DE4136982A1 - Verfahren und sprueheinrichtung zum bespruehen von formoberflaechen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Besprühen der einen Formhohlraum definierenden Innenfläche einer Form mit einem Fluid, insbesondere einem Trennmittel, mit Hilfe eines während des Sprühvorganges in dem Formhohlraum längs eines vorgegebenen Verfahrweges verfahrbaren Sprühkopfes mit einem Dosierkolben zum Öffnen und Schließen mindestens einer Sprühöffnung des Sprühkopfes und mit Einstelleinrichtungen zum Einstellen der die Menge des zu versprühenden Fluids bestimmenden Lage des Dosierkolbens für einen Sprühvorgang sowie eine Sprüheinrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.

Sprühverfahren bzw. -einrichtungen zum Besprühen der Innenfläche von Formhohlräumen bzw. Formen mit Schmier-, Trenn- und Kühlmitteln sind bekannt.

Sprühverfahren der betrachteten Art werden beispielsweise bei der Herstellung von Druckgußteilen zum Aussprühen von Druckgußformen verwendet. Dabei wird die Innenfläche, d. h. die Begrenzungsfläche des Formhohlraums während des Sprühvorganges mit Wachsen bzw. Ölen benetzt, wobei diese Formtrennstoffe häufig als wassermischbare Formtrennstoffe vorliegen.

Bei den bekannten Sprüheinrichtungen werden Sprühdüsen verwendet, bei denen die Menge des pro Zeiteinheit aus einer Sprühöffnung austretenden Trennmittels oder dergleichen durch einen Dosierkolben bestimmt wird, dem ein einstellbarer Anschlag zugeordnet ist, welcher die Lage des Kolbens während des Sprühvorganges bestimmt. Der Dosierkolben wird zu Beginn eines Sprühvorganges entgegen einer Federkraft pneumatisch gegen den einstellbaren Anschlag bewegt und schließt seine mindestens eine zugeordnete Sprühöffnung unter der Wirkung der Federkraft, wenn der Steuerdruck endet.

Aufgrund der beschriebenen, konstruktiven Ausgestaltung der bekannten Sprüheinrichtungen ist es während des Betriebes nicht möglich, die pro Zeiteinheit aus der mindestens einen Sprühöffnung austretende Fluidmenge zu verändern. Dies führt dazu, daß die Oberfläche des Formhohlraums gleichmäßig mit dem Sprühfluid benetzt wird, obwohl für unterschiedlich konturierte Oberflächenbereiche grundsätzliche unterschiedliche Trennmittelmengen benötigt würden.

Insgesamt ergeben sich bei den bisher bekannten Sprühverfahren bzw. -einrichtungen folgende Probleme:

• 1. Der Sprühkopf wird bezüglich der pro Zeiteinheit zu versprühenden Fluidmenge auf diejenige Formkontur eingestellt, für die die größte Fluidmenge erforderlich ist, was bedeutet, daß die übrigen Oberflächenbereiche mit zu großen Sprühmittelmengen benetzt bzw. überschmiert werden, so daß sich ein sog. Fettbrand ergibt, der zum Ausschuß von Teilen führen kann.
• 2. Ein Teil des überschüssigen Sprühmittels verdampft in der Form, und es entstehen Gase, die vom einströmenden Metall aufgenommen werden und beim fertigen Druckgußteil zu Fehl­ stellen, Fließlinien und Poren führen.
• 3. Der Zeitaufwand für das Einrichten der Sprüheinrichtung bzw. das Dosieren der Sprühmittelmenge beträgt auf jeden Fall mehrere Stunden. Teilweise kann sich das endgültige Einrichten über mehrere Tage hinziehen, wenn sich an den zunächst hergestellten Teilen erst nach einer gewissen Zeit Spätfolgen (Fettbrand) zeigen.
• 4. Der Sprühkopf ist in seiner Einstellung auf eine bestimmte Druckgußform fixiert, so daß zur Verkürzung der Einrichtzeiten häufig für jede Form ein besonderer Sprühkopf nebst Zubehör bereitgehalten werden muß.
• 5. Teilweise läuft überschüssiges Sprühmittel von der Form ab und muß aufgefangen und entsorgt werden.
• 6. Die Sprühmittelmenge kann nur durch manuelle Einstellarbeiten variiert werden, so daß während des Betriebes keine Änderung der Dosierung möglich ist.
• 7. Die Sprühmittelmenge kann bei Verwendung mehrerer Sprühköpfe nicht einzeln eingestellt werden.

