EP2916977B1

EP2916977B1 - Verfahren und vorrichtung zur herstellung eines druckgussteils

Info

Publication number: EP2916977B1
Application number: EP13782722.6A
Authority: EP
Inventors: Michael DECHENE; Guenther Kahl; Josef Maier; Sascha Müller; Manfred Tremmel
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2012-11-12
Filing date: 2013-10-24
Publication date: 2020-12-02
Anticipated expiration: 2033-10-24
Also published as: DE102012220513B4; US20150239041A1; US20170028463A9; EP2916977A1; WO2014072188A1; CN104661774A; DE102012220513A1; CN104661774B

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung eines Druckgussteils.
Die Herstellung von Bauteilen mittels Druckguss ist in der Technik wohlbekannt. Dabei wird ein eine in der Regel zweiteilige Dauerform geschlossen, ein aufgeschmolzener Werkstoff unter hohem Druck und mit relativ großer Geschwindigkeit in die Form eingebracht und unter Druck erstarren gelassen. Danach wird die Form geöffnet, das Werkstück entnommen, die Form gegebenenfalls gereinigt, und es kann ein neuer Gießzyklus (Schuss) beginnen. Der Zyklus beginnt oft mit dem Auftragen eines Trenn- oder Schmiermittels, das auch ein Anhaften des Werkstoffs an dem Metall der Form verhindern soll. Trotz Trockenblasen der Form kann eine Restfeuchtigkeit in der Form verbleiben. Eine Restfeuchtigkeit in Druckgießformen kann auch beim Abguss in den Formhohlraum gelangen, wie etwa durch Vakuum, defekte Sprüher, Undichtigkeiten etc., und kann zu erhöhter Porosität im Gussteil und schlimmstenfalls zu Ausschuss führen. Wenn diese Restfeuchtigkeit erst im Falle von Gießproblemen oder erhöhtem Ausschuss erkannt wird, kann erst spät auf Feuchtigkeitsprobleme reagiert werden. Es sind dann ggf. etliche Teile schon produziert, was zu erhöhten Ausschusskosten und evtl. Versorgungsproblemen führen kann.
Aus der DE 196 28 870 A1 ist bekannt, eine Druckgießform vor der Befüllung mit einem Gießmaterial mittels einer Saugleitung zu evakuieren, wobei in der Saugleitung mittels zweier parallel geschalteter Sperrventile ein Referenzraum bildbar ist. Nach Schließen der Sperrventile herrschen in dem Referenzraum näherungsweise die gleichen Umgebungsparameter, die vor dem Schließen der Sperrventile in der Druckgießform geherrscht haben. Mittels Sensoren wird innerhalb des geschlossenen Referenzraums eine Messung der Umgebungsparameter wie etwa Restfeuchte, Temperatur und/oder Druck durchgeführt. Die Messwerte werden zur Steuerung des Gießprozesses verwendet. Um die angegebene Ansprechzeit der Sensoren zu erreichen, die nach der DE 196 28 870 A1 bei etwa 15 Sekunden liegt, wird die Messung innerhalb eines Zeitbereichs von 10-30 Sekunden durchgeführt.
Bei Anwendung des vorgenannten Verfahrens wird die Taktzeit nach unten durch die für die Messung benötigte Zeit begrenzt. Bei einer Messzeit von 10 Sekunden können maximal 360 Schuss pro Stunde, bei einer Messzeit von 30 Sekunden maximal 120 Schuss pro Stunde gefahren werden. Technisch etwa erreichbare, geringere Taktzeiten von bis zu 1000/Stunde (http://de.wikipedia.org/wiki/Druckguss) können nicht ausgenutzt werden. Der Geräte- und Steuerungsaufwand zur Verwirklichung des Referenzraumes ist hoch, und nach Bildung des Referenzraums ist keine weitere Evakuierung mehr möglich.
Aus der Druckschrift JP H07 68365 A ist eine Vorrichtung zum Evakuieren einer Druckgießform sowie zum Messen einer Restfeuchtigkeit der evakuierten Luft in einer abriegelbaren Messkammer bekannt. Die Vorrichtung weist einen Bypass auf, mittels dem ein Evakuieren der Druckgießform während des Messens der Restfeuchtigkeit ermöglicht wird. Die Vorrichtung hat den Nachteil, dass keine aktuellen Werte der Feuchtigkeit in der Druckgießform ermittelbar sind, sondern nur die Restfeuchte in der Messkammer bestimmbar ist. Eine Anpassung von Prozessparametern aufgrund dieser nicht aktuellen Messergebnisse ist daher sehr unzuverlässig und problematisch. Die EP 1 252 949 A1 betrifft ein Gussverfahren bei dem eine Kavität einer Gussform zunächst mittels einer Unterdruckvorrichtung über eine Druckleitung evakuiert und anschließend mit getrockneter Luft befüllt wird. Während des Befüllens der Kavität gelangt feuchte Luft aus der Kavität in einen Bereich der Druckleitung, in welchem mittels eines Drucksensors sowie eines Feuchtesensors Druck und Feuchtigkeit der Luft gemessen wird. Hieraus werden Rückschlüsse auf eine Feuchtigkeit in der Kavität gezogen. Bei Unterschreiten eines Grenzwerts der Feuchtigkeit wird ein Einspritzen von Spritzgussmaterial initiiert. Die JP 2005 111478 A zeigt eine Spritzgussvorrichtung mit einem in einer Druckleitung angeordneten Feuchtesensor. Die Kavität ist über ein Entlüftungslabyrinth, einen Entlüftungsschlitz und eine Saugleitung fluidkommunizierend mit dem Feuchtesensor verbunden. Dies hat den Nachteil, dass eine genaue Bestimmung der Feuchtigkeit innerhalb der Kavität nicht möglich ist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, die Nachteile des Stands der Technik zu vermeiden und ein verbessertes Verfahren und eine entsprechende Vorrichtung zur Herstellung eines Druckgussteils bereitzustellen.
