DE2802335A1

DE2802335A1 - Verfahren zum temperieren von formen, insbesondere druckgiess-, spritzguss- o.dgl. formen und vorrichtung zur durchfuehrung des verfahrens

Info

Publication number: DE2802335A1
Application number: DE19782802335
Authority: DE
Inventors: Heinz Kienle
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1978-01-20
Filing date: 1978-01-20
Publication date: 1979-12-13

Description

Verfahren zum Temperieren von Formen, insbesondere
Druckgieß-, Spritzguß- od. dgl. Formen und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Temperieren, insbesondere zum Aufheizen von Formen, insbesondere Druckgieß-, Spritzguß- od. dgl. Formen,mittels eines die Form um-ind/oder durchströmenden Mediums und eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.
Es ist bekannt, daß insbesondere Druckgießformen, aber auch andere Gießformen, vor dem Druckgießvorgang angeheizt und nach dem Druckgießen wieder abgekühlt werden müssen. Auch bei Spritzgußformen in der Kunststoffbearbeitung ist es erforderlich, diese Formen vor ihrer Inbetriebnahme anzuheizen.
Bisher hat man zum Abheizen solcher oder anderer Betriebsmittel offene Gasflammen, Infrarotstrahler oder elektrische Widerstandsheizkörper benutzt. Nachteilig ist hierbei daß insbesondere beim Anheizen mittels offener Gas flammen die Gießform örtlich überhitzt werden kann, so daß Spannungen in der Gießform entstehen, so daß es zum Verzug der Gießform und damit zu einem frühzeitigen Verschleiß kommen kann. Die Anheizung mittels elektrischer Widerstandsheizkörper ist nur bei größeren aufwendigen Gießformen üblich. Hierzu ist es erforderlich, die Gießform konstruktiv besonders auszugestalten, insbesondere Sackbohrungen vorzusehen, in welche die Widerstandsheizkörper eingesetzt werden. Bei großen Formen müssen zur Erzielung einer gleichmäßigen Erhitzung dieser Formen eine Vielzahl von Widerstandsheizkörpern in ihr untergebracht werden, was den konstruktiven Aufwand erheblich vergrößert. Die Anordnung der Widerstandsheizkörper in Sacklochbohrungen stellt überdies einen zusätzlichen konstruktiven Aufwand dar, wobei noch zu berücksichtigen ist, daß außer diesem für die Aufheizung dienenden technischen Aufwand noch zusätzlich Kühlkanäle zu einer notwendigen Abkühlung der Form vorgesehen werden müssen.
Es ist auch bekannt, für die Wärmebehandlung> also für das Aufheizen bzw. Abkühlen von Formen oder anderen Betriebsmitteln als Wärmeübertragungsmedium dl zu verwenden. Das öl wird mittels eines Wärmetauschers - meist ein Tauchheizkörper - auf die jeweils erforderliche Temperatur gebracht und wird anschließend durch die Kühlkanäle der anzuheizenden Form geleitet, und zwar so lange, bis dietRießform die gewünschte Anheiztemperatur hat. Nach dem Druckgießvorgang muß innerhalb kurzer Zeit zur Abfuhr der beim Druckgießen entstandenen wärme das bl sehr rasch gekühlt werden, was mittels eines zweiten Wärmeaustauschers geschieht. Dabei sind die beiden Wärmetauscher zum Aufheizen und zum Abkühlen des Wärmemediums, also des öles, in einem geschlossenen Kreislauf angeordnet.
Der Nachteil dieses Anheizverfahrens mittels öl besteht in der relativ geringen Wärmekapazität von Flüssigkeiten, insbesondere von öl. Auch der Wärmeübertragungskoeffizient von öl ist relativ schlecht. Um trotzdem kurze Anheizzeiten realisieren zu können, müssen hohe elektrische Leistungen in die Anheizgeräte installiert werden. Das kann insbesondere bei Arbeitsbeginn, wenn mehrere Anheizgeräte gleichzeitig eingeschaltet werden, zu erheblichen Leistungsspitzen führen. Außerdem müssen in der Gießform weitere !A#Irmeaustauschflächen (Kanäle) untergebracht werden, als wenn während der Kühlphase als Kühlmedium Wasser verwendet wird. Schließlich besteht ein weiterer Nachteil darin, als aufwendige Temperiereinrichtungen für jeden einzelnen Temperierkreis der Gießform notwendig sind; bekanntlich hat eine Gießform in der Regel mehrere Temperierkreise.