Ausgehend vom Stand der Technik und den vorstehend aufgezeigten Problemen liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Verfahren bzw. eine verbesserte Sprüheinrichtung zum Besprühen der einen Formhohlraum definierenden Innenfläche einer Form anzugeben, mit dem bzw. mit der die auf die einzelnen Oberflächenbereiche der Form aufgesprühte Sprühmittelmenge schnell und exakt auch während des Betriebes eingestellt werden kann.

Diese Aufgabe wird, was das Verfahren anbelangt, gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß der Dosierkolben während des Sprühvorganges in Abhängigkeit von der Position des Sprühkopfes längs des Verfahrweges und in Abhängigkeit von zuvor für die einzelnen Positionen des Sprühkopfes gespeicherten, auf die Form des betreffenden Formhohlraums abgestimmten Fluidmengendaten verstellbar ist.

Zur Durchführung des Verfahrens hat sich eine Sprüheinrichtung mit einem in dem Formhohlraum längs eines vorgegebenen Verfahrweges verfahrbaren Sprühkopf mit einem Dosierkolben zum Öffnen und Schließen mindestens einer Sprühöffnung des Sprühkopfes und mit Einstelleinrichtungen zum Einstellen der die Menge des zu versprühenden Fluids bestimmenden Lage des Dosierkolbens für einen Sprühvorgang besonders bewährt, die dadurch gekennzeichnet ist, daß die Einstelleinrichtungen als steuerbare Einstelleinrichtungen ausgebildet sind, mit deren Hilfe der Dosierkolben während des Sprühvorganges in Abhängigkeit von der Position des Sprühkopfes längs des Verfahrweges und in Abhängigkeit von zuvor für die einzelnen Positionen des Verfahrweges gespeicherten, auf die Form des betreffenden Formhohlraums abgstimmten Fluidmengendaten verstellbar ist.

Es ist ein wichtiger Vorteil von Verfahren und Sprüheinrichtung gemäß der Erfindung, daß im Verlauf des Aussprühens eines Formhohlraums bzw. des Besprühens der Innenfläche der einzelnen Formteile die aus der mindestens einen Sprühöffnung austretende Sprühmittelmenge in Abhängigkeit von der Position des Sprühkopfes bezüglich des betreffenden Formteils und damit in Abhängigkeit vom Bedarf an Sprühmittel im Bereich dieses Formteils den jeweiligen Erfordernissen kontinuierlich und exakt angepaßt werden kann. Auf diese Weise besteht beispielsweise die Möglichkeit, im Bereich einer Ecke, in der das Trennmittel zusätzlich die Funktion eines Kühlmittels hat, eine wesentliche größere Sprühmittelmenge aufzusprühen als in einem relativ glatten, kontinuierlichen Oberflächenbereich des Formhohlraums.

Weiterhin bieten Verfahren und Vorrichtung gemäß der Erfindung den wichtigen Vorteil, daß die richtigen Sprühmittelmengen für die einzelnen Bereiche des Formhohlraums während des laufenden Betriebes, beispielsweise im Zuge der Fertigung einer Vorserie, entsprechend den Ergebnissen an den bereits hergestellten Vorkörpern vergleichsweise schnell optimiert werden können.

Dabei bietet sich in Ausgestaltung der Erfindung die vorteilhafte Möglichkeit, die Daten über die ermittelten, optimalen Sprühmittelmengen für die einzelnen Positionen digital abzuspeichern, so daß sie jederzeit wieder zur Verfügung stehen, wenn eine weitere Serie des entsprechenden Formteils gefertigt werden soll. Außerdem können die gespeicherten Daten für die Grundeinstellung der Dosiereinrichtungen bei der Herstellung ähnlicher Formteile verwendet werden, um ausgehend von dieser Grundeinstellung möglichst rasch zu optimierten Parametern für die neue Form zu gelangen.

Außerdem bietet sich grundsätzlich die Möglichkeit, beispielsweise CAD- oder CNC-Daten der Form bzw. des zu fertigenden Gußteils über einschlägige Berechnungsvorschriften in Daten über die erforderliche Sprühmittelmengen für die einzelnen Formteilbereiche umzurechnen und diese berechneten Daten als später zu optimierende Daten für die erforderlichen Sprühmittelmengen zu verwenden.

Als besonders vorteilhaft hat es sich auch erwiesen, wenn die Einstelleinrichtungen für den Dosierkolben dabei eine durch die elektronische Steuerung steuerbare Schrittschalteinrichtung umfassen, insbesondere einen elektrischen Schrittschaltmotor.

