WO2012080488A1 - Temperiervorrichtung, gusswerkzeug und verfahren zum herstellen eines gussbauteils - Google Patents

Temperiervorrichtung, gusswerkzeug und verfahren zum herstellen eines gussbauteils Download PDF

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WO2012080488A1
WO2012080488A1 PCT/EP2011/073102 EP2011073102W WO2012080488A1 WO 2012080488 A1 WO2012080488 A1 WO 2012080488A1 EP 2011073102 W EP2011073102 W EP 2011073102W WO 2012080488 A1 WO2012080488 A1 WO 2012080488A1
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WO
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casting tool
temperature control
tool
casting
heat transfer
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PCT/EP2011/073102
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Inventor
Dirk E.O. Westerheide
Holger Angermeier
Original Assignee
Bdw Technologies Gmbh
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Publication date
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D17/00—Pressure die casting or injection die casting, i.e. casting in which the metal is forced into a mould under high pressure
    • B22D17/20—Accessories: Details
    • B22D17/22—Dies; Die plates; Die supports; Cooling equipment for dies; Accessories for loosening and ejecting castings from dies
    • B22D17/2218—Cooling or heating equipment for dies
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22C—FOUNDRY MOULDING
    • B22C9/00—Moulds or cores; Moulding processes
    • B22C9/06—Permanent moulds for shaped castings
    • B22C9/065—Cooling or heating equipment for moulds
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T29/00—Metal working
    • Y10T29/49—Method of mechanical manufacture
    • Y10T29/4935—Heat exchanger or boiler making

Definitions

  • the invention relates to a tempering device according to the preamble of patent claim 1 and to a casting tool and a method for producing a cast component using such a tempering device.
  • Casting tools especially for the die casting of light metals, often have to be tempered to set optimal process parameters. Particularly important is cooling before demolding a cast cast component. This is especially important in the case of particularly thin-walled cast components, since a deformation during removal from the tool is minimized by setting the correct demolding temperature. Likewise, the temperature of the die has also an influence on the cycle time and thus economic importance.
  • cooling channels In order to dissipate large amounts of heat, casting tools often have a complex system of cooling channels. However, the location of the cooling channels is often limited by specific design of the tool. In particular, movable elements of the casting tool, such as slides, ejectors and the like, limit the possible design of the cooling channel system.
  • still cooling lances or trickle cooling are known with which a cooling medium can be introduced into corresponding holes of the casting tool.
  • Such a cooling lance is disclosed for example in DE 86 186 74 U1.
  • the cooling lance is thereby inserted into the casting tool, the cooling medium is diverted from the usually already existing cooling channels in the lance. From a tube of the cooling lance, the cooling medium exits into the bore of the casting tool and flows around the wall of the casting tool that defines this hole directly.
  • the cooling medium can flow back via a jacket channel between the lance and the bore wall.
  • Such cooling lances are also known in another, independent of the normal cooling channel system of the casting mold.
  • Such a cooling lance is disclosed for example in JP 2007 144 457 A. Again, a pipe of the cooling lance protrudes into a receiving bore of the casting tool. However, cooling medium is not supplied from the normal cooling channels of the casting tool and discharged again, but via separate, external hose connections.
  • Such cooling systems have the disadvantage that the cooling medium impinges directly on the wall of the cast component. This leads to steep temperature gradients in the casting tool. Especially with die-casting tools that undergo a high number of temperature cycles due to low cycle times, these temperature gradients quickly lead to damage. Thus, for example, there are so-called fire cracks in the tool surface, which - if they occur in the region of a cavity - are reflected in the produced cast component, so that its material quality is reduced. The thermal load is a significant limiting factor for the life of such a tool.
  • the direct contact between the cooling medium and the tool surface also brings with it further dangers. If cracks occur which extend into the receiving bore of such a cooling lance or as far as a cooling channel, cooling medium can come into contact with the melt during the casting process. Especially when using aqueous cooling media threatens the risk of steam explosions that can destroy tools and are a danger to operating personnel.
  • the described cooling lances are also difficult to assemble and must be laboriously sealed.
  • the object of the present invention is therefore to provide a tempering device, a casting tool and a method of the type mentioned above, which allow a particularly gentle and reliable tempering of casting tools.
  • a tempering device for a casting tool, in particular a diecasting tool, comprises a connection part, which has an inlet and an outlet for a tempering medium, and a heat transfer part, which can be inserted into a corresponding opening of the casting tool. A heat exchange between the temperature control medium and the casting tool can be carried out via the heat transfer part.