Ausgehend von diesem Stande der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein möglichst einfaches und im rauhen Gießereibetrieb leicht zu beherrschendes Verfahren zum Anheizen der Druckgieß-, Spritzguß- oder sonstigen Form anzuwenden. Dabei sollen die in den meisten Formen ohnehin vorhandenen Kühlkanäle weitestgehend als Wärmeaustauschflächen beim Anheizen genügen.
Durch die Erfindung wird insbesondere erreicht, daß auch große Gießformen schnell und Material schonend auf eine beliebige Arbeitstemperatur aufgeheizt werden können. Diese Aufgabe wird durch einen im Dampfzustand befindlichen Stoff gelöst; bekanntlich haben Dämpfe und Gase gegenüber ihrem flüssigen Zustand eine sehr hohe Enthalpie (spezifische Wärmekapazität ), auch die Strömungsgeschwindigkeit kann in der dampfförmigen Phase höher sein. Ihre optimalen Eigenschaften für die Wärmeübertragwng erreichen Dämpfe in ihrem Sättigungszustand; hauptsächlich sind dafür die Enthalpie, der Wärmeübertragungskoeffizient und die Strömungsgeschwindigkeit maßgebend. Aber auch überhitzte Dämpfe weisen gegenüber ihrem flüssigen Medium wesentlich günstigere Eigenschaften zur ärmebertragung auf. Wie sich aus den Dampftabellen der verschiedenen Stoffe ersehen läßt, kann mit einem dampfförmigen Medium jede beliebige Temperatur realisiert werden. Es ist lediglich darauf zu arten, daß der Dampfdruck beherrschbar bleibt.
Vorzugsweise wird für das Anheizen von Gießformen oder sonstigen Betriebsmitteln Wasserdampf verwendet. Bis zu Arbeibstemperaturen von 473 K (2000C) wird bevorzugt gesättigter Wasserdampf und für höhere Temperaturen überhitzter Wasserdampf eingesetzt, was sich hauptsächlich nach dem praktisch beherrschbaren Betriebs druck des Dainpfes richtet. Die Verwendung von Wasserdampf zum Anheizen hat auch den Vorteil, daß er sich gut mit dem Kühlwasser für den Kühlbetrieb verträgt. Somit kann, sofern ein Kühlbetrieb erforderlich ist, weiterhin das altbewp#rte Kühlwasser mit seinen günstigen Wdrrseiib ertragungs eigenschaften verwendet werden.
Obwohl Wasserdampf das einfachste Medium zur Wärmeübertragung ist, können auch noch andere Stoffe in der dampfförmigen Phase zum Anheizen von Formen od. dgl. verwendet werden, wie beispielsweise Äthylalkohol. Auch die Verwendung von Dampf- oder Gasgeniischen in jeder beliebigen Zustandsform ist möglich, als Beispiel sei ein Damptuemisch aus Wasser und Athylalkohol genannt.
Voraussetzttng ist lediglich, daß sich diese Dämpfe mit dem Stoff vertragen, der für den Kühlbetrieb verwendet wird.
Die dem Anheizverfahren mit Dampf zugeordnete Vorrichtung hat #unächst dafür zu sorgen, daß das dampfförmige Medium die Form durch- und/oder Nlmströmen kann. Sofern nur ein Anheizbetrieb beabsichtigt ist, ist lediglich ein Heizkreis notwendig. enn die Form sowohl angeheizt wie auch anschließend gekühlt werden soll, so ist außer dem Heizkreis auch ein Kühlkreis erforderlich.
I;ühl- und Jtoizkreis können völlig getrennt sein, normalerweise erden jedoch die Kanale innerhalb der Form sowohl für den lleizbetrieb wie für den Kühibetrieb verwendet. Sowohl für den Heizbetrieb wie für den Kühlbetrieb wird üblicherweise ein geschlossener Kreislauf fehlt, um das Wärme- bzw. Kältemedium wieder verwenden zu können. Trotzdem kann für jede Betriebsart auch ein "offener Kreis" gewählt werden.
