DE60017309T2

DE60017309T2 - Temperaturüberwachungseinheit für Kokillen oder Giessformen, insbesondere zum Druckgiessen oder Spritzgiessen von Aluminium und seiner Legierungen, Kunststoffen und ähnliches

Info

Publication number: DE60017309T2
Application number: DE60017309T
Authority: DE
Inventors: Claudio 20084 Lacchiarella Frulla
Original assignee: BBS Motorsport and Engineering GmbH
Current assignee: FRULLA, CLAUDIO, LACCHIARELLA, IT
Priority date: 1999-04-16
Filing date: 2000-04-10
Publication date: 2005-12-22
Anticipated expiration: 2020-04-11
Also published as: ES2233235T3; US6598659B1; DE60017309D1; EP1044744A1; EP1044744B1; ITMI990805A1; ATE286795T1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Temperaturüberwachungseinheit für Kokillen- oder Gießformen, insbesondere für Druckguss oder Spritzgießen von Aluminium und dessen Legierungen, sowie Kunststoffen und Ähnlichem.
Es ist bekannt, dass die Temperaturüberwachung von Kokillen- oder Gießformen insbesondere für Druckguss von Aluminium und dessen Legierungen allgemein ölbasierte Vorrichtungen verwenden, welche im Wesentlichen einen geschlossenen Ölkreislauf aufweisen, der zum Wärmeaustausch mit der Kokille oder der Gießform ausgelegt ist.
Die Verwendung von Öl hat die Bereitstellung einer Wärmetauschereinheit zur Folge, um das Öl zu kühlen; eine derartige Kühlung tritt indirekt bei der Übertragung der Wärme von Öl zu dem Kühlwasser auf.
Bei Systemen dieses Types ist es somit notwendig, eine große Masse von umlaufendem Öl mit daraus folgenden Betriebskosten einzusetzen und mit der Notwendigkeit, das Öl periodisch mit entsprechenden Ölentsorgungskosten auszutauschen.
Ein weiteres Problem besteht darin, dass auf Grund der hohen Wärmekapazität der Einsatz großer Beträge von Energie für den anfänglichen Schritt der Ölvorwärmung notwendig sind, mit daraus resultierenden hohen Betriebskosten.
Das Ziel der Erfindung besteht in der Lösung des obigen Problemes, indem eine Temperaturüberwachungseinheit für Kokillen- oder Gießformen, insbesondere für Druckgießen von Aluminium und dessen Verbindungen, bereitzustellen ist, welche Wasser als Wärmeaustauschfluid einsetzen kann, mit folglich erheblicher Einsparung bei Anlagen- und bei Betriebskosten, da keine Entsorgungsprobleme vorhanden sind; darüber hinaus weist Wasser einen wesentlich höheren Wärmeübertragungskoeffizienten als Öl auf.
Innerhalb dieses gesteckten Rahmens besteht eine besondere Zielsetzung der vorliegenden Erfindung in der Bereitstellung einer Temperaturüberwachungseinheit, welche eine wesentliche Reduzierung des Temperaturschockes innerhalb der Gießformen oder Kokillen ermöglicht, womit Temperaturveränderungen erzielbar sind, sogar während des Kühlens, mit der Möglichkeit sehr niedrige Temperaturniveaus an den Kokillen oder Gießformen zu erreichen, womit der Austrag der Teile aus den Gießformen oder Kokillen vereinfacht wird.
Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung besteht in der Beschreibung einer Temperaturüberwachungseinheit für Gießformen oder Kokillen, welche durch ihre besonderen Aufbaumerkmale die größtmöglichen Sicherheiten für Zuverlässigkeit und Betriebssicherheit ergeben.
Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung besteht in der Bereitstellung einer Temperaturüberwachungseinheit, welche in einfacher Weise mit allgemein auf dem Markt erhältlichen Bauelementen und Materialien darstellbar ist und welche ebenso aus ökonomischer Sicht konkurrenzfähig ist.
