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Diese
Erfindung betrifft ein Temperatursteuerverfahren und eine solche
Vorrichtung, die auf Maschinen angewendet werden können und
besondere Anwendung für
Formen und zum Formen von Gegenständen unter Verwendung von Formen
in Prozessen wie zum Beispiel Spritzgießen, Thermoformen, Vakuumformungs-Metallformgießen und
dergleichen finden.
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Die
Erfindung soll unter Bezugnahme auf eine Anwendung beschrieben werden,
es ist jedoch nicht beabsichtigt, dass das Konzept nur auf diese Anwendung
begrenzt werden sollte.
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Es
ist gut bekannt, dass eine Form durch Verwendung von Wasser innerhalb
eines akzeptablen Temperaturbereichs gehalten werden kann, welches
durch Durchgänge
in der Form zu einer getrennten Wärmetauschstation fließt.
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Eine
der Herausforderungen bei der Auslegung von Formen besteht in der
Sicherstellung, dass die arbeitenden Teile der Form ausreichenden
Zugang zu Kühlwasser
haben. Dies kann von Zeit zu Zeit tatsächlich sehr schwierig sein,
zum Beispiel, wenn sehr wenig Platz für geeignete Durchgänge für Wasser
vorhanden ist, das in ausreichendem Volumen zu und von einer Stelle
zu transportieren ist.
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Eine
solche Herausforderung, die arbeitenden Teile einer Form in einem
akzeptablen Temperaturenbereich zu halten, ist keine unwesentliche
Angelegenheit und kann beträchtliche
Kosten beim Herstellen und der Inbetriebnahme einer Form beinhalten.
Eins der erfahrenen Probleme besteht darin, dass, außer wenn
das Wasser entmineralisiert ist, was allgemein aufgrund des Volumens
von benötigtem
Ersatzwasser unwirtschaftlich ist, dann Kalkaufbau auftreten wird,
der wiederum teuer zu behandeln sein kann und im Verlauf der Zeit
zu reduzierter Effizienz beim Kühlen
führen
kann.
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Ein
weiteres Problem ist die Korrosion in den Kühldurchgängen, die dadurch verursacht
wird, dass sie belüftetem
Kühlwasser
ausgesetzt werden.
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Ferner
kann die Effizienz von Kühlung
einen sehr wichtigen Faktor in der Wiederholungsrate der Verwendung
einer Form darstellen. Wenn eine effizientere Art zum Kühlen vorhanden
wäre, könnte die Form
möglicherweise
in größeren Wiederholungsraten
verwendet werden, was hinsichtlich der Produktionskosten bei Verwendung
der Form von Bedeutung ist.
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Ferner
können
ungleichmäßige Kühlgrade zwischen
verschiedenen Teilen einer Gussform Verzerrung der geformten Teile
verursachen, für
die Korrektur oder Kompensation teuer sein kann.
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Es
ist eine Aufgabe dieser Erfindung, eine alternative Art zum Bewirken
von Temperatursteuerung einer Maschine vorzuschlagen, die mindestens einige
der oben genannten Schwierigkeiten reduziert.
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DE 756 867 beschreibt eine
Vorrichtung für die
Temperatursteuerung elektrisch erhitzter Gerätekomponenten, in der eine
elektrisch erhitzte Flüssigkeitshülle konfiguriert
als ein Kesselhohlraum an einen mit druckausgleichendem Gas gefüllten Hohlraum über einen
Kondensator/eine Heizung gekoppelt ist.
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US-A-4548
773 offenbart ein Verfahren und eine Vorrichtung für Präzisionsspritzgießen, die
gesteuerte Kühlung
eines Teils der Formhohlraumfläche
während
des Formzyklus, und in der bevorzugten Ausführungsform gesteuerte Erhitzung
eines Teils der Formhohlraumoberfläche während des Formzyklus bereitstellen.
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US-A-4072
181 beschreibt eine Anordnung zum Regeln der Temperatur einer Hohlraumform,
in der ein zweiter Fluss eines flüchtigen Fluids mit variablem
Siedepunkt durch die Wand einer Gussform und durch einen Heizer
und damit verknüpften
Kondensator mittels einer Pumpe erzeugt wird.