Bei Verwendung eines elektrischen Schrittschaltmotors ist diesem vorzugsweise ein zu einer Drehbewegung antreibbares Element mit einem Gewinde zum Zusammenwirken mit einem mit dem Dosierkolben in Wirkverbindung stehenden, ein Gegengewinde aufweisenden Bauteil zugeordnet. Dabei ist das mit dem Gegengewinde versehene Bauteil vorzugsweise als Gewindespindel ausgebildet, während das durch den Schrittschaltmotor zu einer Drehbewegung antreibbare Element als Spindelmutter ausgebildet ist.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung besteht ferner die Möglichkeit, mehrere Sprühköpfe an einer gemeinsamen Sprühleiste zu montieren, wobei mit Hilfe von Positionsgebern beispielsweise die X-Y-Koordinaten der Sprühleiste ermittelt und in die entsprechenden Koordinaten für die einzelnen Sprühköpfe umgerechnet werden, deren Dosierkolben dann individuell wie bei Verwendung eines einzelnen Sprühkopfes in Abhängigkeit von den zuvor gespeicherten Daten über die gewünschten Sprühmittelmengen gesteuert werden.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden nachstehend anhand von Zeichnungen noch näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 ein schematisches Blockdiagramm zur Erläuterung einer bevorzugten Form der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens; und

Fig. 2 einen Längsschnitt durch einen Sprühkopf einer erfindungsgemäßen Sprüheinrichtung.

Im einzelnen zeigt Fig. 1 ein System mit mehreren Sprühköpfen 10, die gemeinsam von einer Sprühleiste 12 getragen werden. Dabei versteht es sich, daß die einzelnen Sprühköpfe 10 derart unterschiedlich an der Sprühleiste 12 montiert werden können, daß die von ihnen ausgehenden Sprühmittelstrahlen unter verschiedenen Winkeln bezüglich der Sprühleiste abgestrahlt werden.

Die Sprühleiste 12 ist mit einem Linearantrieb oder einem anderen geeigneten Antrieb verbunden, der in der schematischen Darstellung gemäß Fig. 1 als Antrieb 14 angedeutet ist und ein angetriebenes Element 16 aufweist, beispielsweise eine mit einem Kreuzschlitten verbundene Tragstange, an der die Sprühleiste 12 befestigt ist. Die X-Koordinaten und die Y-Koordinaten des angetriebenen Elements 16 werden dabei mit Hilfe zweier Positionsgeber 18 bzw. 20 zum Erfassen der X- und der Y-Koordinaten erfaßt. Die Ausgangssignale der Positionsgeber 18, 20 werden einer Auswerteschaltung 22 zugeführt, in der die X-Y-Koordinaten der Sprühleiste in die entsprechenden X-Y-Koordinaten der einzelnen Sprühköpfe 10 umgerechnet und entsprechende Steuerbefehle an eine Steuerung 24 mit einem Programmspeicher und einem Datenspeicher abgegeben werden, in der die von der Auswerteschaltung gelieferten Koordinatendaten gemäß einem vorgegebenen Programm mit in dem Datenspeicher gespeicherten Daten verknüpft werden. Die Steuerung 24 liefert daraufhin entsprechende Steuerbefehle, welche über eine Verstärkeranordnung 26 mit einer entsprechenden Anzahl von einzelnen Signalverstärkern als Steuersignale an die Antriebseinrichtungen für die Dosierkolben der einzelnen Sprühköpfe 10 weitergeleitet werden. Die von der Verstärkeranordnung 26 gelieferten Signale bestimmen nunmehr für jeden einzelnen Sprühkopf 10 individuell den Zeitpunkt und die Dauer der einzelnen Sprühvorgänge sowie die während eines Sprühvorgangs pro Zeiteinheit jeweils aus der mindestens einen Sprühöffnung des Sprühkopfes 10 austretende Fluidmenge.

Bei dem in Fig. 1 gezeigten System können die in dem Programmspeicher gespeicherten Daten über eine Programmeingabe 28, beispielsweise in Abhängigkeit von der Verfahrgeschwindigkeit für die Sprühleiste 12, dem zum Aussprühen des Formhohlraums verwendeten Fluid usw. variiert werden. Eine entsprechende Eingabevorrichtung (nicht gezeigt) ist für den Datenspeicher vorgesehen, um ein anfängliches Laden des Datenspeichers und ein Aufdatieren der gespeicherten Daten in Abhängigkeit von der Qualität der beim Gießen erhaltenen Formkörper zu ermöglichen.