Dieses Ziel, diese Gegenstände und weitere, welche im Folgenden sichtbar werden, können durch eine Temperaturüberwachungseinheit für Kokillen und Gießformen erreicht werden insbesondere zum Druckgießen oder Spritzgießen von Aluminium und dessen Legierungen, Kunststoffen und ähnlichem, dadurch gekennzeichnet, dass sie Folgendes aufweist:
Einen Kokillen- oder Gießformenkühlkreis, durch welchen unter Druck stehendes Wasser fließt, eine Wasserspeisepumpe, die mit dem Kreis verbunden ist und auf einen Druck einstellbar ist, welcher höher ist als der Verdampfungsdruck des Wassers bei einer vorgewärmten Temperatur des Wassers, welche durch einen ersten Sensor zur Messung der Temperatur des Wassers aufgenommen werden kann, wobei der Kreis eine Umwälzpumpe beinhaltet, ein Wasserüberströmventil, welches auf einen tieferen Druck einstellbar ist als die Speisepumpe und eine Auf wärmeinheit, welche durch den ersten Temperatursensor überwacht wird, wobei ein Kokillen- oder Gießformentemperatursensor bereitgestellt ist, der die Speisepumpe überwacht.
Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden anhand der folgenden detaillierten Beschreibung von zwei bevorzugten, aber nicht ausschließlichen Ausgestaltungen einer Temperaturüberwachungseinheit für Kokillen oder Gießformen, insbesondere für Druckgießen von Aluminium und dessen Legierungen, sichtbar, wobei diese lediglich durch nicht einschränkende Beispiele in den begleitenden Figuren bildlich dargestellt werden:
1 zeigt eine schematische Ansicht eines ersten Diagrammes einer Temperaturüberwachungseinheit entsprechend einer Ausgestaltung der Erfindung;
2 zeigt ein zweites Diagramm einer Temperaturüberwachungseinheit entsprechend einer zweiten Ausgestaltung der Erfindung.
Unter Bezug auf die obigen Figuren und insbesondere auf 1 weist die Temperaturüberwachungseinheit für Kokillen oder Gießformen insbesondere für Druckgießen oder Spritzgießen von Aluminium und dessen Legierungen, Kunststoffen und Ähnlichem einen Kokillen- oder Gießformenkühlkreis 1 auf, durch welchen unter Druck stehendes Wasser gefördert wird.
Der Kreislauf 1 wird durch eine Wasserspeisepumpe versorgt, welcher auf einen Druck eingestellt ist, der höher ist als der Verdampfungsdruck des Wassers, welcher nach einem ersten Temperatursensor eingestellt wird, der die Temperatur des Wassers des Kreislaufes aufnimmt, die im Betrieb mit der Vorwärmtemperatur der Gießform oder Kokille korrespondiert.
Die Pumpe 2 wird auf einen Druck eingestellt, welcher fünf Bar höher liegt als der Verdampfungsdruck des Wassers bei der Temperatur, die durch den Sensor 3 ermittelt wird.
Eine Umwälzpumpe 11 wird in dem Kreislauf bereitgestellt, der durch die Kokille oder die Gießform 10 führt und ist derart ausgelegt, um das Wasser innerhalb des Kreislaufes 1 zirkulieren zu lassen.
Ein Wasserüberström- oder -entnahmeventil 12 ist im Kreislauf 1 vorhanden und ist ausgestattet mit dem herkömmlichen Überdrucksicherheitsventil, welches auf einen bestimmten Druck eingestellt ist, der niedriger ist als der Druck, der an der Speisepumpe 2 eingestellt ist, vorzugsweise auf einen Druck, der drei Bar niedriger liegt als der Druck, der an der Pumpe 2 herrscht.
In dem Kreislauf 1 ist weiterhin eine Heizeinheit 13 vorhanden und wird durch einen Temperatursensor 14 für diese Heizeinheit überwacht.
Weiterhin ist in dem Kreislauf ein zweiter Temperatursensor 15 vorhanden, der die Temperatur der Kokille oder Gießform detektiert und die Speisepumpe 2 steuert.
Ein Minimumdruckschalter 16 ist ebenfalls im Kreislauf vorhanden und ist auf einen Druck eingestellt, der mit dem Dampfdruck korrespondiert, der bei der Temperatur herrscht, die an dem ersten Temperatursensor 3 eingestellt ist.
An dem Einlassrohr der Speisepumpe 2 ist darüber hinaus ein Maximumdruckschalter 17 vorhanden, welcher auf einen höheren Druck eingestellt ist als die Speisepumpe 2 und speziell auf einen Wert, welcher zwei Bar höher ist.
Im regelmäßigen Betrieb wird zunächst die Temperatur der Kokille oder Gießform 10 an dem Temperatursensor 15 festgelegt, während die Wasservorwärmtemperatur an dem Temperatursensor 3 eingestellt wird.