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US-A-4690
789 beschreibt ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Kühlen einer
Form, durch die mehrere parallele Kühldurchgänge verlaufen, wobei die Form
Flusssteuermittel am Einlass und Kontrollgläser an den Auslässen aufweist
und für Überspeisung eingerichtet
ist, so dass Flüssigkeit
immer in allen Kühldurchgängen vorhanden
ist, um Heißpunkte in
der Form zu vermeiden.
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Es
kann festgestellt werden, dass in einer Form dieser Erfindung diese
eine Form eines Typs darstellt, der erfordert, dass von Zeit zu
Zeit Wärme von
der Form entfernt wird, wobei die Form mindestens eine geschlossene
Kammer mit darin enthaltender Flüssigkeit,
welche sich ausbreitet, um mindestens einen der Bereiche zu bedecken,
von denen Wärme
zu entfernen ist, und einen Raum über der Flüssigkeit und innerhalb der
geschlossenen Kammer einschließt,
wobei Druck auf eine Höhe
eingestellt wird, die Kochen der Flüssigkeit bei einer ausgewählten Temperatur
ermöglichen
wird, und einem Kondensiermittel, um durch Kühlen Kondensation von Dampf
der Flüssigkeit
in dem Raum zu bewirken.
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Vorzugsweise
ist mehr als eine Kammer vorhanden und ist jede Kammer so geformt
und positioniert zusammen mit dem Füllstand der Flüssigkeit
darin, dass die Flüssigkeit
während
Waschbedingungen Bereiche in der Maschine einnehmen wird, von denen
Wärme zu
entfernen ist.
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Vorzugsweise
ist die Flüssigkeit
Wasser.
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Vorzugsweise
ist die Form eine Maschine zum Formen von Kunststoffmaterialien.
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Vorzugsweise
ist die Form eine Form zum Spritzgießen von Kunststoffmaterialien.
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Vorzugsweise
ist die Form eine Form zum Formen von Kunststoffmaterialien durch
Thermoformen.
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Vorzugsweise
ist die Form eine Form zum Formgießen von Metallen.
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Es
kann festgestellt werden, dass in einer weiteren bevorzugten Form
dieser Erfindung diese eine Form mit einer internen Kühleinrichtung
darstellt, die eine geschlossene Kammer mit einer darin enthaltenen
Flüssigkeit
mit einem solchen Volumen umfasst, dass es einen oberen Füllstand über einem der
zu kühlenden
Bereiche der Form hat, und im wesentlichen nur den Dampf der Flüssigkeit
innerhalb der Kammer über
dem oberen Füllstand
der Flüssigkeit
aufweist.
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Es
kann festgestellt werden, dass in einer weiteren bevorzugten Form
dieser Erfindung diese eine Form zum Spritzgießen von Kunststoffmaterialien
mit einer internen Kühleinrichtung
darstellt, welche eine geschlossene Kammer teilweise gefüllt mit einer
Flüssigkeit
mit einem oberen Füllstand
aufweist, der ausreichend ist, dass Bereiche der Form innerhalb
der Kammer angrenzend an zu kühlende Teile
der Form durch die Flüssigkeit
eingenommen werden, und in dem Raum in der Kammer über der Flüssigkeit
im wesentlichen nur der Dampf der Flüssigkeit vorliegt.
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Es
kann festgestellt werden, dass in einer weiteren bevorzugten Form
dieser Erfindung diese eine Form zum Spritzgießen von Kunststoffmaterialien
mit einer inneren Kühleinrichtung
darstellt, welche eine geschlossene Kammer teilweise gefüllt mit
einer Flüssigkeit
mit einem oberen Füllstand
ausreichender Höhe
ist, damit einer der Bereiche der Form in der Kammer angrenzend
an Teile der zu kühlenden Form
durch die Flüssigkeit
bedeckt ist, und, in dem Raum in der Kammer über der Flüssigkeit im wesentlichen nur
der Dampf der Flüssigkeit
und eine Einrichtung zum Liefern von Kühlung von jeglichem Dampf innerhalb
des Raums in der Kammer über
dem Flüssigkeitsfüllstand
vorliegt, um dadurch mindestens eine gewisse Kondensation des Dampfes
zu bewirken.
