die Erfindung nicht wesentlich ist, weggelassen wurde.

Die Fig. 1 zeigt eine Kaltwasser-Speiseleitung 10, die über ein Rückschlagventil 12 an einen als Ganzes mit 14 bezeichneten Kühlwasserkreislauf angeschlossen ist. Dieser umfaßt zunächst einmal eine mehrstufige Kreiselpumpe 16, die von einem Elckiromotor 18 über eine Welle 20 angetrieben wird, ferner eine Heizvorrichtung 22 zum Aufheizen des aus der Speiseleitung 10 stammenden kalten Wassers auf die Betriebstemperatur des Systems und die zu temperierende Vorrichtung, bei der es sich um ein Spritzgußwcrkzeug 24 mit Kühlknnälcn 26 handeln soll. Diesem nacligeschaltet ist zunächst einmal ein Druckfiihlcr 28, dann ein Windkessel 30, der über cine Abzv^veigiuig 32 mit dem Kühlwasserkreislauf verbinden ist, ein über eine Abzweigung 34 angeschlossenes Sicherheitsventil 36, das ab einem bestimmten maximalen Oberdruck im Kühlwasserkreislauf den Ab-

fluß in cine Abflußlcitung 38 freigibt, und schließlich eine Parallelschaltung aus einem Magnetventil 40 und einem Ventil 42 mit Handrad zum Einstellen des üffnungsquerschnitts. Das Magnetventil 40 wird vom Driickfiihlcr 28 gesteuert, und zwar in der Weise, daß beim Abfallen des Drucks im Kühlwasserkreislauf unter einen vorgegebenen Wert das Magnetventil 40 geschlossen wird.

Die Betriebsweise des in F i g. 1 gezeigten Systems ist die folgende: Die Kreiselpumpe 16 saugt über das Rückschlagventil 12 kaltes Wasser aus der Speiseleitung 10 an, fördert dieses durch die Heizvorrichtung 22, in der das Wasser auf die Betriebstemperatur des Spritzgußwerkzeugs 24 erhitzt wird, worauf es durch den Druckfühler 28 hindurch und am Windkessel 30 vorbei über die Parallelschaltung aus Magnetventil 40 und Ventil 42 wieder zum Ansauganschlußl6a der Pumpe 16 gelangt. Zunächst wird nun einmal der Kreislauf 14 so weit aufgeladen, wie dies der Druckdifferenz zwischen Ansauganschluß und Ausgang der Kreiselpumpe 16 entspricht, und diese Druckdifferenz addiert sich zum Druck in der Speiseleitung 10. Dann wird in geeigneter Weise kurzzeitig das Magnetventil 40 geschlossen, was über den Druckfühlcr 28 und ein in ihm enthaltenes, nicht gezeigtes Zeitglied erfolgen kann. Es sei dabei zunächst einmal angenommen, daß das Ventil 42 geschlossen sei. Bei kurzzeitigem Schließen des Magnetventils 40 wird der Windkessel 30 nach dem Prinzip des hydraulischen Widders weiter aufgeladen, so daß nach einmaligem oder mehrmaligem kurzzeitigem Schließen des Magnetventils 40 der Druck im Kühlwasserkreislauf 14 wesentlich höher ist, als dies dem Druck in der Speiseleitung 10 zuzüglich der Druckdifferenz, die die Kreiselpumpe 16 herzustellen vermag, entspricht.

Im Normalzustand hat dann die Kreiselpumpe 16 nach erfolgtem Aufladen auf den Betriebsdruck des Kühlwasserkreislaufs nur noch den Strömungswiderstand im Kreislauf zu überwinden.

Tritt im Kreislauf 14 ein Leckverlust auf, so schließt der Druckfühlcr 28 das Magnetventil 40 wieder kurzzeitig, wobei gleichzeitig kaltes Wasser über das Rückschlagventil 12 in den Kreislauf 14 eintritt.

Soll nun das Spritzgußwerkzeug 24 gekühlt werden, wird das Magnetventil 40 für die Zeitdauer des Kühlcns geschlossen. Dies erfolgt am einfachsten über einen nicht gezeigten, im Spritzgußwerkzeug 24 oder an diesem vorgesehenen Temperaturfühler, der über eine Stcuerleitung, die ebenfalls nicht dargestellt ist, mit dem Magnetventil 40 verbunden ist. Sind nun beide Ventile 40 und 42 geschlossen, so öffnet beim Überschreiten des vorgegebenen Drucks für den Kühlwasserkreislauf das Sicherheitsventil 36, so daß in dem Maß kaltes Wasser aus der Speiseleitung 10 in den Kreislauf 14 eintritt, als aus dem Kreislauf Wasser durch die Abflußlcitung 38 abfließt. Durch mehr oder minder starkes Öffnen Jcs Ventils 42 kann nun die Kühlleistung verringert und auf den gewünschten Wert eingestellt werden.
In dem System gemäß F i g. 2 sind diejenigen Teile, die auch in dem System gemäß F i g. 1 vorkommen, mit denselben Bezugszeichcn versehen, wie in Fig. 1. Infolgedessen erübrigt sich eine Beschreibung des Aufbaus des Systems der F i g. 2, da

ίο diese lediglich zusätzlich noch ein zweites Rückschlagventil 12 a aufweist. Außerdem verläuft der Kühlwasserkreislauf 14 nicht zwischen Pumpenausgang und dem Ansauganschluß 16 a der ersten Stufe der Kreiselpumpe, sondern zwischen dem Pumpenausgang und einem Ansauganschluß 16 b einer der ersten Stufe nachgcordncten Stufe. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel weist die Pumpe 16 sieben Stufen auf, und der Ansauganschluß 16 b ist der Ansauganschluß der fünften Stufe.