  • the heat transfer part has a closed outer body.
  • the temperature control medium no longer comes into direct contact with surfaces of the casting tool. Temperature gradients between the temperature control medium and the cast component are therefore flatter, which results in a lower stress build-up in the casting tool. Even with a large number of rapidly performed heating-cooling cycles, therefore, substantially less residual stress concentrations are formed and, consequently, less stress cracks or fire cracks in the casting tool than in tempering devices known from the prior art.
  • the use of the tempering device according to the invention therefore considerably increases the service life of a corresponding casting tool. Due to the closed design of the outer body of the heat transfer member also eliminates the need for expensive seals.
  • the temperature control device also allows a particularly efficient tempering of the casting tool, so that it may be possible to dispense with separate channels in the casting tool for cooling or heating. This also leads to more stable and less stressful conditions in the die casting molds used.
  • an inner body is arranged within the outer body, which forms a flow channel, in particular a return flow channel, for the tempering medium with the outer body.
  • the inner body is thereby flowed around completely, so that the flow channel is arranged substantially jacket-shaped between the two bodies. In this way, a particularly large heat transfer surface can be made available, so that such a tempering device allows particularly rapid temperature adjustments.
  • the flow rate can be influenced.
  • a flow channel in particular an inflow channel is formed in the inner body.
  • This can be introduced directly, for example in the form of a bore in the inner body.
  • the temperature control medium thus flows through the inner body into the heat transmission part and there passes from the flow channel of the inner body into the flow channel formed between the inner and outer bodies. This makes it possible to guide the tempering medium indirectly into that region of the heat transfer part which immerses the corresponding opening of the casting tool at the lowest point. Before the temperature control medium reaches this range, no appreciable heat transfer takes place, so that the temperature control efficiency is particularly good at the corresponding points.
  • the inner body extends over a predominant length region of the main body.
  • the inner body also includes a heat storage element.
  • a heat storage element This can be realized for example by a receiving space for a medium with a particularly high heat capacity, which does not match with the Flow channels communicates.
  • a heat storage temperature transients can be buffered, so that the occurrence of sudden temperature changes that could lead to stress cracks, is particularly reliably avoided.
  • the invention further relates to a casting tool, in particular a die-casting tool, with at least one opening, in which a heat transfer part of a temperature control device of the type described is used.
  • a casting tool in particular a die-casting tool, with at least one opening, in which a heat transfer part of a temperature control device of the type described is used.
  • the casting tool can only be tempered by at least one tempering device of the type mentioned. In other words, is dispensed with additional cooling or heating channels or the like in the casting tool, so that the casting tool is particularly stable and low stress.
  • the opening for receiving the heat transfer part of the temperature control can be arranged in a mold plate, a slide, a mold frame or the like of the tool - the temperature control device described is equally suitable for cooling all tool areas.
  • the invention further relates to a method for producing a cast component, in particular a die-cast component, in which the casting tool is tempered by at least one tempering device of the type described or which is performed with a casting tool of the type described.
  • a method for producing a cast component in particular a die-cast component, in which the casting tool is tempered by at least one tempering device of the type described or which is performed with a casting tool of the type described.
  • FIG. 1 shows a longitudinal section through an embodiment of a temperature control device according to the invention
  • FIG. 2 is a side view of the connection part of the temperature control according to FIG. 1,
  • Fig. 3 is a side view of the heat transfer member of
  • FIG. 4 shows the temperature control device according to FIG. 1 in an isometric view, FIG.
  • FIG. 5 is a sectional view through a further embodiment of a temperature control device according to the invention.
  • FIG. 6 is a sectional view through a further embodiment of a temperature control device according to the invention.
  • FIG. 7 is a side view of the connection part of the temperature control according to FIG. 6,
  • FIG. 8 is a sectional view through a further embodiment of a temperature control device according to the invention.
  • FIG. 9 is a sectional view through the temperature control according to FIG. 8,
  • FIG. 10 is a further sectional view through the temperature control according to FIG. 8,
  • Fig. 1 1 is a longitudinal sectional view through another
  • Embodiment of a tempering device according to the invention, 12 and 13 are sectional views through the connection part of the temperature control according to FIG. 1 1,
  • Fig. 14 is a longitudinal sectional view of another alternative
  • Fig. 15 is a truncated perspective view of a
  • Embodiment of a casting tool according to the invention Embodiment of a casting tool according to the invention.
  • a tempering device designated as a whole by 10 is used for heating or cooling a diecasting tool, in particular for aluminum die-casting or die casting of other light metal alloys.