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Vorzugsweise
gibt es zumindest zusätzlich ein
Heizmittel, das innerhalb der Kammer innerhalb der Flüssigkeit
angeordnet ist, so dass während
Bereitschaftszeit die Temperatur der Form in einem ausgewählten Bereich
von Temperaturen gehalten werden kann.
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Vorzugsweise
umfassen die Kühlmittel
ein Rohr, einen Kern in dem Rohr und Mittel zum Leiten von Kühlwasser
durch das Rohr.
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Es
kann festgestellt werden, dass in einer weiteren bevorzugten Form
dieser Erfindung diese ein Verfahren zum Kühlen von Teilen einer Form
darstellt, wobei die Form mindestens eine geschlossene Kammer mit
darin enthaltener Flüssigkeit,
die sich ausbreitet, um mindestens einen der Bereiche zu bedecken,
von denen Wärme
zu entfernen ist, und einen Raum über der Flüssigkeit und innerhalb der
geschlossenen Kammer aufweist, in dem veranlasst wird, dass Druck
auf einer Höhe
ist, bei der die Temperatur des Siedepunkts der Flüssigkeit
zumindest in ausgewähltem
Ausmaß unter
der Temperatur des Bereichs ist, von dem Wärme zu entfernen ist, und Kondensiermittel
vorhanden sind, um durch Kühlen Kondensation
des Dampfs der Flüssigkeit
in dem Raum zu bewirken.
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Es
kann festgestellt werden, dass in einer weiteren bevorzugten Form
dieser Erfindung diese ein Verfahren zum Kühlen von Teilen einer Form
darstellt, wobei die Form mindestens eine geschlossene Kammer mit
darin enthaltener Flüssigkeit,
die sich ausbreitet, um mindestens einen der Bereiche zu bedecken,
von denen Wärme
zu entfernen ist, und einen Raum über der Flüssigkeit und innerhalb der
geschlossenen Kammer aufweist, in dem veranlasst wird, dass Druck
auf einer Höhe
ist, bei der die Temperatur des Siedepunkts der Flüssigkeit
zumindest in ausgewähltem
Ausmaß unter
der Temperatur des Bereichs liegen wird, von dem Wärme zu entfernen ist,
was dadurch begründet
ist, dass als ein erster Schritt die geschlossene Kammer mit der
Flüssigkeit gefüllt und
dann ein ausreichender Anteil der Flüssigkeit extrahiert wird, ohne
dass Luft die extrahierte Flüssigkeit
ersetzen kann, und Flüssigkeit
bei einer ausgewählten
Kühltemperatur
durch Kondensiermittel geleitet wird, um durch solches Kühlen Kondensation
des Dampfs der Flüssigkeit
im Raum zu bewirken.
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In
Gebrauch kann dann Kondensation des Dampfs durch Vorsehen eines
Wärmeaustauschs entweder
durch ein unabhängiges
Element innerhalb des Raums über
dem Flüssigkeitsfüllstand
bewirkt werden, oder indem ein Teil oder die gesamte die Kammer
begrenzende Wand in einem Bereich über der Flüssigkeitsoberfläche vorliegt,
der auf einer niedrigeren Temperatur ist, aber in jedem Fall so, dass
ein annehmbar wirksamer Wärmeaustausch von
dem Dampf der Flüssigkeit
stattfinden wird, damit dieser dann zurück in die Flüssigkeit
kondensiert und in den Körper
der Flüssigkeit
innerhalb der geschlossenen Kammer zurückfließen wird.
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Der
Teil der Kammer zum Aufnehmen von Wärme wird aufgrund einer erhöhten Temperatur
der direkt angrenzenden Flüssigkeit
auf eine Höhe
derjenigen von Flüssigkeit in
angrenzenden Bereichen einen Wechsel des Zustands der Flüssigkeit
in diesem Bereich zu Dampf bewirken, welcher aufgrund der latenten
Wärmekapazität des Dampfs
einen sehr wesentlichen Wärmeträger darstellen
wird. Aufgrund von Dichteverhältnissen
wird dann der so gebildete Dampf zur Oberfläche der Flüssigkeit ansteigen und fortfahren,
den Raum über
der Flüssigkeit
zu füllen, wo
fortgesetzte Kondensation durch einen umgekehrten Wärmeaustausch
bewirkt wird.