Die vorstehende Aufgabe wird gelöst durch ein erfindungsgemäßes Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 8. Weitere Merkmale und Details der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen. Dabei gelten Merkmale und Details, die im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren beschrieben sind, selbstverständlich auch im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung und jeweils umgekehrt, so dass bezüglich der Offenbarung zu den einzelnen Erfindungsaspekten stets wechselseitig Bezug genommen wird beziehungsweise werden kann.
Gemäß einem Gesichtspunkt der Erfindung wird ein Verfahren zur Herstellung eines Druckgussteils mit Hilfe einer Druckgießform vorgeschlagen, wobei in der Druckgießform enthaltene Luft abgesaugt wird, wobei eine in der abgesaugten Luft enthaltene Feuchtigkeit gemessen wird. Bei dem Verfahren wird erfindungsgemäß die Feuchtigkeit während des Absaugens gemessen.
Da die in der Druckgießform befindliche Luft abgesaugt wird, d.h., die Druckgießform evakuiert wird, kann eine Restfeuchte in der Druckgießform verringert werden. Durch Messen der in der abgesaugten Luft enthaltenen Feuchtigkeit kann auch auf die Restfeuchte in der Druckgießform geschlossen werden, da die abgesaugte Luft der in der Druckgießform enthaltenen Luft entspricht. Somit kann aus der in der abgesaugten Luft enthaltenen Feuchtigkeit auch auf die Qualität des Vakuums geschlossen werden. Es kann daher frühzeitig auf eine erhöhte Restfeuchtigkeit in der Druckgießform reagiert werden und die Evakuierung oder andere Prozessvorgänge daran angepasst werden. Dadurch kann auch die Bildung von Porositäten und Lunkern vermieden und die Qualität des Gussteils verbessert werden. Da gemäß der vorliegenden Erfindung das Messen während des Absaugens durchgeführt wird, ist es nicht erforderlich, eine Messung in einer abgeschlossenen Referenzkammer abzuwarten. Tatsächlich ist überhaupt keine Referenzkammer zum Halten der Umgebungsparameter erforderlich. Die Feuchtigkeit wird vielmehr quasi in Echtzeit gemessen und steht als Verfahrensparameter unmittelbar zur Verfügung. Dies vereinfacht insgesamt den Aufbau und die Steuerung einer Druckgießanlage. Auch sind kürzere Taktzeiten möglich, da ein Warten auf die Bildung einer Referenzkammer und das anschließende Messen entfällt. Das Absaugen (und Messen) geschieht vorzugsweise vor Einschuss des Gießmaterials. Es kann aber wünschenswert sein, dass sich Absaugen und Gießen wenigstens teilweise überschneiden. In diesem Fall ist es von Vorteil, wenn die Saugleitung nicht zur Bildung eines Referenzraums abgesperrt wird, denn nur so ist eine Überschneidung von Absaugen und Gießen möglich. Auch kann es von Vorteil sein, wenn während des Einschießens von Gießmaterial die Saugleitung frei ist, sodass eventuell noch in der Druckgießform enthaltene Luft durch die Saugleitung aus der Druckgießform herausgedrückt werden kann. Das ist nur möglich, wenn die Saugleitung nicht abgesperrt ist. Die gemessene Feuchtigkeit ist vorzugsweise eine relative Feuchte, kann aber auch eine absolute Feuchtigkeit sein. Die Messung erfolgt bevorzugt durch einen geeigneten Fühler. Es versteht sich, dass Luft nur ein Beispiel für ein beliebiges Gas ist, das in der Druckgießform enthalten ist und Feuchtigkeit aufnehmen kann.
Das Verfahren kann in einer bevorzugten Ausführungsform derart weitergebildet sein, dass zusätzlich eine Temperatur und/oder ein Druck der abgesaugten Luft gemessen werden. Aus Feuchtigkeit und Temperatur kann auf Taupunkt, Absolutfeuchte, Enthalpie und Dampfdruck geschlossen werden. Eine Druckmessung ermöglicht zusätzlich eine bessere Kontrolle des Vakuums.
Das Verfahren kann in einer bevorzugten Ausführungsform derart weitergebildet sein, dass Prozessparameter des Verfahrens anhand der gemessenen Eigenschaften der abgesaugten Luft gesteuert und/oder geregelt werden. Unter einem Prozessparameter im Sinne der Erfindung kann jeder Parameter verstanden werden, der den Gießvorgang, den Aushärtungsvorgang, die Formensteuerung einschließlich einer Temperatursteuerung derselben, die Reinigung der Form, einen Trennmittelauftrag und anschließendes Ausblasen oder den Evakuierungsvorgang selbst betreffen, verstanden werden. Dadurch können auch Verbesserungen in der Prozessführung, eine Optimierung der Evakuierung derart, dass das Vakuum nicht zu stark, aber auch nicht zu schwach ist ermöglicht werden. In der Folge kann die Gussqualität weiter verbessert und können die Taktzeiten weiter verkürzt werden.
Das Verfahren kann in einer bevorzugten Ausführungsform derart weitergebildet sein, dass die Messung direkt an der Druckgießform erfolgt. Damit ist auch ein direkter Zugriff auf Umgebungsparameter innerhalb der Form möglich, und eine Zeitverzögerung zwischen Luftaustritt aus der Form und Messung kann minimiert werden.