  • the tempering device 10 has a connection part 12 and a heat transfer part 14, which can be inserted into a corresponding opening of a die-casting tool, so as to enable a heat transfer between the die-casting tool and a circulating in the heat transfer member 14 tempering.
  • the tempering medium for example water, oil or even a gas such as CO 2 , is supplied via a first connecting piece 16 of the connecting part 12 and can flow from there into a flow channel 18 of a tube-shaped inner body of the heat transfer member 14.
  • the choice of tempering depends on the desired temperature range, depending on the heater z. B. may be 50 ° C to 250 ° C.
  • the inner body 20 extends over a substantial portion of the heat transfer member 14 and is open at its the heat transfer member 14 facing end portion 22.
  • connection part 12 Between the inner body 20 and an outer body 24, which is also tubular, there is a further jacket-shaped flow channel 26, via which the heat transfer medium can flow back into the connection part 12.
  • a substantially perpendicular to the inner body 20 extending bore 28 is provided, which is closed with a screw plug 30 and into which a further bore 32 opens, which is finally connected to a further connecting piece 34 through which the temperature control and discharged, for example, a heating or cooling unit can be supplied.
  • screw openings 36 are provided, via which the temperature control 10 can be screwed to the die-casting tool.
  • the outer body 24 of the heat transfer member 14 is formed as a tube which is inserted into a bore 38 of a base body 40 of the connecting part 12 and welded to it via a weld 42.
  • the end body 44 facing away from the base body 40 of the outer body 24 is provided with a cover 46, which is likewise connected to the outer body 24 via a weld seam 48.
  • the connection can also be made by brazing or other joining methods.
  • FIG. 3 shows the heat transfer part 14 of the temperature control device 10 again in an external view.
  • the outer body 26 has a first end region 48, by means of which the outer body 26 can be inserted into the base body 40 of the connection part 12. This is followed by the actual heat-transferring region 50, which is cylindrical in the example shown.
  • Outer body 26 and cover part 46 are, as can be seen, connected via a peripheral weld 48.
  • a flattening 52 is also introduced in an outer surface of the outer body 26, a flattening 52 is also introduced. This allows the insertion of the heat transfer area in a corresponding bore of a die-casting tool. Air displaced by the insertion of the heat transfer member 14 can flow out along the flat 52 so that no overpressure is generated upon insertion of the heat transfer member 14.
  • tempering device 10 Due to the thermal expansion of the diecasting tool or tempering device 10 during operation of the diecasting tool, there is also an interference fit between tempering device 10 and diecasting tool, so that the heat between the parts is conducted purely conductively. This allows a particularly good heat transfer.
  • Fig. 4 shows tempering device 10 again in a perspective view.
  • the shape of the tempering device 10 can be adapted to the particular location in the diecasting tool.
  • 5 shows, for example, a tempering device 10 which can be used in the region of the mold frame and the ejector plate.
  • the connecting part 12 here consists of elongate tubes, of which a first tube 54 corresponds to the inner body 20 of the heat transfer member 14.
  • the flow channel 18 of the inner body 20 in this case opens into a cavity of the outer body 24, which forms the return flow channel 26.
  • the outer body 24 is welded to a cover member 46 via a weld 48.
  • the tubes 54, 56 are held in a bottom plate 60 of the heat transfer member 14, which is also welded via a peripheral weld 62 to the outer body 24.
  • FIGS. 6 and 8 for which a plan view of the end face of the connection part 12 is shown in FIGS. 7 and 9, essentially correspond to the embodiment according to FIG. 1.
  • the connection part 12 is designed particularly compact here, the relative position of the connecting pieces 16 and 34 fitted to the geometric conditions at the installation.
  • the outer body 24 of the heat transfer member 14 are formed in both cases, however, not open as tubes open on both sides with subsequently welded closures, but executed in one piece. For connection, therefore, only a single weld 42 to the main body 40 of the connecting part 12 is necessary.
  • FIG. 10 also shows an alternative sectional illustration of the connection part 12 of the tempering element according to FIG. 8.
  • connection part 12 is of particularly compact design, in contrast to the other embodiments discussed so far, the Terminals 16, 34 are not arranged in an end face 54 of the connecting part 12, but rather on a lateral surface 56.
  • the main body 40 of the connecting part 12 is connected to the outer body 24 of the transmission part 14 again via a weld 42.
  • the inner body 20 of the heat transfer part 14 does not necessarily have to be tubular.