Nach der Einstellung des Druckes an der Speisepumpe 2 auf den Wert, welcher fünf Bar höher ist als der Dampfdruck, der mit der Temperatur korrespondiert, die an dem Temperatursensor 3 eingestellt ist, wird das Überströmventil 12 auf einen Druck eingestellt, welcher drei Bar niedriger liegt als der Druck der Pumpe.
Während des einleitenden Schrittes wird die Speisepumpe 2 gestartet, um den Kreislauf unter Druck zu setzen; wenn der minimale Druck erreicht ist, so schaltet die über den Minimumdruckschalter überwachte Pumpe ab und gleichzeitig werden die Heizeinrichtung 13 und die Umlaufpumpe 11 gestartet.
Während des Schrittes der Vorheizung des Wassers und der Kokille oder Gießform, bis die an dem Sensor 3 eingestellte Wassertemperatur erreicht ist, wird das Volumen des Wassers des unter Druck stehenden Kreislaufes anwachsen und der Druck wird entsprechend steigen.
Der relativ zum festgelegten Wert überschüssige Druck wird mittels des Überströmventiles 12 abgelassen.
Falls die an dem Temperatursensor 3 voreingestellte Wassertemperatur erreicht ist, wird die Heizeinheit 13 abgeschaltet.
Wenn die Produktion aufgenommen wird, wird das flüssige Metall in den Hohlraum der Kokille eingeführt und folglich wird die Temperatur in der Kokille auf die Temperatur ansteigen, die an dem zweiten Temperatursensor 15 eingestellt ist.
An diesem Punkt wird die Speisepumpe 2 erneut gestartet und führt in den unter Druck stehenden Kreislauf 1 Hauptwasser mit Umgebungstemperatur zu, welche sich mit dem umlaufenden Wasser mischt.
Die Pumpe 2 bleibt in Betrieb, bis die Temperatur der Kokille oder der Gießform auf den voreingestellten Wert am Temperatursensor 15 gefallen ist.
Das durch die Speisepumpe 2 zugeführte Wasser wird fortlaufend über das Überströmventil 12 abgeführt.
Im täglichen Betrieb wird die Vorwärmtemperatur vorzugsweise auf 140° eingestellt, während die Temperatur der Kokille oder der Gießform normalerweise auf 180° gesetzt ist.
Wenn der Druckguss beginnt, indem flüssiges Metall in den Hohlraum eingeführt wird, so wird, falls die Temperatur der Gießform nicht den Wert erreicht, der am Instrument 1 nach dem ersten Gießen festgesetzt ist, der Kühlkreislauf nicht in Betrieb gesetzt und es wird weiteres Metall zum Betrieb des fortlaufenden Gießens zugeführt, bis die gesetzte Temperatur erreicht ist.
Während des weiterführenden Betriebsablaufes wird die Temperatur des unter Druck stehenden Umlaufwassers immer wesentlich niedriger sein als 140°, da ein konstanter Zulauf von kaltem Wasser vorliegt, welches über das Ablassventil ausgestoßen wird.
Es soll bemerkt werden, dass die Lösung entsprechend der Erfindung eine fortlaufende Einführung von Hauptwasser vorsieht, so dass im Unterschied zu bekannten Lösungen ein sehr hohes ΔT vorliegt, welches überwacht werden kann durch entsprechende Einstellung des Betrages des kalten Wassers, das unter Druck in den Kühlkreislauf eingeführt wird.
Für einen wesentlich stärkeren Kühlkreislauf ist es ausreichend, an der Armatur eine Temperatur einzustellen, die niedriger ist als die Temperatur des Wassers des Druckkreislaufes; es ist ebenso möglich, eine genaue und fortlaufende Ein stellung des ΔT vorzunehmen, wodurch jeglicher Thermalschock ausgeschaltet wird.
2 zeigt eine zweite Ausgestaltung, die im Aufbau ähnlich, mit der Änderung ist, dass ein Drei-Wege-Ventil bereitgestellt ist, welches durch das Bezugszeichen 30 gekennzeichnet ist und mit dem ein Kühlwasserspeisekreislauf, gekennzeichnet durch das Bezugszeichen 31, verbunden ist.
Das Drei-Wege-Ventil 30 ist so angeordnet, dass ein erster Weg 30a dargestellt wird, der mit dem Kreislauf 1 über den Auslass der Kokille oder Gießform verbunden ist, welcher wiederum durch das Bezugszeichen 10 bezeichnet ist, ein zweiter Weg 30b, der mit dem Speisekreis 31 verbunden ist und die Beheizungseinheit 13 und ein dritter Weg 30c für die Wasserabfuhr.