Das Verfahren kann in einer bevorzugten Ausführungsform derart weitergebildet sein, dass eine definierte Messzeit für die Messung festgelegt wird, wobei die Messzeit weniger als 10 Sekunden, vorzugsweise etwa eine Sekunde oder weniger beträgt.
Wenn eine definierte Messzeit bekannt ist, kann durch numerische Evaluierung auch bei nicht vollständig stationären Verhältnissen eine Rückrechnung auf momentane Eigenschaften sichergestellt werden, indem beispielsweise veränderliche Parameter interpoliert oder extrapoliert werden. Dadurch und durch eine möglichst kurze Messzeit kann auch eine quasi-kontinuierliche Messung bzw. eine Messung quasi in Echtzeit erfolgen. Dabei ist eine Ansprechzeit des Fühlers vorzugsweise geringer als die gewählte Messzeit. Doch auch wenn die Ansprechzeit des Fühlers länger als die gewählte Messzeit ist, kann auch mit einer unvollständigen Messaufnahme ein sinnvolles Ergebnis gewonnen werden, wenn die Messzeit bekannt ist und das Einschwingverhalten des Fühlers bzw. die Ansprechverzögerung rechnerisch ausgeglichen bzw. simuliert wird.
Das Verfahren kann in einer alternativen, gleichwohl ebenso bevorzugten Ausführungsform derart weitergebildet sein, dass die Messung kontinuierlich erfolgt. Hierzu wird, wie oben schon angegeben, vorzugsweise das Einschwingverhalten des Fühlers bzw. die Ansprechverzögerung rechnerisch ausgeglichen bzw. simuliert. Es ist eine Messung quasi in Echtzeit und eine gute Kontrolle der Messwerte möglich.
Das Verfahren kann in einer bevorzugten Ausführungsform derart weitergebildet sein, dass ein Fühler zum Erfassen der gemessenen Eigenschaft/-en zwischen zwei Messzeiten, vorzugsweise wenigstens einmal innerhalb eines Gießzyklus', gereinigt wird, wobei der Fühler vorzugsweise mit einem Reinigungsmittel besprüht wird und besonders bevorzugt nach dem Besprühen mit Druckluft abgeblasen wird. Durch eine Reinigung können insbesondere Ablagerungen durch Trennmitteldampf entfernt werden, sodass das Reinigungsmittel vorzugsweise auf das verwendete Trennmittel abgestimmt ist. Die Reinigung soll vorzugsweise möglichst schnell erfolgen, um Störungen der Messung zu vermeiden. Als Reinigungsmittel kann Wasser allein oder in Lösung mit einer Chemikalie verstanden werden, wobei der Begriff Chemikalie synthetische wie auch biologische bzw. natürlich vorkommende Chemikalien umfassen kann.
Das Verfahren kann in einer bevorzugten Ausführungsform derart weitergebildet sein, dass das Absaugen durch Verbinden mit einer Vakuumquelle erfolgt. Als Vakuumquelle kann ein Unterdruckspeicher, eine Vakuumpumpe oder dergleichen dienen. Es handelt sich dabei um an sich wohlbekannte, beherrschbare und gut steuerbare Gerätetechnik. Bei Verwendung eines Unterdruckspeichers als einer weitgehend passiven Quelle ist das Verfahren in diesem Punkt eher ausfallsicher im Hinblick auf einen plötzlichen Pumpenausfall.
Nach einem weiteren Gesichtspunkt der Erfindung wird eine Vorrichtung zur Herstellung eines Druckgussteils vorgeschlagen, wobei die Vorrichtung eine Druckgießform, eine Absaugeinrichtung zum Absaugen von in der Druckgießform befindlicher Luft, wenigstens einen Fühler zum Erfassen einer Feuchtigkeit abgesaugter Luft, und eine Steuereinrichtung zum Steuern der Vorrichtung aufweist. Erfindungsgemäß ist die Vorrichtung zur Durchführung des oben beschriebenen Verfahrens eingerichtet und ausgelegt. Durch die Vorrichtung werden im Wesentlichen die gleichen Vorteile und Wirkungen erzielt wie mit dem erfindungsgemäßen Verfahren.
Die Vorrichtung kann in einer bevorzugten Ausführungsform derart weitergebildet sein, dass der Fühler eine Ansprechzeit von weniger als 1 Sekunde aufweist. Dadurch kann eine Messung innerhalb von 1 Sekunde vollständig abgeschlossen werden und eine quasi-kontinuierliche Messung mit hoher Messdichte und Genauigkeit ermöglicht werden.
Die Vorrichtung ist derart weitergebildet sein, dass der Fühler zur Erfassung einer relativen Feuchtigkeit ausgelegt ist. Die Vorrichtung kann in einer bevorzugten Ausführungsform derart weitergebildet sein, dass der Fühler zur Erfassung einer Temperatur zusätzlich zum Feuchtigkeitssensor oder als Ersatz ausgelegt ist. Mit einem kombinierten Fühler kann auch eine Vereinfachung in Aufbau, Kalibrierung, Anpassung und Messwertverarbeitung ermöglicht werden.
Die Vorrichtung ist derart weitergebildet sein, dass der Fühler in einer Saugleitung, direkt am Anschluss an die Druckgießform, angeordnet ist. Wie bereits erwähnt, kann durch einen möglichst formnahen Fühlerstandort ein weitgehend direkter Zugriff auf Umgebungsparameter innerhalb der Form verwirklicht werden, mit den schon beschriebenen Vorteilen und Wirkungen.
Die Vorrichtung kann in einer bevorzugten Ausführungsform derart weitergebildet sein, dass eine Schutzkappe auf dem Fühler vorgesehen ist, wobei die Schutzkappe vorzugsweise anströmoptimiert ist. Durch eine solche Schutzkappe können Strömungseffekte (Staudruck etc.) auf die Messung verringert werden. Ebenso kann durch Anströmoptimierung eine Verwirbelung der Saugströmung in der Saugleitung, die durch den Fühler hervorgerufen werden kann, verringert werden.