  • the inner body 20 has a bell-shaped end portion 58, so that at the end 22 of the channel 18, a narrow side channel 60 results, resulting in a particularly high flow rate and thus particularly good heat dissipation.
  • the surface of the bell-shaped body 58 may also have structural elements that affect the flow in the channels 18, 60, 26, for example, to adjust laminarity or turbulence of the flow to specifically affect heat transfer effects.
  • the bell-shaped body 58 may also contain a heat storage, for example in the form of an enclosed material of high heat capacity, so as to achieve a certain buffering of heat transfer in the heat transfer member 14.
  • FIG. 15 several tempering devices 10 are finally shown in the context of a casting tool 62 as a whole.
  • a tempering device 10 according to FIG. 1 1 serves for core cooling in the core region 64 of the mold, which here serves for casting a thin-walled gear housing 66.
  • Two further temperature control devices 10 extend laterally into the mold plate 68 of the casting tool 62 and serve for the actual cooling of the tool. In the tool 62 no further cooling channels are necessary, so that there is a particularly low-tension and stable tool.
  • the openings 70, in which the cooling devices 10 are received, are formed here as blind holes. However, grooves may also be provided for cooling near-surface regions into which the tempering devices 10 may be inserted. Here it makes sense to choose a rectangular cross-sectional shape for the tempering devices 10. To improve the heat transfer can Furthermore, a thermal paste are introduced into the openings 70, for example, a copper paste.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Molds, Cores, And Manufacturing Methods Thereof (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Temperiervorrichtung (10) für ein Gusswerkzeug (62), insbesondere ein Druckgusswerkzeug, mit einem Anschlussteil (12), welches einen Einlass (16) und einen Auslass (34) für ein Temperiermedium aufweist, und mit einem in eine korrespondierende Öffnung (70) des Gusswerkzeugs (62) einsetzbaren Wärmeübertragungsteil (14), über welches ein Wärmeaustausch zwischen dem Temperiermedium und dem Gusswerkzeug (62) durchführbar ist, wobei der Wärmeübertragungsteil (14) einen geschlossenen Außenkörper (24) aufweist.

Description

Patentanmeldung
Temperiervorrichtung, Gusswerkzeug und Verfahren zum Herstellen eines
Gussbauteils
BESCHREIBUNG:
Die Erfindung betrifft eine Temperiervorrichtung nach dem Oberbegriff von Patentanspruch 1 sowie ein Gusswerkzeug und ein Verfahren zum Herstellen eines Gussbauteils unter Verwendung einer derartigen Temperiervorrichtung.
Gusswerkzeuge, insbesondere für das Druckgießen von Leichtmetallen, müssen zur Einstellung optimaler Prozessparameter oftmals temperiert werden. Besonders wichtig ist das Kühlen vor dem Entformen eines gegossenen Gussbauteils. Dies ist gerade bei besonders dünnwandigen Gussbauteilen von Bedeutung, da durch das Einstellen der richtigen Entformungstemperatur eine Verformung bei der Entnahme aus dem Werkzeug minimiert wird. Ebenso hat die Temperierung der Druckgießform auch einen Einfluss auf die Zykluszeit und damit wirtschaftliche Bedeutung.
Um große Wärmemengen abführen zu können, weisen Gusswerkzeuge oftmals ein komplexes System von Kühlkanälen auf. Die Lage der Kühlkanäle wird dabei jedoch oft durch spezifische Auslegung des Werkzeuges eingeschränkt. Insbesondere beschränken bewegliche Elemente des Gusswerkzeuges, wie beispielsweise Schieber, Auswerfer und dergleichen, die mögliche Gestaltung des Kühlkanalsystems. Neben solchen Kühlkanälen sind noch Kühllanzen bzw. Stichkühlungen bekannt, mit denen ein Kühlmedium in entsprechende Bohrungen des Gusswerkzeuges eingeleitet werden kann. Eine solche Kühllanze ist beispielsweise in der DE 86 186 74 U1 offenbart. Die Kühllanze wird dabei so in das Gusswerkzeug eingesetzt, das Kühlmedium aus den üblicherweise bereits vorhandenen Kühlkanälen in die Lanze umgeleitet wird. Aus einem Rohr der Kühllanze tritt das Kühlmedium in die Bohrung des Gusswerkzeugs aus und umspült die Wandung des Gusswerkzeuges, die diese Bohrung begrenzt, direkt. Über einen Mantelkanal zwischen der Lanze und der Bohrungswandung kann das Kühlmedium zurückfließen.