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Hierdurch
wird eine geschlossene Kammer mit ihrer so arbeitenden ausgewählten Flüssigkeit
erhalten, dass sie auf einer Temperatur und einem Druck ist, die
durch ihren eigenen Dampfdruck und durch externe Wärmeeingaben
geregelt werden.
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Eine
Anzahl von Variationen kann in das allgemeine Konzept eingeschlossen
werden.
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In
einem ersten Verfahren wird die innere Kammer vollständig mit
der zu verwendenden Flüssigkeit
gefüllt.
Vorzugsweise wird eine solche Flüssigkeit
vorhergehend so behandelt, um gelöste Gase und andere Verunreinigungen
zu entfernen, so dass die Flüssigkeit
vorzugsweise eine Flüssigkeit
ohne Verunreinigungen ist, die ansonsten den Prozess oder allgemein
die Effizienz des Prozesses stören können.
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Wenn
voll und abgedichtet, ist die Kammer dann durch ein Absperrventil
zugänglich,
so dass ein Teil der Flüssigkeit
dann mit einer Pumpe auf einen Füllstand
extrahiert wird, der so gewählt
wird, dass der Füllstand
unter einem Kondensationselement oder Mittel innerhalb des oberen
Teils der Kammer liegt, und dann Flüssigkeit in Kontakt mit einer
Wärmequelle
sein wird, die die abzuleitende Wärme zu liefern hat.
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Nach
diesen Schritten ist die Form dann gebrauchsbereit, wobei sich ein
Wärmetauscher
in einem oberen Teil der inneren Kammer befindet, um Wärmeaustausch
zu liefern, und weitere Flüssigkeit durch
den Wärmetauscher
bei einer bevorzugten Formbetriebstemperatur, jedoch vorzugsweise
einer Temperatur gepumpt wird, die nicht niedrig genug ist, um Gefrieren
der Flüssigkeit
zu bewirken.
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Es
wird in diesem Stadium erwartet, dass die Flüssigkeit normalerweise Wasser
sein würde,
es wird jedoch festgestellt, dass viele andere Flüssigkeiten
außer
Wasser einen guten Effekt liefern würden.
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Für jede individuelle
Bedingung müssen
das Ausmaß von
zu verändernder
Wärme,
das Ausmaß von
zu kühlenden
heißen
Oberflächen,
und die allgemeine Temperatur bei der zu arbeiten ist, überdacht werden,
um die Gesamtform und Abmessungen der Kammer, das zu verwendende
Fluid, das Ausmaß von
Dampfraum über
dem Flüssigkeitsfüllstand,
und das Kondensiermittel innerhalb des Dampfraums zu berücksichtigen.
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In
bisher durchgeführten
Versuchen liefert eine solche Anordnung sehr wirksame und relativ einheitliche
Wärmeübertragung.
Während
auf eine Kammer Bezug genommen wurde, schließt dies nicht den Fall aus,
in dem getrennte Kammern verbunden durch abgedichtete Leitungen
vorliegen können.
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Eine
Kammer ist dann als ein ausreichend breites Konzept zu betrachten,
um eine jegliche geschlossene Umgebung einzuschließen.
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Zur
weiteren Erklärung
der Erfindung soll diese unter Bezugnahme auf eine weitere Ausführungsform
beschrieben werden, die unter Bezugnahme auf eine beigefügte Zeichnung
beschrieben werden soll, in der:
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1 eine
schematische Querschnittansicht eines Thermoformgeräts gemäß einer
ersten Ausführungsform
ist;
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2 eine
Querschnittansicht der positiven Seite einer Kunststoffspritzform
ist;
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3 eine
Querschnittansicht entlang der Linien 3-3 von 2 der
zweiten Ausführungsform ist;
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4 eine
perspektivische Explosionsansicht der Kunststoffspritzform ist,
deren positive Seite in den 2 und 3 gezeigt
ist;
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5 eine
perspektivische Explosionsansicht der Teile ist, die den Teil der
zweiten Ausführungsform
wie in den 2 und 3 gezeigt
bilden; und
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6 ein
Abschnitt entlang der Linien 6-6 in 3 ist.
