DE2808139A1 - Verfahren zum temperieren von formen, insbesondere druckgiess-, spritzguss- o.dgl. formen und vorrichtung zur durchfuehrung des verfahrens - Google Patents

Description

• Verfahren zum Temperieren von Formen, insbesondere
• Druckgieß-, Spritzguß- od dgl Formen und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens Die.3rfindung betrifft ein Verfahren zum Temperieren, insbesondere zum Aufheizen von Formen, insbesondere Druckgieß-, Spritzguß- od. dgl. Formen, mittels eines die Form durch und/oder umstrczenden 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 Kunststoffbea#beitung ist es erforderlich, diese Fornen vor ihrer Inbetriebnahme anzuheizen.
• Bisher hat man zum Anheizen solcher oder anderer Betriebsmittel offene Gasflammen, Infrarotstrahler oder elektrische WiderstandsheI#crper benutzt. Nachteilig ist hierbei, daß insbesondere beim Anheizen mittels offener Gasflammen 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 das Temperieren, also für das Aufheizen bzw. Abkühlen von Formen als Wärmeübertragungsmediur zu zuverwenden. 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 die Gießform die gewünschte Anheiztemperatur hat. Nach dem Druckgießvorgang muß innerhalb kurzer Zeit zur Abfuhr der beim Druckgießen entstandenen Wärme das Öl 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 Wärmeaustauschflächen (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 .nheizen der Druckgieß-, Spritzguß-9 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 be liebige 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 Wärmeübertragung erreichen Dämpfe in ihrem Sättigungszustand; hauptsächlich sind dafür die Enthalpie, der Wärmeübertragungskoeffizient und die Strömungsgeschwindigkeit maßgebende Aber auch nasse oder überhitzte Dämpfe weisen gegenüber ihrem flüssigen Medium wesentlich günstigere Eigenschaften zur Wärmeübertragung 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 achten9 daß der Dampfdruck beherrschbar bleibt Vorzugsweise wird für das Anheizen von Gießformen oder aonstigen Betriebsmitteln Wasserdampf verwendet. Bis zu Arbeitstemperaturen von 473 K ( 200 z wird bevorzugt nasser bzw.
• gesättigter Wasserdampf und iilr höhere Temperaturen überhitzter Wasserdampf eingesetzt, was sich hauptsächlich nach dem praktisch beherrschbaren Betriebsdruck des Dampf es 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 altbewährte Kühlwasser mit seinen günstigen Wärmeübertragungseigenschaften 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 Dampfgemischen in jeder beliebigen Zustandsform ist möglich, als Beispiel sei ein Dampfgemisch aus Wasser und Ä.thylalkohol genannt, oder ein Gas- Dampfgemisch aus Luft und Wasser dampf. Voraussetzung ist lediglich, daß sich diese Dämpfe mit dem Stoff vertragen, der für den Kühlbetrieb verwendet wird.
• Die dem Anheizverfahren mit Dampf zugeordnete Vorrichtung hat zunächst dafür zu sorgen, daß das dampfförmige Medium die Form durch- und /oder umströmen kann. Sofern nur ein Anheizbetrieb beabsichtigt ist, ist lediglich ein Heizkreis notwendig. Wenn die Form sowohl angeheizt wie auch anschließend gekühlt werden soll, so ist außer dem Heizkreis auch ein Kühlkreis erforderlich. Kühl- und Heizkreis können völlig getrennt sein, normalerweise werden jedoch die Kanäle innerhalb der Form sowohl für den Heizbetrieb wie für den Kühlbetrieb verwendet. Sowohl für den Heizbetrieb wie für den Kühlbetrieb wird üblicherweise ein geschlossener Kreislauf gewählt, 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 Wärineaustauscher dient.
• Beim Heizbetrieb strömt der Dampf vom Dampferzeuger 2 über die Dampfleitung 2', das Dreiwegeventil 7 und die Formzufuhrleitung 8, durch den Kanal 1' oder eine sonstige Wärmeaustauschfläche der Gießform 1. Das Dampfkondensat verläßt den Kanal 1 " der Gießiorm 1 über die Formabflußleitung 8', das Dreiwegeventil 7 r S die Kondensatleitung 9 und fließt in den Speisewasserbehälter 3 Vom Speisewasserbehälter 3 wird das Speisewasser über die Leitung 10, in welcher die Speisewasserpumpe 4 eingebaut ist, in die Verdampfungswindungen des Dampf erzeugers 2 gedrückt. Zu diesem Heizkreislauf gehören ferner Armaturen, Ventile, Manometer, Filter u. dgl. ggfs.
• eine Frischwasserzufuhr, ein seperater Kondensatbehälter mit Pumpe, ein Dampfspeicher oder sonstige Bauelemente.
• Im Dampferzeuger wird der Dampf mit der gewünschten Temperatur hergestellt. Ggfs. muß der Dampferzeuger mit einem überhitzer ausgerüstet werden, um überhit#ten Dampf herstellen zu können. Vorzugsweise wird der Dampferzeuger mit Gas oder Öl beheizt, womit sich gegenüber der elektrischen Reizung eine Kosteneinsparung ergibt. Energiesparend wirkt sich auch aus, daß das Kondensat noch eine beträchtliche Restwärme zum Dampferzeuger rurückbringtO Wenn die Gießform die gewünschte Temperatur erreicht hat, wird das Strömen des Dampfes durch die Gießform abgestellt.
• Je nachdem, welche Arbeitstemperatur der Gießform beabsichtigt ist, muß sofort nach dem ersten Eingießen oder erst nach wenigen Arbeitstkten gekühlt werden. Zu diesem Zweck wird der zweite Kreislauf für das Kühlen der Form in Betrieb 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 1, der Gießform 1 geleitet. 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 5 zurück. Zu diesem Kühlkreislauf gehören ferner Armaturen, Ventile od. dgl., ggfs. auch weitere Einrichtungen, z.B. ein Kühlturm oder eine temperaturabhängige Mengenregelung.
• Die Umschaltung von dem Heiz- mDf den Kühlbetrieb und umgekehrt kann manuell ueber die Dreiwegeventile erfola#n. Die Umschaltung zwischen den beiden Betriebsarten kann jedoch auch autonatisch in Abhängigkeit von der geminsenten Formtemperatur, erfolgen. Die fü einen Temperierkreis ( einen Kanal) der Gießform dargestellte und beschriebene Anordung Kann auch auf mehrere Temperierkreise 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 somit möglich, eine oder mehrere Formen anzuheizen und andere gleichzeitig zu kühlen. Fin wesentlicher Vorteil der zentralen Anordnung besteht auch darin, daß vor Arbeitsbeginn alle Gießformen gleichzeitig angeheizt werden können.