Solche Kühllanzen sind auch in einer weiteren, vom normalen Kühlkanalsystem des Gusswerkzeugs unabhängigen Form bekannt. Eine derartige Kühllanze ist beispielsweise in der JP 2007 144 457 A offenbart. Auch hier ragt ein Rohr der Kühllanze in eine Aufnahmebohrung des Gusswerkzeugs. Kühlmedium wird allerdings nicht aus dem normalen Kühlkanälen des Gusswerkzeugs zugeführt und wieder abgeführt, sondern über separate, externe Schlauchanschlüsse.
Derartige Kühlsysteme sind mit dem Nachteil behaftet, dass das Kühlmedium unmittelbar auf die Wandung des Gussbauteils auftrifft. Hierdurch kommt es zu steilen Temperaturgradienten im Gusswerkzeug. Gerade bei Druckgusswerkzeugen, die aufgrund geringer Taktzeiten eine hohe Anzahl von Temperaturzyklen durchmachen, führen diese Temperaturgradienten schnell zu Beschädigungen. So kommt es beispielsweise zu so genannten Brandrissen in der Werkzeugoberfläche, die sich - sofern sie im Bereich einer Kavität auftreten - im hergestellten Gussbauteil abbilden, so dass dessen Materialqualität gemindert wird. Die thermische Belastung ist dabei ein wesentlicher Begrenzungsfaktor für die Standzeit eines derartigen Werkzeuges.
Der unmittelbare Kontakt zwischen Kühlmedium und Werkzeugoberfläche bringt zudem weitere Gefahren mit sich. Entstehen Risse, die sich bis in die Aufnahmebohrung einer solchen Kühllanze oder bis zu einem Kühlkanal erstrecken, so kann Kühlmedium mit der Schmelze beim Gießvorgang in Kontakt kommen. Gerade bei der Verwendung wässriger Kühlmedien droht hier die Gefahr von Dampfexplosionen, die Werkzeuge zerstören können und eine Gefahr für Bedienpersonal sind. Die beschriebenen Kühllanzen sind zudem schwer zu montieren und müssen aufwendig abgedichtet werden. Der vorliegenden Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, eine Temperiervorrichtung, ein Gusswerkzeug sowie ein Verfahren der eingangs genannten Art bereitzustellen, welche eine besonders schonende und sichere Temperierung von Gusswerkzeugen ermöglichen.
Diese Aufgabe wird durch eine Temperiervorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 6 sowie durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 10 gelöst. Eine erfindungsgemäße Temperiervorrichtung für ein Gusswerkzeug, insbesondere ein Druckgusswerkzeug, umfasst ein Anschlussteil, welches einen Einlass und einen Auslass für ein Temperiermedium aufweist, sowie ein Wärmeübertragungsteil, welcher in eine korrespondierende Öffnung des Gusswerkzeugs einsetzbar ist. Über den Wärmeübertragungsteil ist ein Wärmeaustausch zwischen dem Temperiermedium und dem Gusswerkzeug durchführbar.
Erfindungsgemäß ist dabei vorgesehen, dass der Wärmeübertragungsteil einen geschlossenen Außenkörper aufweist. Mit anderen Worten kommt das Temperiermedium bei der Verwendung einer derartigen Temperiervorrichtung nicht mehr unmittelbar mit Oberflächen des Gusswerkzeuges in Berührung. Temperaturgradienten zwischen dem Temperiermedium und dem Gussbauteil sind daher flacher, wodurch es zu einem geringeren Spannungsaufbau im Gusswerkzeug kommt. Auch bei einer Vielzahl von rasch durchgeführten Heiz-Kühl-Zyklen bilden sich daher wesentlich weniger Eigenspannungskonzentrationen und dadurch auch weniger Spannungsrisse bzw. Brandrisse im Gusswerkzeug als bei aus dem Stand der Technik bekannten Temperiervorrichtungen. Die Verwendung der erfindungsgemäßen Temperiervorrichtung erhöht daher die Standzeit eines korrespondierenden Gusswerkzeuges beträchtlich. Durch die geschlossene Ausbildung des Außenkörpers des Wärmeübertragungsteils entfällt zudem die Notwendigkeit aufwendiger Abdichtungen. Gleichzeitig wird ein Kontakt zwischen Temperiermedium und der zum Gießen verwendeten Schmelze zuverlässig verhindert, so dass keine Gefahr von Dampfexplosionen oder dergleichen besteht. Die erfindungsgemäße Temperiervorrichtung ermöglicht zudem eine besonders effiziente Temperierung des Gusswerkzeuges, so dass gegebenenfalls auf separate Kanäle im Gusswerkzeug zur Kühlung oder Beheizung verzichtet werden kann. Auch dies führt zu stabileren und spannungsärmeren Zuständen bei den verwendeten Druckgießformen.