Die Vorrichtung kann in einer bevorzugten Ausführungsform derart weitergebildet sein, dass der Fühler in einem Gehäuse mit einem Schauglas eingebaut ist, sodass auch eine wirksame visuelle Verschmutzungskontrolle möglich ist. Das Gehäuse bildet vorzugsweise einen Teil eines Strömungsweges der abgesaugten Luft, indem es beispielsweise direkt zwischen einem Absauganschluss an der Druckgießform und einer Saugleitung eingebaut ist.
Die Vorrichtung kann in einer bevorzugten Ausführungsform derart weitergebildet sein, dass eine erste Saugleitung und eine zweite Saugleitung vorgesehen sind, wobei der Fühler vorzugsweise nur in einer der ersten und zweiten Saugleitung vorgesehen ist. Durch einen solchen Aufbau können mehrere Vorteile und Wirkungen erzielt werden. Zum einen kann die Evakuierung schneller und ausfallsicher durchgeführt werden. Wenn die Saugleitung mit Fühler zusätzlich eine geringere Saugleistung aufweist, sind die auftretenden Strömungsgeschwindigkeiten kleiner, und die Strömungs- und Messverhältnisse sind eher stationär. Dies kann auch zu einem besseren Ansprechverhalten des Fühlers bzw. zu einer besseren Numerik in der Auswertung der Messdaten führen. Die Saugleitung mit dem Fühler kann auf eine zuverlässige Messung hin optimiert werden, während die Saugleitung ohne den Fühler auf den Evakuierungsvorgang an sich, etwa ein möglichst schnelles Evakuieren, hin optimiert werden kann.
Weitere Merkmale, Vorteile, Aufgaben und Wirkungen der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachstehenden genauen Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele und den beigefügten Zeichnungen. Darin

ist Fig. 1 eine schematische Übersichtsdarstellung einer Druckgießanlage zur Veranschaulichung eines Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung; und
ist Fig. 2 eine schematische Teilschnittdarstellung einer Sensoranordnung zur Veranschaulichung einer Ausführungsvariante.

Nachstehend werden bevorzugte Ausführungsbeispiel und -varianten anhand der beigefügten Zeichnungen im Einzelnen erläutert. Es versteht sich, dass die Zeichnungen rein schematisch sind und Merkmale zur Verdeutlichung der Erfindung vergrößert oder sonst hervorgehoben dargestellt sein können, ohne dass dem eine Festlegung im Hinblick auf bestimmte Größenverhältnisse beigemessen werden sollte.
In Fig. 1 ist eine Druckgießanlage mit für das Verständnis der Erfindung hilfreichen Elementen schematisch dargestellt. Bestimmte Elemente, die für den Betrieb einer Druckgießanlage erforderlich oder nützlich sind, sind zur Straffung der Darstellung weggelassen worden. Die hier beschriebene Druckgießanlage ist eine Vorrichtung im Sinne der Erfindung.
Gemäß der Darstellung in Fig. 1 weist eine Druckgießanlage eine Druckgießform 1, ein Schussteil 2 mit einem Kolben 3, einen Vakuumverteiler 4 und eine Vakuumquelle 5 auf. In der Figur ist von der Druckgießform 1 nur die feste Seite dargestellt und ist von dem Schussteil 2 nur der Kolben 3 und verschiedene Messinstrumente schematisch dargestellt. Es versteht sich, dass die Druckgießform 1 weitere Teile wie etwa entfernbare und schließbare Formteile (bewegliche Seite), Anschlüsse, Messeinrichtungen, Reinigungseinrichtung, Trennmittel-Auftragung, Ausbläser u. a. aufweisen kann. Der Kolben 3 des Schussteils 2 kann auch als Teil der beweglichen Seite der Druckgießform 1 verstanden werden bzw. darin integriert sein. Das Schussteil 2 kann auch als alleinige Verkörperung der beweglichen Seite der Druckgießform 1 ausgebildet sein.
Mit Hilfe des Schussteils 2 bzw. des Kolbens 3 ist ein flüssiges Metall in die Form einschießbar, das bis zur Erstarrung unter Druck in der Form verbleibt, um ein Werkstück zu bilden. Wie bereits einleitend beschrieben, wird das Werkstück nach seiner Erstarrung aus der Form entnommen und wird diese sodann gereinigt, mit einem Trennmittel benetzt und ggf. mit Druckluft ausgeblasen. Nach anschließendem Schließen der Form wird diese zur Verringerung der Restfeuchte evakuiert, und es erfolgt der nächste Einschuss zur Herstellung des nächsten Werkstücks.
Zur Evakuierung der Form 1 ist diese mit einem Vakuumverteiler 4 verbunden, der seinerseits primärseitig mit einer Vakuumquelle 5 verbunden ist. Die Evakuierungsanlage ist zweitrangig aufgebaut, in der Figur mit I, II symbolisiert. In Strang I ist der Vakuumverteiler 4 primärseitig über einer Vakuumleitung 6 mit der Vakuumquelle 5 verbunden. In der Vakuumleitung 6 ist ein Ventil 7 zur Steuerung eines Verbindungszustands angeordnet. Ferner ist ein Abscheider 8 in der Vakuumleitung 6 angeordnet, um Feuchtigkeit aus der angesaugten Luft zu entfernen. In gleicher Weise ist in Strang II eine Vakuumleitung 9, in welchem ein Ventil 10 und ein Abscheider 11 angeordnet sind, zur Verbindung des Vakuumverteilers 4 mit der Vakuumquelle 5 vorgesehen. Die Vakuumquelle 5 kann beispielsweise ein Vakuumbehälter (nicht näher dargestellt) sein, der über eine Vakuumpumpe (nicht näher dargestellt) zur Umgebungsluft evakuiert wird, um einen vorbestimmten Unterdruck zu halten. Alternativ kann für jeden Strang I, II eine Vakuumpumpe (nicht näher dargestellt) vorgesehen sein. Die Ventile 7, 10 und die Vakuumquelle 5 sind mit einer nicht näher dargestellten Anlagensteuerung zur Steuerung des Verbindungszustands der Vakuumleitungen 6, 9 und des durch die Vakuumquelle 5 bereitgestellten Unterdrucks verbunden.