Für den praktischen Betrieb wird auch in diesem Fall die Wasservorwärmtemperatur an dem Temperatursensor 3 eingestellt und die Betriebstemperatur der Kokille oder der Gießform wird an dem Temperatursensor 15 gesetzt.
Eine vorausgehende Überprüfung, dass der Speisekreis Wasser mit einem Druck bereitstellen kann, dessen Druck zumindest fünf Bar höher liegt als der Verdampfungsdruck des Wassers bei der Heiztemperatur ist notwendig; andererseits wäre es notwendig, eine Druckpumpe an der Speiseleitung einzubauen.
Das Drei-Wege-Ventil 30 wird in offenem Zustand belassen und der Minimumdruckschalter 16 wird auf einen Druck eingestellt, der zumindest vier Bar beträgt und in jedem Fall ein Bar niedriger ist als der Druck des Wassers in dem Speisekreislauf.
Der Druckschalter 17, der sich auf den Maximumdruck bezieht, wird auf einen Druck eingestellt, der ungefähr zwei Bar höher liegt als der Wasserverdampfungsdruck bei der Temperatur, die an dem Temperatursensor 3 eingestellt ist.
Bei dem oben beschriebenen Kreislauf wird Wasser von dem Speiserohr in den Kreislauf 1' zugeführt und die Umwälzpumpe wird gestartet durch geringfügiges Schließen des Weges 30c des Drei-Wege-Ventiles 30 und die Heizeinheit 13 wird angeschaltet.
Während des Wasser- und Kokillenbeheizungsschrittes wird, bis die Wassertemperatur die an der Armatur eingestellt ist, erreicht ist, das Volumen des Wassers in dem unter Druck stehenden Kreislauf anwachsen, womit gleichzeitig der Druck wächst.
Der Druck, der überschüssig zu dem festgesetzten Druck ist, wird mittels des Überströmventiles 12 als Sicherheitsventil abgebaut.
Wenn die an dem Sensor 3 voreingestellte Temperatur erreicht ist, wird die Wärmeeinheit 13 abgeschaltet.
Wenn die Produktion aufgenommen wird, so wird flüssiges Metall in den Gießraum eingeführt, die Temperatur der Gießform wächst entsprechend der Temperatur, die an der Armatur 1 eingestellt ist.
An diesem Punkt öffnet das Drei-Wege-Ablassventil 30 geringfügig und folglich wird Wasser mit Umgebungstemperatur wieder in den unter Druck stehenden Kreislauf zugeführt.
Die Kühlrate in der Gießform kann eingestellt werden mittels der Rate, mit der das Drei-Wege-Ventil 30 öffnet, bis die Kokillentemperatur gleich der Temperatur ist, die an der Armatur 15 eingestellt ist; dann schließt das Drei-Wege-Ventil 30.
Durch die obige Beschreibung ist ersichtlich, dass die Erfindung das gesteckte Ziel und die Aspekte erreicht und insbesondere wird die Tatsache betont, dass die Temperaturüberwachung dadurch erfolgt, dass Wasser als Wärmeaustauschflüssigkeit verwendet wird; Wasser erzeugt nicht die typischen funktionellen Probleme wie Öl, kann jedoch in der Tat optimale Kühlwerte erzeugen, die nach Wunsch gut einstellbar sind.
Zusätzlich besteht die Möglichkeit der Durchführung einer Leistungskühlung der Kokille oder Gießform, wodurch der Austrag des Teiles von der Gießform oder der Kokille durch die Volumenreduzierung des inneren Teiles vereinfacht wird.
Die vorliegende Erfindung lässt zahlreiche Modifizierungen und Varianten zu, die sämtlichst innerhalb des Rahmens der Erfindung liegen, die durch die begleitenden Patentansprüche bestimmt sind. Sämtliche Einzelheiten können weiterhin ersetzt werden durch andere technisch äquivalente Elemente.
In der Praxis können die verwendeten Materialien genauso wie die Dimensionierungen und der Umfang entsprechend der Anforderungen angepasst sein.
Wo die technischen Merkmale, die in jedem Patentanspruch erwähnt sind, durch Bezugszeichen erläutert werden, haben derartige Bezugszeichen den einzigen Zweck, die Verständlichkeit der Patentansprüche zu verbessern und entsprechend weisen die Bezugszeichen keinerlei begrenzende Wirkung auf die Auslegung eines jeden Bauteiles auf, welches beispielhaft durch derartige Referenzzeichen identifizierbar ist.