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist innerhalb des Außenkörpers ein Innenkörper angeordnet, welcher mit dem Außenkörper einen Strömungskanal, insbesondere einen Rückströmungskanal, für das Temperiermedium bildet. Vorzugsweise wird der Innenkörper dabei vollumfänglich umströmt, so dass der Strömungskanal im Wesentlichen mantelförmig zwischen den beiden Körpern angeordnet ist. Hierdurch kann eine besonders große Wärmeübertragungsfläche zur Verfügung gestellt werden, so dass eine derartig ausgebildete Temperiervorrichtung besonders schnelle Temperaturanpassungen ermöglicht. Ebenso kann durch geeignete geometrische Ausführung des Innenkörpers die Strömungsgeschwindigkeit beeinflusst werden.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist in dem Innenkörper ein Strömungskanal, insbesondere ein Einströmungskanal ausgebildet. Dieser kann unmittelbar beispielsweise in Form einer Bohrung in den Innenkörper eingebracht werden. Bei einer derart ausgestalteten Temperiervorrichtung strömt somit das Temperiermedium durch den Innenkörper in den Wärmeübertragungsteil und tritt dort vom Strömungskanal des Innenkörpers in den zwischen Innen- und Außenkörper ausgebildeten Strömungskanal über. Dies ermöglicht, das Temperiermedium mittelbar in denjenigen Bereich des Wärmeübertragungsteils zu führen, der am tiefsten die korrespondierende Öffnung des Gusswerkzeuges eintaucht. Bevor das Temperiermedium diesen Bereich erreicht, findet kein nennenswerter Wärmeübergang statt, so dass die Temperiereffizienz an den entsprechenden Stellen besonders gut ist.
Hierzu ist es besonders zweckmäßig, wenn sich der Innenkörper über einen überwiegenden Längenbereich des Grundkörpers erstreckt.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung umfasst der Innenkörper zudem ein Wärmespeicherelement. Dies kann beispielsweise durch einen Aufnahmeraum für ein Medium mit besonders hoher Wärmekapazität realisiert sein, der nicht mit den Strömungskanälen in Verbindung steht. Durch einen derartigen Wärmespeicher können Temperaturübergänge gepuffert werden, so dass das Auftreten von schlagartigen Temperaturveränderungen, die zu Spannungsrissen führen könnten, besonders zuverlässig vermieden wird.
Die Erfindung betrifft ferner ein Gusswerkzeug, insbesondere ein Druckgusswerkzeug, mit wenigstens einer Öffnung, in welche ein Wärmeübertragungsteil einer Temperiervorrichtung der beschriebenen Art eingesetzt ist. Die für das Gusswerkzeug entstehenden Vorteile wurden dabei bei der Schilderung der Temperiervorrichtung bereits aufgelistet.
Es ist dabei besonders zweckmäßig, wenn zumindest ein Außenflächenbereich des Grundkörpers in flächiger Anlage mit einem korrespondierenden, die Öffnung begrenzenden Wandbereich des Werkzeuges steht. Hierdurch wird ein konduktiver Wärmeübergang zwischen dem Gusswerkzeug und dem Außenkörper sichergestellt, so dass der Wärmeübergang besonders schnell und effizient stattfinden kann. In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das Gusswerkzeug lediglich durch wenigstens eine Temperiervorrichtung der genannten Art temperierbar. Mit anderen Worten wird auf zusätzliche Kühl- oder Heizkanäle oder dergleichen im Gusswerkzeug verzichtet, so dass das Gusswerkzeug besonders stabil und spannungsarm ist.
Die Öffnung zum Aufnehmen des Wärmeübertragungsteils der Temperiervorrichtung kann dabei in einer Formplatte, einem Schieber, einem Formrahmen oder dergleichen des Werkzeugs angeordnet sein - die beschriebene Temperiervorrichtung eignet sich gleichermaßen zum Kühlen aller Werkzeugbereiche.
Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Herstellen eines Gussbauteils, insbesondere eines Druckgussbauteils, bei welchem das Gusswerkzeug durch wenigstens eine Temperiervorrichtung der beschriebenen Art temperiert wird bzw. welches mit einem Gusswerkzeug der beschriebenen Art durchgeführt wird. Ein solches Verfahren erlaubt besonders hohe Standzeiten des Gusswerkzeuges bei gleichzeitig hoher Materialqualität der hergestellten Gussbauteile, da es nur in sehr geringem Maße zum Auftreten von Brandrissen oder dergleichen kommt. Im Folgenden wird die Erfindung und ihre Ausführungsformen anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 einen Längsschnitt durch ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Temperiervorrichtung,
Fig. 2 eine Seitenansicht des Anschlussteils der Temperiervorrichtung gemäß Fig. 1 ,
Fig. 3 eine Seitenansicht des Wärmeübertragungsteils der
Temperiervorrichtung gemäß Fig. 1 ,
Fig. 4 die Temperiervorrichtung gemäß Fig. 1 in isometrischer Ansicht,
Fig. 5 eine Schnittdarstellung durch ein weiteres Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Temperiervorrichtung,
Fig. 6 eine Schnittdarstellung durch ein weiteres Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Temperiervorrichtung,
Fig. 7 eine Seitenansicht des Anschlussteils der Temperiervorrichtung gemäß Fig. 6,
Fig. 8 eine Schnittdarstellung durch ein weiteres Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Temperiervorrichtung,
Fig. 9 eine Schnittdarstellung durch die Temperiervorrichtung gemäß Fig. 8,
Fig. 10 eine weitere Schnittdarstellung durch die Temperiervorrichtung gemäß Fig. 8,
Fig. 1 1 eine Längsschnittsschnittdarstellung durch ein weiteres
Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Temperiervorrichtung, Fig. 12 und 13 Schnittdarstellungen durch das Anschlussteil der Temperiervorrichtung gemäß Fig. 1 1 ,
Fig. 14 eine Längsschnittdarstellung durch ein weiteres alternatives
Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Temperiervorrichtung und
Fig. 15 eine angeschnittene perspektivische Darstellung eines
Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Gusswerkzeuges.
Ein im Ganzen mit 10 bezeichnete Temperiervorrichtung dient zum Heizen bzw. Kühlen eines Druckgusswerkzeuges, insbesondere für den Aluminiumdruckguss oder auch den Druckguss anderer Leichtmetalllegierungen. Die Temperiervorrichtung 10 weist ein Anschlussteil 12 sowie ein Wärmeübertragungsteil 14 auf, welches in eine korrespondierende Öffnung eines Druckgusswerkzeugs einsetzbar ist, um so einen Wärmeübergang zwischen dem Druckgusswerkzeug und einen im Wärmeübertragungsteil 14 zirkulierenden Temperiermedium zu ermöglichen. Das Temperiermedium, beispielsweise Wasser, Öl oder auch ein Gas wie CO2, wird über einen ersten Anschlussstutzen 16 des Anschlussteils 12 zugeführt und kann von dort in einen Strömungskanal 18 eines in rohrförmig ausgebildeten Innenkörpers des Wärmeübertragungsteils 14 einströmen. Die Wahl des Temperiermediums richtet sich dabei nach dem gewünschten Temperaturbereich, der je nach Heizgerät z. B. 50 °C bis 250 °C betragen kann. Der Innenkörper 20 erstreckt sich dabei über einen wesentlichen Bereich des Wärmeübertragungsteils 14 und ist an seinen dem Wärmeübertragungsteil 14 zugewandten Endbereich 22 offen.
Zwischen dem Innenkörper 20 und einem Außenkörper 24, der ebenfalls rohrförmig ausgebildet ist, besteht ein weiterer mantelförmiger Strömungskanal 26, über den das Wärmeübertragungsmedium in den Anschlussteil 12 zurückströmen kann. Dort ist eine im Wesentlichen senkrecht zum Innenkörper 20 verlaufende Bohrung 28 vorgesehen, die mit einer Verschlussschraube 30 verschlossen ist und in welche eine weitere Bohrung 32 mündet, die schließlich mit einem weiteren Anschlussstutzen 34 verbunden ist, über die das Temperiermedium abgeführt und beispielsweise einem Heiz- oder Kühlaggregat zugeführt werden kann. Im Anschlussteil 12 sind ferner Schrauböffnungen 36 vorgesehen, über welche die Temperiervorrichtung 10 mit dem Druckgusswerkzeug verschraubt werden kann.