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Unter
detaillierter Bezugnahme auf 1, ist dort
ein Thermoformgerät 1 mit
einem Stopfen 2 gezeigt, der zum Schieben einer Kunststoffbahn
in einen Formhohlraum 3 eingerichtet ist. Die Bahn 4 wird konventioneller
Behandlung einschließlich
dessen unterzogen, dass Luft unter Druck die geformte Bahn 4 in
eine eng angepasste Form des Hohlraums 3 treibt.
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Der
Hohlraum 3 ist durch einen hohlen Körper 5 umschlossen,
der eine geschlossene Kammer zusammen mit Leitungen 6 und 7 und
einem Kondensierbehälter 8 begrenzt.
Innerhalb des Kondensierbehälters 8 befindet
sich eine Wärmetauschspirale 9, der
ein geeignetes Kühlmittel
zugeführt
wird.
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Die
Leitung 7 verläuft
unter Kunststoffbahnhaltemitteln 13 und könnte deshalb
eine Flüssigkeitssperre
für den
Durchgang von Dampf durch den Kondensierbehälter 8 verursachen.
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Dieser
Effekt kann durch Einbringen zusätzlicher
Wärme durch
eine Heizspirale 11 entfernt werden, die eine Verdampfung
der Flüssigkeit
an dieser Stelle bewirken wird.
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Anfängliches
Anlassen dieses Geräts
wird durch Füllen
der Kammer erreicht, die den hohlen Körper 5, die Leitungen 6 und 7 und
den Behälter 8 mit
Wasser enthält.
Durch das Ventil 12 wird Wasser dann extrahiert, bis sein
Füllstand
auf einen wie bei 15 gezeigten Pegel abgesenkt wird. Dies
hinterlässt dann
einen oberen entleerten Raum 16, der dann implizit im wesentlichen
nur durch den Dampf der Flüssigkeit
gefüllt
werden wird.
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Von
hier an wird die Anordnung als ein geschlossenes System verbleiben,
so dass Wärme
von der Wand des Hohlraums 3 in latente Verdampfungswärme umgewandelt
werden wird, wobei der die Kondensierkammer 8 erreichende
Dampf in Flüssigkeit
zurückgewandelt
wird, da er die latente Verdampfungswärme an die Wärmetauschspirale 9 abgibt.
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Nun
bezugnehmend auf die 2 bis 5, ist dort
speziell in den 2, 3 und 5 die
positive Seite einer Spritzform gezeigt, und zur Vereinfachung der
Beschreibung soll auf diese Teile und dann später auf die negative Seite
der Form Bezug genommen werden, wie allgemeiner in 4 gezeigt ist.
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Dementsprechend
ist die positive Form 17 durch geeignete Bolzen befestigt,
die an einer Position wie zum Beispiel bei 18 an einem
Block 19 angeordnet sind, welcher zusammen mit einer Rückplatte 20 eine
geschlossene Kammer 21 ähnlicher
Form zur Form 17 bildet, die eine ausgewählte Menge
Wasser hält,
das allgemein bei 22 gezeigt ist. Die positive Form 17 und
der Block 18 können
als ein einziges Stück
gebildet werden.
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Das
Wasser 22 füllt
den umschlossenen und geschlossenen Raum 21 nicht vollständig, wodurch ein
Raum 23 über
einem oberen Füllstand
des Wassers 24 gelassen wird.
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Es
ist eine Wärmetauschkühleinrichtung
bei 25 gezeigt, die in Form eines Rohrs 26 angeordnet ist,
welches eine Mehrzahl von Rippen 27 zum Bewirken einer
Kühlung
von Wasserdampf aufweist, wenn dieser in dem Raum 23 vorliegt.