Eine wesentliche Voraussetzung für die Funktion des Systems gemäß Fig. 1 ist die Verwendung von Sprühköpfen mit individuell zugeordneten Antriebs- bzw. Einstelleinrichtungen für den Dosierkolben.

Nachstehend soll nunmehr anhand von Fig. 2 auf eine bevorzugte Ausführungsform eines entsprechenden Sprühkopfes mit einer digital arbeitenden Einstelleinrichtung in Form eines Schrittschaltmotors näher eingegangen werden.

Im einzelnen zeigt Fig. 2 einen Sprühkopf 10 mit einer Sprühöffnung 30, welcher über einen Fluidanschluß 32 ein unter Druck stehendes Fluid, beispielsweise eine wäßrige Trennmittelemulsion, zuführbar ist. Ein verstellbarer Dosierkolben 34 dient dem Öffnen und Schließen der Verbindung zwischen dem Fluidanschluß 32 und der Sprühöffnung 30 und bestimmt lageabhängig bei geöffneter Verbindung, d. h. bei aktiviertem Sprühkopf, die Fluidmenge, die pro Zeiteinheit aus der Sprühöffnung 30 versprüht wird.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sitzt der Dosierkolben an dem einen - in Fig. 2 unteren - Ende einer Gewindespindel 36. Erfindungsgemäß werden die Einstelleinrichtungen für den Dosierkolben 34 durch einen elektrischen Schrittschaltmotor 38 gebildet, der einen integralen Bestandteil des Sprühkopfes 10 darstellt. Der Schrittschaltmotor 38 besitzt einen Rotor (nicht gezeigt) in Form einer Spindelmutter, welcher mit der Gewindespindel 36 zusammenwirkt, an der der Dosierkolben 34 ggf. einstückig angebracht ist. Der Schrittschaltmotor 38 empfängt seine Steuersignale über die von der Verstärkeranordnung 26 ausgehende, mehradrige Steuerleitung L, über die den Schrittschaltmotoren 38 der einzelnen Sprühköpfe 10 die zuvor von der Steuerung 24 erzeugten und in der Verstärkeranordnung 26 verstärkten Steuersignale zugeführt werden. Der besondere Vorteil des erfindungsgemäßen Sprühverfahrens bzw. der Sprüheinrichtung zu seiner Durchführung besteht dabei darin, daß das Aktivieren und Desaktivieren der einzelnen Sprühköpfe 10 und die Position des Dosierkolbens während der einzelnen Sprühvorgänge sehr präzise digital gesteuert werden können, wobei zur Betätigung des Dosierkolbens 34 bzw. zum Einstellen desselben eine Vielzahl zuverlässiger, handelsüblicher Schrittschaltmotoren 38 verwendet werden kann, die zu einem vergleichsweise günstigen Preis verfügbar sind.

Abschließend sei noch darauf hingewiesen, daß es sich als vorteilhaft erwiesen hat, wenn der hintere - in Fig. 2 obere - Teil des Dosierkolbens 34 von einer geeigneten Dichtung 40 umgeben ist, die verhindert, daß das ggf. unter einem relativ hohen Druck stehende Fluid, welches über den Fluidanschluß 32 zugeführt wird, bis zu dem Schrittschaltmotor 38 vordringt und dort Funktionsstörungen hervorruft.

Aus der vorstehenden Beschreibung wird deutlich, daß das Verfahren bzw. die Sprüheinrichtung gemäß der Erfindung beim Aussprühen eines Formhohlraums bzw. beim Besprühen einer Formoberfläche mit einem Fluid, insbesondere mit einem Trennmittel in Form einer wäßrigen Emulsion, während des laufenden Betriebes eine exakte Dosierung der die einzelnen Oberflächenbereiche erreichenden Sprühmittelmengen ermöglichen. Hierdurch werden die Voraussetzungen dafür geschaffen, daß von Anfang an oder jedenfalls nach einigen wenigen Versuchen ein optimales Aussprühen des Formhohlraums erfolgt und entsprechend hochwertige Gußteile erhalten werden. Dabei versteht es sich, daß die Einstelleinrichtungen für den Dosierkolben eines Sprühkopfes prinzipiell beliebige geeignete elektrische oder pneumatische Linear- oder Drehantriebe umfassen können, die entweder in Abhängigkeit von digitalen oder in Abhängigkeit von analogen Steuersignalen gesteuert werden.