Die Zeichnung zeigt den prinzipiellen Aufbau der Vorrichtung -Einzelheiten sind nicht dargestellt - für den Fall, daß neben dem Heizbetrieb auch ein Kühlbetrieb realisiert werden soll und daß der Kanal innerhalb der Gießform für beide Betriebsarten als Wärmeaustauscher dient.
Bein jjeizbetrieb strömt der Dampf vom Dampferzeuger 2 über die Dampfleitung 2', das Dreiwegeventil 7 und die Formzuführiitung 8, durch den Kanal 1' oder eine sonstige Wärmeaustauschfläche der Oießfon# 1. Das Dampfkondensat verläßt den Kanal 1' der Gießform 1 über die Formabflußleitung 8', das Dreiwegeventil 7', die Kondensatleitung 9 und fließt in den Speisewasserbehälter 3.
Vom Speisewasserbehälter 3 wird das Speisewasser über die Leitung lo, in welcher die Speisewasserpumpe 4 eingebaut ist, in die Verdampfungswindungen des Dampferzeugers 2 gedrückt. Zu diesem Heizkreislauf gehören ferner Armaturen, Ventile, Manometer, Filter u. dgl., ggf. eine Frischwasserzufuhr, ein seperater Kondensatbehälter mit Pumpe, ein Dampfspeicher oder sonstige Bauelemente.
Im Dampferzeuger wird der Dampf mit der gewün$hten Temperatur hergestellt. Ggf. muß der#Dampferzeuger mit einem Überhitzer ausgerüstet werden, um überhitzten Dampf herstellen zu können.
Vorzugsweise wird der Dampferzeuger mit Gas oder Öl beheizt, womit sich gegenüber der elektrischen Heizung eine Kostenein-: sparung ergibt. Energiesparend wirkt sich auch aus, daß das Kondensat noch eine beträchtliche Restwärme zum Dampferzeuger zurückbringt.
Wenn die Gießform die gewünschte Temperatur erreicht hat, wird das Strömen des Dampfes durch die Gießform ab#estellt.
Je nachdem, welche Arbeitstemperatur der Gießform beabsichtigt ist muß sofort nach dem ersten Eingießen oder erst nach wenigen Arbeitstakten gekühlt werden. Zu diesem Zweck wird der zweite Kreislauf für das Kühlen der Form# inBetrieb genommen. Dieser Kreislauf kann in bereits bekannter Weise ausgeführt werden, z.B.
so wie dargestellt: Das Kühlwasser wird mit der Pumpe 6 aus dem Wasserspeicher 5 angesaugt und über die Vorlaufleitung 12, das umgestellte Dreiwegeventil 7 und die Formzuführleitung 8 in den Kanal leder Gießform 1 gleitet. Das erwärmte Wasser verläßt den Kanal 1' der Gießform 1 über die Formabflußleitung 8', das umgestellte Dreiwegeventil 7' und die Rücklaufleitung 11 und fließt in den Wasserspeicher 6 zurück. Zu diesem Kühlkreislauf gehören ferner Armaturen, Ventile od. dgl., ggf. auch weitere Einrichtungen, z.B. ein Kühlturm oder eine temperaturabhängige Itengenregelung.
Die Umschaltung vc-n dem Heiz- auf den Kühlbetrieb und umgekehrt kann manuell über die Dreiwegeventile erfolgen. Die Umschaltung zwischen den beiden Betriebsarten: kann jedoch auch automatisch, in Abhängigkeit von der gewünschten Formtemperatur, erfolgen.
Die für einen Teinperierkreis (eInen Kanal) der Gießform dargestellte und beschriebene Anordnung kann auch auf mehrere Tenperierkreise erweitert werden. Mehrere Temperierkreise einer Gießform werden normalerweise parallel, sie können im Einzelfall jedoch auch in Reihe geschaltet werden. Zum Anschließen mehrerer Gießformen kann auch ein Heizsystem mit einer zentralen Dampf und Kondensatleitung aufgebaut werden. Es ist sorbit möglichl, eine oder mehrere Formen anzuheizen und andere bleichzeitig zu kühlen. Ein wesentlicher Vorteil der zentralen Anordnu besteht auch darin, daß vor Arbeitsbeginn alle Gießformen gleichzeitig angeheizt werden können.