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Die
Temperatur der Rippen 27 wird geregelt, indem der Fluss
von Kühlwasser
durch einen Einlass 28 eingerichtet wird, welcher dann
durch die Mitte eines entfernbaren Kerns 29 zu einem Ende 30 fortgesetzt
wird, wo anschließend
Fließen
des Wassers durch einen spiralförmigen
Spalt 31 verursacht wird, so dass es die Länge des
hohlen Kerns 29 vollständig
durchqueren wird, um dann durch den Durchgang 32 auszutreten.
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Ein
Vorteil dieser Anordnung besteht darin, dass der hohle Kern 29 durch
den Stopfen 33 gehalten wird, so dass der Kern von Zeit
zu Zeit einfach entfernt werden kann, ohne den Zustand des entleerten
Raums 23 zu beeinflussen, und ein jeglicher Aufbau von
Ablagerungen, Abriebteilchen oder sonstigem dann wirksam gereinigt
werden kann.
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Ein
Absperrventil 34 ist ausgelegt, um einen Verschluss der Öffnung 35 und
der Entleerungsöffnung 44 zu
bewirken, und es ist ferner bei 36 ein verschließbarer Stopfen
vorhanden.
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Zum
Füllen
der Form, wird Wasser zuerst kräftig
mindestens eine Minute lang gekocht, um so mögliches gelöstes Gas aus dem Wasser zu
reduzieren.
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Das
Wasser wird dann in die Kammer 21 durch die Öffnung 36 gegossen,
so dass es die Kammer vollständig
füllen
wird. An dem Absperrventil 34 ist ein Paar Dichtungselemente 45 vorhanden,
die so wirken, dass, wenn es offen ist, Wasser aus der Kammer durch
einen Entleerungskanal 44 extrahiert werden kann, während der
Verschluss der Öffnung 35 aufrechterhalten
bleibt, und wenn es geschlossen ist, die Strömung von Luft in die Kammer
durch den Entleerungskanal 44 verhindert wird.
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Die
Menge von entferntem Wasser ist derart, dass ein ausreichender Raum über dem
ausgewählten
Wasserfüllstand
geschaffen wird, um Arbeiten der Kühleinrichtung innerhalb der
Umgebung allgemein nur des Wasserdampfes und nicht des flüssigen Wassers
zu ermöglichen.
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Wenn
das dann entgaste Wasser teilweise die geschlossene Kammer 21 füllt, wird
zu sehen sein, dass das Wasser dann in Betrieb diejenigen Teile
der Form bedeckt oder Zugang zu diesen hat, wie zum Beispiel in 1 oder 2 gezeigt
ist, die unmittelbar an diejenigen Bereiche angrenzen, welche in
Berührung
mit erhitzten Kunststoffmaterialien sein werden und von denen Wärme zu extrahieren
ist.
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Durch
Reduzieren des Drucks innerhalb der geschlossenen Kammer 21 wird
veranlasst werden, dass Wasser angrenzend an die heißeren Teile
der Form bei etwas niedrigeren Temperaturen als 100 Grad Celsius
(212 Grad Fahrenheit) kocht, und aufgrund, des hohen Werts der latenten
Verdampfungswärme
von Wasser führt
ein solcher Effekt zu sehr wirksamer Extraktion von Wärme von
den heißeren Teilen
der Form.
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Aufgrund
der Ausrichtung der Form und aufgrund der Formgebung der inneren
Teile der Form derart, dass Dampf bei Bildung in den obersten Raum
innerhalb der geschlossenen Kammer 21 aufsteigen kann,
wird dies dann weiter den Wasserdampf in dem Raum konzentrieren,
welcher seinerseits gekühlt
werden und deshalb durch Wärmeaustausch
von dem Wärmetauschsystem
kondensiert wird.
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Während verschiedene
Verfahren zum Erzeugen des Zustands von Flüssigkeit innerhalb der geschlossenen
Kammer 21 verwendet werden können und in einer allgemeinen
Weise eine solche Anordnung beschrieben worden ist, wird in einem
weiteren Verfahren zuerst ein Trichter mit einem Ausguss mit einem
Gewinde passend zum Einlass oder Einfüllkanal vorgesehen, mit einer
größeren Kapazität als das
Volumen von Wasser, das aus der gefüllten geschlossenen Kammer 21 zu
entfernen ist.