Weiterhin besteht abweichend von dem erläuterten Ausführungsbeispiel die Möglichkeit, den Antrieb für eine Sprühleiste mit mehreren Sprühköpfen oder für einen einzelnen Sprühkopf so auszubilden, daß der Sprühkopf oder die Sprühleiste zusätzlich um eine vorgegebene Drehachse drehbar sind, so daß beispielsweise ein mehr oder weniger zylindrischer Formhohlraum in der Weise ausgesprüht werden kann, daß ein Sprühkopf bzw. eine Sprühleiste in axialer Richtung des Formhohlraums mit Hilfe eines Linearantriebs hin- und herbewegbar ist und gleichzeitig zu einer überlagerten Drehbewegung um eine mit der Achse des Formhohlraums mehr oder weniger präzise zusammenfallende Drehachse drehbar ist. Dabei versteht es sich, daß beim Drehen der Sprühleiste oder eines Sprühkopfes um eine vorgegebene Drehachse auch die Winkelstellung des betreffenden Elementes bezüglich der Drehachse bei der Dosierung der versprühten Sprühmittelmenge berücksichtigt werden kann, wenn sich die Konturen des Formhohlraums auf der dabei von dem mindestens einen Sprühmittelstrahl erfaßten ringförmigen Fläche ändern. Entsprechende Drehwinkelgeber zum Erfassen der Winkelstellung von Sprühkopf oder Sprühleiste sind im Handel in vielen Ausführungsformen erhältlich und müssen daher hier nicht näher erläutert werden.

Claims (9)

1. Verfahren zum Besprühen der einen Formhohlraum definierenden Innenfläche einer Form mit einem Fluid, insbesondere einem Trennmittel, mit Hilfe eines während des Sprühvorganges in dem Formhohlraum längs eines vorgegebenen Verfahrweges verfahrbaren Sprühkopfes mit einem Dosierkolben zum Öffnen und Schließen mindestens einer Sprühöffnung des Sprühkopfes und mit Einstelleinrichtungen zum Einstellen der die Menge des zu versprühenden Fluids bestimmenden Lage des Dosierkolbens für einen Sprühvorgang dadurch gekennzeichnet, daß der Dosierkolben während des Sprühvorganges in Abhängigkeit von der Position des Sprühkopfes längs des Verfahrweges und in Abhängigkeit von zuvor für die einzelnen Positionen des Sprühkopfes gespeicherten, auf die Form des betreffenden Formhohlraums abgestimmten Fluidmengendaten verstellbar ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Dosierkolben mittels digital arbeitender Einstelleinrichtungen schrittweise in Abhängigkeit von digitalen Fluidmengendaten verstellbar ist.

3. Sprüheinrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2 mit einem in dem Formhohlraum längs eines vorgegebenen Verfahrweges verfahrbaren Sprühkopf mit einem Dosierkolben zum Öffnen und Schließen mindestens einer Sprühöffnung des Sprühkopfes und mit Einstelleinrichtungen zum Einstellen der die Menge des zu versprühenden Fluids bestimmenden Lage des Dosierkolbens für einen Sprühvorgang, dadurch gekennzeichnet, daß die Einstelleinrichtungen als steuerbare Einstelleinrichtungen ausgebildet sind, mit deren Hilfe der Dosierkolben während des Sprühvorganges in Abhängigkeit von der Position des Sprühkopfes längs des Verfahrweges und in Abhängigkeit von zuvor für die einzelnen Positionen des Sprühkopfes gespeicherten, auf die Form des betreffenden Formhohlraums abgstimmten Fluidmengendaten verstellbar ist.

4. Sprüheinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine elektronische Steuerung mit Speichereinrichtungen zum Speichern der Fluidmengendaten und mit Sensoreinrichtungen zum Erfassen der Position des Sprühkopfes vorgesehen ist.

5. Sprüheinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Einstelleinrichtungen eine durch die elektronische Steuerung steuerbare Schrittschalteinrichtung umfassen.

6. Sprüheinrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Schrittschalteinrichtung als elektrischer Schrittschaltmotor ausgebildet ist.

7. Sprüheinrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß dem elektrischen Schrittschaltmotor ein zu einer Drehbewegung antreibbares Element mit einem Gewinde zum Zusammenwirken mit einem mit dem Dosierkolben in Wirkverbindung stehenden, ein Gegengewinde aufweisenden Bauteil zugeordnet ist.

8. Sprüheinrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das mit dem Gegengewinde versehene Bauteil als Gewindespindel ausgebildet ist und daß das durch den Schrittschaltmotor zu einer Drehbewegung antreibbare Element als Spindelmutter ausgebildet ist.

9. Sprüheinrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Sprühköpfe gemein­ sam an einer durch zugehörige Antriebseinrichtungen antreibbare Sprühleiste montiert sind.