Claims

Temperaturüberwachungseinheit für Kokillen und Gießformen, insbesondere zum Druckgießen oder Spritzgießen von Aluminium und dessen Legierungen, Kunststoffen und Ähnlichem, dadurch gekennzeichnet, dass sie Folgendes aufweist: einen Kokillen- oder Gießformen-Kühlkreis (1) durch welchen unter Druck stehendes Wasser fließt, eine Wasser-Speisepumpe (2), die mit dem Kreis verbunden ist und auf einen Druck einstellbar ist, welcher höher ist als der Verdampfungsdruck des Wassers bei einer vorgewärmten Temperatur des Wassers, welche durch einen ersten Temperatursensor (3) aufgenommen werden kann zur Messung der Temperatur des Wassers, wobei der Kreis eine Umwälzpumpe (11) beinhaltet, ein Wasser-Überströmventil (12), welches auf einen tieferen Druck einstellbar ist als die Speisepumpe (2), und eine Aufwärmeinheit (13), welche durch den ersten Temperatursensor (3) überwacht wird, wobei ein Kokillen- oder Gießformen-Temperatursensor (15) weiterhin bereitgestellt wird, der die Speisepumpe (2) überwacht.
Temperaturüberwachungseinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sie Mittel zur Einstellung des Betrages des durch die Speisepumpe (2) zugeführten Wassers enthält um das ΔT des Wärmeaustausches mit der Kokille oder der Gießform (10) einzustellen.
Temperaturüberwachungseinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Wasser-Speisepumpe (2) auf einen Druck eingestellt ist, welcher 5 bar höher liegt als der Verdampfungsdruck.
Temperaturüberwachungseinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Überströmventil (12) auf einen Druck wert eingestellt ist, welcher 3 bar niedriger liegt als der Druck, der an der Speisepumpe (2) eingestellt ist.
Temperaturüberwachungseinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sie einen Sensor (14) zur Detektion der Temperatur der Aufwärmeinheit (13) aufweist.
Temperaturüberwachungseinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sie einen Minimum-Druckschalter (16) aufweist, der auf einen Druckwert eingestellt ist, der mit dem Verdampfungsdruck korrespondiert.
Temperaturüberwachungseinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sie einen Maximum-Druckschalter (17) aufweist, welcher zwischengeschaltet ist am Einlasskanal der Speisepumpe (2) und welcher auf einen Wert eingestellt ist, der 2 bar höher liegt als der der Druckpumpe.
Temperaturüberwachungseinheit nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Speisepumpe durch den Minimum-Druckschalter (16) überwacht wird.
Temperaturüberwachungseinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorwärmtemperatur wesentlich niedriger als 200°C ist und die Temperatur der Kokille oder Gießform wesentlich höher als 200° ist.
Temperaturüberwachungseinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das durch die Speisepumpe (2) zugeführte Wasser kontinuierlich über das Überströmventil (12) abgeführt wird.
Temperaturüberwachungseinheit, dadurch gekennzeichnet, dass sie Folgendes aufweist: – einen Kokillen- oder Gießformen (10) – Kühlkreis (1') durch welchen unter Druck stehendes Wasser fließt, – ein Drei-Wege-Ventil (30) welches in dem Wasserspeisekreis (1') bereitgestellt ist mit einem ersten Weg (30a) und einem zweiten Weg (30b), welche mit dem Kreis (1') und einem dritten Weg (30c) zur externen Ableitung des Wassers verbunden sind, wobei der Kreis mit einem Kreis (31) verbunden ist zur Zuführung von unter Druck stehendem Wasser bei einem Druck, der höher ist als der Verdampfungsdruck des Wassers bei einer Vorwärmtemperatur des Wassers, was durch einen ersten Sensor (3) detektierbar ist, zur Messung der Temperatur des Wassers, wobei der Kreis (1') aufweist: – eine Umwälzpumpe (11), – ein Wasser-Überströmventil (12) welches auf einen Druck einstellbar ist, der niedriger ist, als der Druck des Speisekreises (31), und – eine Aufwärmeinheit (13), welche durch den ersten Temperatursensor (3) überwacht wird, – einen Kokillen- oder Gießformen-Temperatursensor (15) welcher weiterhin bereitgestellt ist und welcher das Drei-Wege-Ventil (30) überwacht.
Temperaturüberwachungseinheit nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Ableitungsweg des Drei-Wege-Ventiles (30) eine einstellbare Öffnung aufweist zur Ermöglichung einer graduellen Eistellung der Kühlrate für die Kokille oder Gießform (10).