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Eine
Hubkolbenvakuumpumpe mit einer Einzelhubkapazität gleich dem Volumen von zu
entfernendem Wasser wird an einem Entleerungskanal angebracht.
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Wenn
das Wasser die Kammer gefüllt
hat, kann die Vakuumpumpe so verwendet werden, um mehrmals zurückgezogen
und dann zurückgeführt zu werden,
zum Veranlassen, dass Wasser innerhalb des Systems hin- und hergepumpt
wird, um so die Entfernung wesentlicher Luftblasen zu unterstützen, die
während
Füllung
eingefangen worden sein können.
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Die
Kammer wird dann wieder mit Wasser aufgrund dessen aufgefüllt, dass
etwas Luft gelöst und
zur Oberfläche
des Wassers getrieben wurde, und der Einlass oder Füllkanal
wird dann geschlossen.
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Die
Vakuumpumpe kann erneut veranlasst werden, sich mehrmals zurückzuziehen
und zurückgeführt zu werden,
um Hin- und Herpumpen des Wassers im System zu verursachen. Mit
jedem Zurückziehen
wird der Druck innerhalb der Kammer beträchtlich gesenkt und verbleibende
eingefangene Gasblasen werden sich ausdehnen und die meisten werden
zur Oberfläche
des Wassers ansteigen.
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Der
Vakuumpumpenhub wird dann zurückgeführt, die
Kammer wird erneut mit Wasser aufgefüllt und der Einlasskanal wird
geschlossen.
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Mit
einem Vollhub der Vakuumpumpe wird die benötigte Wassermenge extrahiert
werden und das Absperrventil 34 wird dann eingeschraubt,
um den Entleerungskanal 44 zu verschließen.
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In
diesem Prozess ist es vorgesehen, dass das Absperrventil 34 das
Wasser einfach in die Pumpe gravitieren lässt. Da Luft im Wesentlichen
ausgeschlossen ist, wird Schwerkraft zum Bewegen der Flüssigkeit
in die Vakuumpumpe benötigt.
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Dies
beschreibt, wie bereits vorhergehend ausgeführt wurde, eine Seite einer
Einspritzform, wobei der weitere Teil der Einspritzform in Explosionsdetail
in 4 gezeigt ist. In diesem Fall ist dort dann eine
geschlossene Kammer 37 vorhanden, die eine negative Form 38 umschließt, in der
der positive Teil 17 angeordnet wird, um dazwischen einen
durch den Einlasskanal 39 versorgten Formraum zu bilden.
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Eine
Rückplatte 40 befindet
sich in abgedichtetem Eingriff mit der Form 41 und es sind
Wärmetauschmittel
bei 42 mit einem hohlen entfernbaren Kern 43 gezeigt.
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Der
Füllvorgang
dieser Seite der Form ist der gleiche wie bei dem ersten positiven
Teil der Form.
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Einer
der Vorteile der beschriebenen Anordnung besteht darin, dass die
Temperatur der Form automatisch ausgeglichen wird, da Kochen vorzugsweise
an den höheren
Temperaturstellen erfolgen wird, wodurch ihre Temperatur auf die
der sie umgebenden Bereiche gesenkt wird.
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Folglich
gibt es bei diesem System einen vorteilhaften Ausgleichseffekt der
Temperatur, der bedeutet, dass kompliziertere Techniken zum Versuchen,
die Temperaturen gleich zu halten, nicht mehr benötigt werden.
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Die
Formtemperatur zum Beispiel kann sehr gleichmäßig und wirksam durch Steuern
des Flusses von Kühlmittel
wie zum Beispiel Wasser durch den Wärmetauscher gesteuert werden.
Dies führt
zu der weiteren Anordnung, die das Vorsehen eines Thermostats einschließt, um so
auf die Temperatur der Flüssigkeit
in der geschlossenen Kammer zu reagieren.