ao Die Wirkungsweise des in F i g. 2 gezeigten Systems ist die folgende: Die mehrstufige Kreiselpumpe fördert kaltes Wasser aus der Speiseleitung 10 und dem Rückschlagventil 12 in den Kreislauf 14, wo es zunächst von der Heizvorrichtung 22 auf die Betriebstemperatur c.wärmt wird. Die Heizvorrichtung kann von einem im oder am Spritzgußwerkzeug 24 vorgesehenen Temperaturfühler gesteuert werden, der auch wieder das Magnetventil 40 steuern kann, um den Kühlvorgang einzuleiten. Der durch alle sieben Stufen der Pumpe 16 aufgeladene Kreislauf 14 wird bei Erreichen des Betriebszustandes nur noch von den letzten drei Stufen der Pumpe 16 zwischen Ansauganschluß 166 und Pumpenausgang betrieben, da ja die ersten vier Stufen kein Wasser mehr fördern.

Das Sicherheitsventil 36 vermeidet wieder das Entstehen eines unzulässigen Überdrucks im Kreislauf 14. Tritt nun irgendein Leckverlust im Kühlwasserkreislauf 14 auf, so spricht keinerlei Steuerung an, sondern die einzige Folge ist, daß die ersten vier Stufen der Pumpe 16 unter Aufrechterhaltung des Betriebsdrucks das dem Kreislauf verlorengegangene Wasser aus der Speiseleitung 10 ersetzen. Ein·: Dampfblasenbildung wird also mit Sicherheit ausgeschlossen, und durch die Anzahl der dem Kreislauf 14 vorgeschalteten Pumpenstufen kann der Betriebsdruck auf einen beliebigen Wert eingestellt werde. . Soll das Spritzgußwerkzeug 24 gekühlt werden, so wird beispielsweise über den im Spritzgußwerkzeug vorgesehenen Temperaturfühler das Magnetventil 40

geöffnet, und durch eine entsprechende Einstellung des Ventils 42 an seinem Handrad kann die Beimischung kälten Wassers aus der Speiseleitung 10 zum Kreislauf 14 und damit die Kühlleistung bestimmt werden.

Im Gegensalz zum System nach Fig. 1 sind also die Funktionen »Aufladen des Kreislaufs« und »Kühlen« nicht miteinander gekoppelt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

1 2 Patentansprüche: geschlossen ist und bei dem mit einer Pumpe ein Betriebsdruck erzeugt wird, der einen ausreichend

1. Verfahren zum Kühlen von Vorrichtungen, hohen Kochpunkt des Kühlwassers gewährleistet; ferinsbesondere Druckgießwerkzeugen, mittels eines ncr betrifft die Erfindung ein System zur Durchunter Druck stehenden Wasserkreislaufs, der an S führung eines derartigen Verfahrens.

das normale Versorgungsnetz angeschlossen ist Auf den verschiedensten Gebieten der Technik ist

und bei dem mit einer Pumpe ein Betriebsdruck es erforderlich, Vorrichtungen zu kühlen, bei denen

erzeugt wird, der einen ausreichend hohen Koch- das Kühlwasser auf eine Temperatur über 100° C

punkt des Kühlwassers gewährleistet, dadurch erhitzt wird. Ferner ist es in solchen Fällen häufig

gekennzeichnet, daß zunächst der Kreis- io auch erforderlich, mit dem Kühlwasserkreislauf die

lauf mit der Pumpe auf den Betriebsdruck auf- Vorrichtung vor Inbetriebnahme auch auf die Be-

gcladcn wird und daß anschließend von der triebstempcratur aufzuheizen, die beispielsweise bei

Pumpe nur noch die zur Überwindung des Druckgießwerkzeugen ebenfalls über 100° C liegen

Leitungswiderstands des Kreislaufs erforderliche kann.

E>,„_tKj;rfv.^.u. W^i-U₅. niia, 15 tis sinu nun ."systeme zum Temperieren von Druck-

2. System ?ur Durchführung des Verfahrens gießwerkzeugcn bekannt, bei denen als Kühlmittel nach Anspruch 1 mit einer Pumpe in einem Öl verwendet wird, das den Vorteil besitzt, daß es Wasserkreislauf, deren Ansauganschluß über ein sich auf Temperaturen über 100' C drucklos erRückschlagventil oder eine ähnlich wirkende hitzen läßt. Außerdem kann es auch bei derart hohen Sperre mit einer Speiseleitung für den Wasser- 20 Temperaturen als Kühlmittel eingesetzt werden, ohne kreislauf verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß man deshalb den Kühlmittelkreislauf unter Druck daß im Wasserkreislauf (14) ein Druckspeicher setzen müßte. Es weist jedoch den Nachteil auf, daß (30) und ein diesem nachgeschaltctes Ventil (40) wegen der Spaltlingsgefahr und auch wegen seiner vorgesehen sind, hinter dem der Wasserkreislauf niedrigen spezifischen Wärme sowohl die Aufheizan den Ansauganschluß (16 α) der Pumpe (16) 25 geschwindigkeit als auch die Abkühlgeschwindigkeit geführt ist (Fig. 1). begrenzt sind. D;cs ist der Grund, weshalb man

3. System naJi Anspruch 2, dadurch gekenn- neuerdings Wasser als Kühlmittel bevorzugt. In zeichnet, daß der Druckspeich-r ein Windkessel diesem Fall ist es jedoch häufig erforderlich, den (30) ist. Kühlmittelkreislauf unter Druck zu setzen, um ein