Sekundärseitig ist der Vakuumverteiler 4 in Strang I über eine Vakuumleitung 12 mit einem Vakuumblock 13 verbunden, der seinerseits an der Druckgießform 1 angebracht ist. Ferner gehen von dem Vakuumverteiler 4 zwei Signalleitungen, nämlich eine Steuerleitung 14 und eine Messleitung 15 aus, die ebenfalls mit dem Vakuumblock 13 verbunden sind. In gleicher Weise ist Strang II sekundärseitig durch eine Vakuumleitung 16, einen Vakuumblock 17, eine Steuerleitung 18 und eine Messleitung 19 aufgebaut. Zwei Kabelhalter 20, 21 sind zur Sammlung und Unterstützung der Leitungen 12, 14-16, 18 und 19 vorgesehen. Die Kabelhalter 20, 21 können auch als Anschlussfelder konfiguriert sein, in welche die Leitungen 12, 14-16, 18 und 19 verteilerseitig und formseitig jeweils münden, sodass bei örtlicher Versetzung der Druckgießanordnung 1, 2 oder der primärseitigen Vakuumanordnung 4-10 oder bei Austausch der Form 1 gegen eine andere die formseitigen oder verteilerseitigen Anschlüsse nicht gelöst werden müssen und so mechanische Belastungen, Dichtungsprobleme oder Ausleierungserscheinungen der Anschlüsse an der Form 1 und/oder dem Vakuumverteiler 4 vermieden werden können.
Ein Feuchtesensor 22 ist in der sekundärseitigen Vakuumleitung 16 des Strangs II vorgesehen. Der Feuchtesensor 22 ist zur Messung einer relativen Feuchtigkeit in der über die Vakuumleitung 16 abgesaugten Luft eingerichtet. In vorteilhafter Weise kann der Fühler auch zur Messung einer Temperatur der über die Vakuumleitung 16 abgesaugten Luft eingerichtet sein. Über die Parameter relative Feuchte rF und Temperatur T kann beispielsweise auch die absolute Feuchte berechnet werden. Ferner ist in den Messleitungen 15, 19 jeweils ein Druckmesser 23, 24 zur Messung des jeweiligen Drucks angeordnet.
Weitere Messtechnik ist in dem Schussteil 2 vorgesehen. Hier liefert ein Weggeber 25 einen Zustellweg s des Kolbens 3 und liefern zwei Druckmesser 26, 27 einen Druck in einem Ringraum 3a bzw. einem Metallraum 3b des Kolbens 3.
Über nicht näher bezeichnete Signalleitungen sind der Feuchtesensor 22, die Druckmesser 23, 24, 26, 27 und der Weggeber 25 mit einer Schnittstelle 28 verbunden, die ihrerseits mit einem Monitor 29 zur Überwachung der Betriebsparameter gekoppelt ist.
Der Verteiler 4 und die Schnittstelle 28 sind mit der nicht näher dargestellten Anlagensteuerung verbunden. Diese steuert bzw. regelt Betriebsparameter wie etwa Kolbendruck, Metalltemperatur, Vakuumdruck u. s. w. Die Schnittstelle 28 und/oder der Monitor 29 kann bzw. können über nicht näher dargestellte Eingabeelemente wie etwa Schalter, Tastatur, Zeiger etc. verfügen, um einem Bediener die Möglichkeit zu geben, Vorgabewerte einzugeben bzw. zu manipulieren. Durch eine Einbindung des Feuchtesensors 22 kann Anlagensteuerung auch konfiguriert sein, um eine automatische Prozessunterbrechung ab einem gewissen Grenzwert vorzunehmen. Der Grenzwert kann beispielsweise vorab so definiert werden, dass er eine Schwelle angibt, jenseits welcher eine Restfeuchte in der Form so hoch ist, dass Qualitätseinbußen durch Lunkerbildung bzw. Porosität im Gussteil in nicht akzeptablem Ausmaß zu erwarten sind.