Claims

Ansprüche 1. Verfahren zum Temperieren, insbesondere zum Anheizen von Formen, insbesondere Druckgieß-, Spritzguß- od. dgl. Formen mittels eines die Form um-und/oder durchströmenden Wärmemediums, dadurch gekennzeichnet, daß als strömendes W-ärmemedium ein sich ira Dampfzustand befindliches Medium verwendet wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das strömende Medium Wasserdampf, Athylalkohol oder ein Dampfgaesch aus Wasser und Alkohol usw. ist.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Dampf in gesättigtem bzw. überhitztem Zustand verwendet wird.
h. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß in einer ersten Phase das dampfförmige Medium zum Aufheizen der Form durch die Form geleitet wird und zum Abkühlen der Form in einer zweiten Phase ein vom Kreislauf des AuCheizmediums getrennter Kreislauf eines flüssigen Kühlmediums, wie beispielsweise Wasser, durch die Form geleitet wird.
5. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zwei voneinander unabhängige Temperierkreise, nämlich ein das dampfförmige Aufheizmedium führender Kreislauf und ein das Kühlmittel, z.B. Wasser, führender Kreislauf vorgesehen sind und beide Kreisläufe Anschließvorrichtungen für die zu behandelnde Form aufweisen.
6. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der das dampfförmige Medium führende Kreislauf aus einem Dampferzeuger (2), einer zur Form (1) führenden Leitung #2') mit Ventil, vorzugsweise Dreiwegeventil (7), sowie einer Zufuhrleitung (8) an den Gießkanal (1') besteht, und daß der aus der Form führende Gießkanal (1"') an eine Abflußleitung (8?), einer nachgeschalteten Ventil, beispielsweise Dreiwegeventil (7#) und eine Rücklaufleitung (9) zu einem Speisewassergefäß (3) angeschlossen ist, welches über eine Verbindungsleitung (io) unter Zwischenschaltung einer Pumpe (4) mit dem Dampferzeuger (2) verbunden ist.
7. Einrichtung nach einem der Ansprüche 5 oder 6, dadurch gekennzeiehnet, daß der vom Aufheizriedium getrennte Kühlkreislauf einen Kühlwasserbehälter (5) mit einer ZuSuhrleitung (12) zum Einlauf-Gießkanal (lot) der Form (1) hat, in welchen eine Kühlwasserpumpe (6) und ein Ventil (7), beispielsweise ein Dreiwegeventil, vorgesehen ist, und daß an den Ausgangs-Gießkanal (1"') eine Abflußleitung (8') nlt nachgeschaltetem Ventil (7'), vorzugsweise einem Dreilsegeventil, angeschlossen ist, von welchem die Rückfuhrleitung (11) zum Kühlmittelbehalter (5) führt.
8. Einrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeicl#net, daß für den Aufheizkreislauf und den Kühlwasserkreislauf die Zufuhrleitung (8) zum Eingangs-#ießkanal (1') der Form (1) mit dem vorgeschalteten Ventil (7) und die Abflußleitung (8>) mit nachgeschaltetetn Ventil (7') dieselben sind.