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Dementsprechend
kann dieses durch eine Servosteuerung so angeschlossen werden, um
den Fluss von Kühlflüssigkeit
durch den Wärmetauscher immer
dann zu unterbrechen, wenn die Temperatur unter einen ausgewählten Wert
fällt,
und kann die Durchflussmenge von Kühlflüssigkeit immer dann wiederherstellen
oder erhöhen,
wenn die Temperatur des Fluids in der umschlossenen Kammer über eine andere,
etwas höhere
ausgewählte
Höhe ansteigt.
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VERSUCHSERGEBNISSE
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Eine
Prototypeinheit wurde hergestellt und geprüft. Diese Einheit wurde als
der positive Teil der Einspritzform, welche die in den 2, 3 und 5 gezeigte
Anordnung darstellt, mit einem Flächenbereich von 250 mm und
natürlich
dem offenbarten vorstehenden Kern mit einem Durchmesser von 70 mm
und einer Länge
von 55 mm hergestellt. Die umschlossene Kammer wies dann eine Wanddicke am
Formteil von 12 mm auf.
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Das
beschriebene Verfahren zum Bewirken einer Beschickung mit Wasser,
das entgast wurde, und anschließender
Entfernung eines Anteils desselben, um nur Wasserdampf in einem
Raum zu belassen, wurde angewendet.
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Die
Wirksamkeit der beschriebenen Kühlaktivität wurde
wie folgt geprüft:
- 1. Kühlwasser
wurde dem Wärmetauscher
bei einer Temperatur von 27 Grad Celsius zugeführt, welche die Umgebungstemperatur
zum Zeitpunkt des Tests darstellte.
- 2. Zwei Gasgebläsebrenner
wurden auf die Oberfläche
des Kerns gerichtet und man ließ diese kontinuierlich
die Außenfläche der
vorstehenden Formoberfläche
erhitzen. Die Temperatur des Kühlmittels,
des Kerns und des Wassers in der eingeschlossenen Kammer wurden
unter Verwendung digitaler Hitzemesser überwacht.
- 3. Die Durchflussmenge von Kühlmittel
durch den Wärmetauscher
wurde angepasst, um eine Durchflussmenge von vier Litern pro Minute
zu erhalten.
- 4. Die Ausgabe der Gebläsebrenner
wurde angepasst, bis ein Temperaturanstieg von 2,7 Grad Celsius
im Kühlmittel
erreicht wurde. Dies entsprach einem Wärmegewinnungsgrad von 750 Watt.
- 5. Man stellte fest, dass die Temperatur der Form unter diesen
Bedingungen 48 Grad Celsius erreicht und dort gehalten wird, das
heißt
21 Grad Celsius über
der Kühlmitteltemperatur.
- 6. Die Temperatur des Wassers in der eingeschlossenen Kammer
wurde stabilisiert und betrug 35 Grad Celsius.
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Es
wurde auch direkte Berechnung einer erwarteten Temperatur des Kerns
basierend auf seiner Geometrie und den Testbedingungen durchgeführt. Die
berechnete Temperaturdifferenz durch die Wände des Kerns beträgt 12 Grad
Celsius und man stellte fest, dass dies sehr gut mit dem Versuchsergebnis übereinstimmt.
Die verbleibende Temperaturdifferenz (8 Grad Celsius) ist eine Funktion
des Wirkungsgrads des Wärmetauschers.
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Es
wird von den obigen Versuchsergebnissen angenommen, dass diese ein
sehr hervorragend effektives Ergebnis darstellen, das eine äußerst wichtige
Bedeutung in vielen Anwendungen haben wird, in denen Formen zu kühlen sind
und in denen Erreichen einer Einheitlichkeit der Kühlwirkung
wertvoll ist.
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Da
die geschlossene Kammer das gleiche Wasser während des vollständigen Kühlprozesses behält, wird
ferner nicht erwartet, dass Minearalablagerung oder eine jegliche
wesentliche Korrosion erfolgen wird (infolge des Fehlens von Luft).
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Während vorzugsweise
nur Wasser verwendet wird, können
andere Flüssigkeiten
oder Mischungen von Flüssigkeiten
verwendet werden, und in einem solchen Fall sind es im Wesentlichen
nur die Dämpfe
der Flüssigkeiten,
die nur im Raum über
dem Füllstand
der Flüssigkeit
in der geschlossenen Kammer vorhanden sein werden.