Als Feuchtesensor 22 hat sich beispielsweise ein unter der Bezeichnung CON-HYTELOG-USB ® im Handel erhältlicher Feuchte-Temperaturfühler als geeignet herausgestellt. Dieser Fühler weist einen Präzisions-NTC zur Temperaturerfassung und einen langzeitstabilen, kapazitiven Polymersensor zur Messung der relativen Feuchte auf und wird in verschiedenen Konfigurationen hergestellt. In einer ersten Konfiguration weist der Fühler einen Messbereich für die relative Feuchte von 10 bis 95% bei einer typischen Genauigkeit von ±3% sowie einen Messbereich von -20 bis +60°C für die Temperatur auf. In einer zweiten Konfiguration erreicht der Messbereich für die relative Feuchte 0 bis 100% bei einer typischen Genauigkeit von ±2%, und liegt der Messbereich für die Temperatur bei -40 bis +80°C. Für beide Konfigurationen liegt typischerweise die Auflösung für die relative Feuchte bei 0,01% und liegt für die Temperatur die Auflösung bei 0,01 K und die Genauigkeit bei ±0,5K zwischen 0 und +40°C. Der Fühler weist einen USB-Stecker zum direkten Anschluss an einen PC auf, wobei die Stromversorgung ebenfalls über den USB-Anschluss erfolgt. Zur Kommunikation mit dem Fühler ist eine COM-Port-Emulation vorgesehen. Weitere Einzelheiten zu den Eigenschaften und der Steuerung des Sensors können beispielsweise einem über http://www.produktinfo.conrad.com/datenblaetter/175000-199999/183018-da-01-de-FEUCHTE TEMP MESSFUEHLER EDELSTAHL USB.pdf (Abrufdatum 08.10.2012) verfügbaren Produktdatenblatt entnommen werden. Als besonders vorteilhaft hat sich bei diesem Feuchtesensor das Ansprechverhalten herausgestellt, das eine Ansprechzeit von unter 1 Sekunde aufweist. Unter einer Ansprechzeit wird dabei diejenige Zeit verstanden, die verstreicht, bis der Sensor bei Änderung der Umgebungsparameter eine für die Zwecke der Steuerung bzw. Regelung im Rahmen der Evakuierung einer Druckgießanlage gemäß der vorliegenden Erfindung verwertbare, vorzugsweise stabile Ausgangsänderung zeigt.
Bei Verwendung eines solchen Sensors in einem Feuchtigkeitsmesssystem an der Druckgießformist eine sofortige sehr sensible Erkennung von Restfeuchtigkeiten möglich. Dadurch kann sofort auf diese Prozessstörungen reagiert werden. Hieraus resultiert eine Verringerung des Ausschusses durch kürzere Rückmeldezeiten und eine bessere Qualität von Druckgussteilen. Ferner können porensensible Prozesse wie LOS leichter ermöglicht werden.
Die Verwendung von zwei Vakuumleitungen (oder Saugleitungen) 12, 16 hat neben einer erhöhten Ausfallsicherheit auch den weiteren Vorteil, dass die Saugleistung im ersten Vakuumstrang I und im zweiten Vakuumstrang II unterschiedlich gesteuert bzw. geregelt werden. Beispielsweise kann der erste Vakuumstrang I auf eine maximale Saugleistung ausgelegt sein, um die Form 1 möglichst rasch evakuieren zu können. Dagegen kann der zweite Vakuumstrang II auf eine möglichst eindeutige und schnell ansprechende Messung hin ausgelegt sein.
Fig. 2 zeigt in einer schematischen Teilschnittdarstellung eine Anordnung eines Temperatursensors 22 mit einem Sensorgehäuse in einer Abwandlung des Ausführungsbeispiels von Fig. 1.
In der vorliegenden Ausführungsvariante ist ein Sensorgehäuse 30 vorgesehen, das direkt an dem Vakuumblock 17 des zweiten Vakuumstrangs II (vgl. Fig. 1) der Druckgießform 1 (vgl. Fig. 1) angesetzt ist. Genauer gesagt ist eine Stirnseite 30a des Sensorgehäuses 30 über ein kurzes Leitungsstück 16a der sekundärseitigen Vakuumleitung 16 des zweiten Vakuumstrangs II (vgl. Fig. 1) mit einem Vakuumanschluss (nicht näher dargestellt) des Vakuumblocks 17 verbunden. An einer gegenüberliegenden Stirnseite 30b ist ein Leitungsstück 16b angeschlossen, das zu dem formseitigen Kabelhalter 21 (vgl. Fig. 1) führt und ein Teilstück der sekundärseitigen Vakuumleitung 16 des zweiten Vakuumstrangs II (vgl. Fig. 1) bildet.
In einer Seitenwand 30c ist ein Einschraubstück 31 vorgesehen, durch welches hindurch der Feuchtesensor 22 in einen Innenraum des Sensorgehäuses 30 einführbar ist. Genauer gesagt, weist der Feuchtesensor 22 ein Fühlerrohr 22a und einen Handgriff 22b auf, wobei an einem hinteren Ende des Handgriffs 22b ein Anschlussteil 22c vorgesehen ist. An einem vorderen Ende des Fühlerrohrs 22a ist eine Spitze 22d mit einer Öffnung 22e angeordnet, wobei über die Öffnung 22e die eigentlichen Sensoren des Feuchtesensors 22 für eine Umgebungsluft zugänglich sind. Der Feuchtesensor 22 ist so durch das Einschraubstück 31 eingeführt, dass das Fühlerrohr 22a an einer Dichtung 31a des Einschraubstücks 31 in Umfangsrichtung anliegt und die Spitze 22d vollständig in den Innenraum des Sensorgehäuses 30 ragt.
An einer zweiten Seitenwand 30d des Sensorgehäuses 30 ist eine Reinigungsdüse 32 so eingeschraubt, dass ein Strahl eines Reinigungsmittels RM die Spitze 22d des Feuchtesensors 22 erreicht. Der Trennmitteldampf aus dem Gießwerkzeug (Form 1) hinterlässt im Serienbetrieb wachsartige Rückstände, die mittels Wasser, ggf. unter Zusatz weiterer, synthetischer und/oder natürlicher Chemikalien, sich wieder lösen. Für die Zwecke dieser Beschreibung wird sowohl Wasser allein als auch unter Zusatz weiterer Chemikalien als Reinigungsmittel verstanden. Auch dieser Prozess muss sehr schnell erfolgen, damit das Reinigungsmittel keine Störung für die Messung erzeugt. Die Reinigungsdüse wird über eine RM-Leitung 33, in welcher eine RM-Pumpe 34 und ein RM-Ventil 35 mit Reinigungsmittel 36 aus einem RM-Reservoir 37 versorgt. Das Reinigungsmittel 36 in dem RM-Reservoir 37 kann, wie vorstehend erwähnt, Wasser allein oder auch Wasser mit Zusatz weiterer Chemikalien sein.