Claims (1)

1. A. n s D r ü c h e 10 Verfahren zum Temperieren, insbesondere zum Anheizen von Formen, insbes. 1)ruckgieß-, Spritzguß- oder dergl. Formen, mittels eines oder mehrerer Stoffe, die die Form durch -und/oder umströmen, dadurch gekennzeichnet, daß der oder die strömenden Stoffe sich im Dampfzustand befinden 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zum Anheizen der Form bevorzugt Wasserdampf, Äthylalkoholdampf oder ein Dampfgemisch z. 13. aus Wasser und Äthylalkohol oder ein Gas- Dampfgemisch z. 13. ein #uft-Wasserdarnpfgemisch verwendet wird, 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Dampf oder das Dampfgemisch in nassem oder/und gesättigtem oder/und überhitzten Zustand verwendet wird.

   4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß in einer ersten Phase der Dampf oder das Dampfgemisch zum Aufheizen der Form durch die Form geleitet wird und zum Abkühlen der Form in einer zweiten Phase ein vom Kreislauf des dampfförmigen Aufheizmediuma getrennter Kreislauf eines flüssigen Kühlmittels, 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 (2ß) mit Ventil, vorzugsweise Dreiwegeventil (7), sowie einer Zufuhrleitung (8) an den Gießkanal ( besteht, und daß der aus der Form führende Gießkanal (1"') an eine AbfIußleitung (8'),-einem nachgeschalteten Ventil, beispielsweise Dreiwegeventil (7') und eine Rücklaufleitung (9) zu einem Speisewassergefäß (3) angeschlossen ist, welches über eine Verbindungsleitung (10) unter Zwischenschaltung einer Pumpe (4) mit dem Dampferzeuger (2) verbunden ist.

   7r Einrichtung nach einem der Ansprüche 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß der vom Aufheizmedium getrennte Kühlkreislauf einen Kühlwasserbehälter (5) mit einer Zufuhrleitung (12) zum Sinlauf-Gießkanal (1') der Form (1) hat, in ~welchen eine Kühiwasserpumpe (6) und ein Ventil (7), beispielsweise ein Dreiwegeventil, vorgesehen ist, und daß an den Ausgangs-Gießkanal (1"') eine Abflußleitung (8') mit nachgeschaltetem Ventil (7'), vorzugsweise einem Dreiwegeventil, angeschlossen ist, von welchem die Rücknuhrleitung (11) zum Kühlmittelbehälter (5) führt.

   8. Einrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß für den Äufheizkreislauf und den Kühlwasserkreislauf die Zufuhrleitung #8) zum Eingangs-Gießkanal (1') der Form (1) mit dem vorgeschalteten Ventil (7) und die Abflußleitung (8') mit nachgeschaltetem Ventil (7') dieselben sind.