An der zweiten Seitenwand 30d des Sensorgehäuses 30 ist auch eine Abblasdüse 38 eingeschraubt, die ebenfalls auf die Spitze 22d des Feuchtesensors 22 gerichtet ist. Mittels der Abblasdüse 38 kann die Spitze 22d des Feuchtsensors 22 nach dem Reinigen mittels Druckluft DL abgeblasen werden, um Störungen in der Messaufnahme durch das Reinigungsmittel RM zu minimieren. Die Abblasdüse 38 wird mittels einer DL-Leitung 39, in welcher sich ein DL-Ventil 40 befindet, mit Druckluft aus einem Druckspeicher 41 versorgt. Der Druckspeicher 41 wird durch einen Verdichter mit verdichteter Umgebungsluft 43 versorgt und unter einem vorbestimmten Überdruck gehalten. Eine Anordnung zur Regelung des Überdrucks ist in der Figur nicht näher dargestellt und wird vom Fachmann je nach den Anforderungen in der einen oder anderen Form ohne weiteres verwirklicht werden können.
In einer dritten Seitenwand 30e des Sensorgehäuses 30 ist ein Schauglas 44 angeordnet. Das Schauglas 44 ermöglicht einem Bediener, den der Abluft 45 aus der Druckgießform 1 ausgesetzten Sensor 22 zu beobachten und auf eventuelle Verschmutzungen oder sonstige unerwünschte Ereignisse zu reagieren.
Der Vollständigkeit halber sei erwähnt, dass das Anschlussteil 22c, das an dem Handgriff 22b des Feuchtesensors 22 vorgesehen ist, im Betrieb mit einem Stecker 46a einer Verbindungsleitung 46 koppelbar ist, die wiederum mit der Schnittstelle 28 (vgl. Fig. 1) koppelbar ist.
In der Anwendung der dargestellten Anordnung wird nach Abschluss eines Gießzyklus' mit Starten der Vakuumeinrichtung in der Vakuumleitung 16 die Restfeuchte gemessen. Die Messung erfolgt direkt an der Form 1, und die Messdauer beträgt ca. 1 Sekunde. Die kurze Messzeit ist vorteilhaft, da die Ergebnisse sofort vorliegen und der nächste Gießzyklus unmittelbar unterbrochen werden kann, wenn das Messergebnis nicht in Ordnung ist. Als Nächstes wird innerhalb eines Zyklus' der Messfühler mit Reinigungsmittel RM und Druckluft DL wieder gereinigt.
Hier zeigt sich ein Vorteil gegenüber herkömmlichen Systemen, die mit Sensoren längerer Ansprechzeit arbeiten. Derartige Sensoren können nur in stationären Verhältnissen zuverlässige Ergebnisse liefern, sodass es erforderlich ist, einen Referenzraum zu bilden, in dem eine ungestörte Messung über 10 bis 30 Sekunden erfolgen kann. Da der Referenzraum in einer Saugleitung verwirklicht werden muss, kann in dieser Zeit keine weitere Evakuierung und daher auch kein weiterer Schuss erfolgen.
Die vorliegende Erfindung wurde vorstehend anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels und einiger Abwandlungen und Varianten beschrieben und in den Figuren beispielhaft und schematisch dargestellt. Die Erfindung ist freilich nicht auf die dargestellten und beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt, da diese allein der Veranschaulichung und Erläuterung des Erfindungsgedankens dienen. Abwandlungen und Ergänzungen im Rahmen des fachmännischen Wissens und Könnens sind vom Umfang der vorliegenden Erfindung umfasst, jedenfalls soweit sie unter den Wortlaut oder die äquivalente Anwendung des Gegenstands der beigefügten Ansprüche fallen.
Alternativ ist es beispielsweise möglich, Sensoren mit einer Ansprechzeit auch oberhalb von 1 Sekunde zu verwenden. In diesem Fall ist es möglich, verwertbare Ergebnisse zu erhalten, wenn das Ansprechverhalten rechnerisch ausgeglichen wird. Beispielsweise kann bei einer Veränderung des Messausgangs schon frühzeitig aus der ersten und höheren Ableitungen auf die weitere Entwicklung des Messausgangs geschlossen werden. Auch so kann in gewissen Grenzen eine quasikontinuierliche Messung angenähert werden, die insbesondere im Vergleich mit Referenzmessungen Abweichungen von einem Normalverhalten frühzeitig erkennen lässt. Jedenfalls sollte eine Messzeit unter 10 Sekunden, vorzugsweise deutlich unter 10 Sekunden liegen, um die Vorteile der erfindungsgemäßen Anordnung bzw. des erfindungsgemäßen Verfahrens optimal ausnutzen zu können.
In einer nicht näher dargestellten Ausführungsvariante ist die Spitze 22d des Feuchtesensors 22 durch eine Schutzhaube abgedeckt, die im Hinblick auf eine optimale Anströmung der Abluft für die Messung optimiert ist. Die Schutzhaube kann beispielsweise vorab in einer Seitenwand des Sensorgehäuses 30 integriert sein oder nachträglich durch eine Öffnung für das Schauglas 44 einbaubar sein.
In einer weiteren Abwandlung kann beispielsweise das kurze Leitungsstück 16a zu einem in die Stirnwand 30a des Sensorgehäuses 30 geschraubten Einschraubstutzen reduziert sein, mit dessen Hilfe das Sensorgehäuse 30 als Ganzes an den Vakuumblock 17 geschraubt werden kann. Noch weiter gehend kann der Vakuumblock 17 mit dem Sensorgehäuse 30 integriert sein, was den Aufbau weiter vereinfacht.
In einer nicht näher dargestellten Ausführungsvariante kann eine Mischvorrichtung zum Zumischen einer Chemikalie aus einem weiteren Reservoir in die RM-Leitung 33 (vgl. Fig. 2) vorgesehen sein.
Die Leitung 46 kann auch ohne Steckverbindung direkt an dem Handgriff 22b angesetzt sein.
Die Erfindung ist auch auf Anlagen mit nur einer Vakuumleitung bzw. Saugleitung anwendbar.

Bezugszeichenliste

1: Druckgußform (feste Seite)
2: Schussteil
3: Einschusszylinder
3a: Ringraum
3b: Metallraum
4: Vakuumverteiler
5: Vakuumquelle
6: Vakuumleitung (primär I)
7: Vakuumventil (primär I)
8: Abscheider (primär I)
9: Vakuumleitung (primär II)
10: Vakuumventil (primär II)
11: Abscheider (primär II)
12: Vakuumleitung (sekundär I)
13: Vakuumblöck (sekundär I)
14: Steuerleitung (sekundär I)
15: Messleitung (sekundär I)
16: Vakuumleitung (sekundär II)
16a: kurzes Teilstück
16b: Teilstück
17: Vakuumblock (sekundär II)
18: Steuerleitung (sekundär II)
19: Messleitung (sekundär II)
20: Kabelhalter (verteilerseitig)
21: Kabelhalter (formseitig)
22: Feuchtesensor
22a: Fühlerrohr
22b: Handgriff
22c: Anschlussteil
22d: Spitze
22e: Öffnung
23: Druckmesser (sekundär I)
24: Druckmesser (sekundär II)
25: Weggeber (Schussteil)
26: Druckmesser (Ringraum)
27: Druckmesser (Metallraum)
28: Schnittstelle
29: Monitor
30: Sensorgehäuse
30a, 30b: Stirnwand
30c, 30d, 30e: Seitenwand
31: Einschraubstück
31a: Dichtung
32: Reinigungsdüse
33: RM-Leitung
34: RM-Pumpe
35: RM-Ventil
36: RM-Reservoir
37: Reinigungsmittel (RM)
38: Abblasdüse
39: DL-Leitung
40: DL-Ventil
41: Druckspeicher
42: Verdichter
43: Umgebungsluft
44: Schauglas
45: Abluft
46: Messleitung
46a: Stecker

rF: relative Feuchtigkeit in %
s: Weg
I: erster Vakuumstrang
II: zweiter Vakuumstrang
COM: (serielle) Kommunikationsschnittstelle
DL: Druckluft
PC: Personal Computer (Arbeitsplatzrechner)
RM: Reinigungsmittel
T: Temperatur
USB: Universal Serial Bus (universeller serieller Bus)

Die vorstehende Liste der Bezugszeichen und Symbole ist integraler Bestandteil der Beschreibung.

Claims

Verfahren zur Herstellung eines Druckgussteils mit Hilfe einer Druckgießform (1), wobei in der Druckgießform (1) enthaltene Luft abgesaugt wird, wobei eine in der abgesaugten Luft enthaltene Feuchtigkeit gemessen wird, dadurch gekennzeichnet, dass
die Feuchtigkeit in dem abgesaugten Luftstrom während des Absaugens gemessen wird, wobei die Messung direkt an der Druckgießform (1) erfolgt, sodass eine Zeitverzögerung zwischen Luftaustritt aus der Druckgießform (1) und Messung minimiert ist.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich eine Temperatur und/oder ein Druck der abgesaugten Luft gemessen werden.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass Prozessparameter des Verfahrens anhand der gemessenen Eigenschaften der abgesaugten Luft gesteuert und/oder geregelt werden.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine definierte Messzeit für die Messung festgelegt wird, wobei die Messzeit weniger als 10 Sekunden beträgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Messung kontinuierlich erfolgt.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Feuchtesensor (22) zum Erfassen der gemessenen Eigenschaft/-en zwischen zwei Messzeiten wenigstens einmal innerhalb eines Gießzyklus' gereinigt wird, wobei der Feuchtesensor (22) mit einem Reinigungsmittel besprüht wird und nach dem Besprühen mit Druckluft abgeblasen wird.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Absaugen durch Verbinden mit einer Vakuumquelle (5) erfolgt.
Vorrichtung zur Herstellung eines Druckgussteils, wobei die Vorrichtung eine Druckgießform (1), eine Absaugeinrichtung zum Absaugen von in der Druckgießform (1) befindlichen Luft, wenigstens einen Feuchtesensor (22) zur Erfassung einer Feuchtigkeit abgesaugter Luft, und eine Steuereinrichtung zum Steuern der Vorrichtung aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der Feuchtesensor (22) in einer Saugleitung angeordnet ist, wobei die Vorrichtung zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der vorstehenden Ansprüche eingerichtet und ausgelegt ist, wobei der Feuchtesensor (22) direkt am Anschluss an die Druckgießform (1) in der Saugleitung angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Feuchtesensor (22) eine Ansprechzeit von weniger als 1 Sekunde aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Feuchtesensor (22) zur Erfassung einer relativen Feuchtigkeit und einer Temperatur ausgelegt ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass eine Schutzkappe auf dem Feuchtesensor (22) vorgesehen ist, wobei die Schutzkappe anströmoptimiert ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Feuchtesensor (22) in einem Gehäuse mit einem Schauglas eingebaut ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass eine erste Saugleitung und eine zweite Saugleitung vorgesehen sind, wobei der Feuchtesensor (22) nur in einer der ersten und zweiten Saugleitung vorgesehen ist.