Der Außenkörper 24 des Wärmeübertragungsteils 14 ist als Rohr ausgebildet, der in eine Bohrung 38 eines Grundkörpers 40 des Anschlussteils 12 eingesetzt und über eine Schweißnaht 42 mit diesem verschweißt ist. Der dem Grundkörper 40 abgewandte Endbereich 44 des Außenkörpers 24 ist mit einem Deckel 46 versehen, der ebenfalls über eine Schweißnaht 48 mit dem Außenkörper 24 verbunden ist. Gegebenenfalls kann die Verbindung auch durch Hartlöten oder andere Fügeverfahren erfolgen. Der Wärmeübertragungsteil 14 der Temperiervorrichtung 10 ist damit nach außen hin völlig abgeschlossen, bei Einsetzen der Temperiervorrichtung 10 in ein Druckgusswerkzeug kommt das Temperiermedium nicht unmittelbar mit dem Werkzeug in Kontakt. Hierdurch werden besonders flache Temperaturgradienten erzeugt, so dass das Auftreten von Spannungsrissen oder dergleichen im Druckgusswerkzeug vermieden wird.
Fig. 3 zeigt den Wärmeübertragungsteil 14 der Temperiervorrichtung 10 nochmals in Außenansicht. Der Außenkörper 26 weist einen ersten Endbereich 48 auf, mittels welchem der Außenkörper 26 in den Grundkörper 40 des Anschlussteils 12 einsetzbar ist. An diesen schließt sich der eigentliche wärmeübertragende Bereich 50 an, der im gezeigten Beispiel zylindrisch aufgebaut ist. Außenkörper 26 und Deckelteil 46 sind, wie zu erkennen, über eine umlaufende Schweißnaht 48 verbunden. In einer äußeren Oberfläche des Außenkörpers 26 ist ferner noch eine Abflachung 52 eingebracht. Diese ermöglicht das Einsetzen des Wärmeübertragungsbereichs in eine korrespondierende Bohrung eines Druckgusswerkzeuges. Durch das Einsetzen des Wärmeübertragungsteils 14 verdrängte Luft kann entlang der Abflachung 52 ausströmen, so dass beim Einführen des Wärmeübertragungsteils 14 kein Überdruck erzeugt wird. Durch die thermische Ausdehnung von Druckgusswerkzeug bzw. Temperiervorrichtung 10 im Betrieb des Druckgusswerkzeuges kommt es zudem zu einem Presssitz zwischen Temperiervorrichtung 10 und Druckgusswerkzeug, so dass die Wärme zwischen den Teilen rein konduktiv geleitet wird. Dies ermöglicht eine besonders gute Wärmeübertragung.
Fig. 4 zeigt Temperiervorrichtung 10 nochmals in perspektivischer Ansicht. Die Formgestaltung der Temperiervorrichtung 10 kann an den jeweiligen Einsatzort im Druckgusswerkzeug angepasst werden. Fig. 5 zeigt beispielsweise eine Temperiervorrichtung 10, die sich im Bereich des Formrahmens und der Auswerferplatte einsetzen lässt. Der Anschlussteil 12 besteht hier aus langgestreckten Rohren, von denen ein erstes Rohr 54 mit dem Innenkörper 20 des Wärmeübertragungsteils 14 korrespondiert. Der Strömungskanal 18 des Innenkörpers 20 mündet hierbei in einen Hohlraum des Außenkörpers 24, der den Rückströmungskanal 26 ausbildet. Dieser kommuniziert mit einem zweiten Rohr 56, welches als Anschlussstutzen für die Ableitung des Kühlmediums dient. Auch hier ist der Außenkörper 24 mit einem Deckelteil 46 über eine Schweißnaht 48 verschweißt. Die Rohre 54, 56 sind in einer Bodenplatte 60 des Wärmeübertragungsteils 14 gehalten, welches über eine umlaufende Schweißnaht 62 ebenfalls mit dem Außenkörper 24 verschweißt ist.
Weitere alternative Ausgestaltungen einer Temperiervorrichtung sind in den folgenden Figuren gezeigt. Die Ausführungen gemäß Fig. 6 und 8, für die in Fig. 7 und 9 jeweils eine Draufsicht auf die Stirnseite des Anschlussteils 12 gezeigt ist, entsprechen im Wesentlichen der Ausführungsform gemäß Fig. 1 . Der Anschlussteil 12 ist hier allerdings besonders kompakt gestaltet, die Relativlage der Anschlussstutzen 16 und 34 an die geometrischen Gegebenheiten am Einbauort eingepasst. Die Außenkörper 24 des Wärmeübertragungsteils 14 sind in beiden Fällen allerdings nicht als beidseitig offene Rohre mit nachträglich angeschweißten Verschlüssen ausgebildet, sondern einstückig ausgeführt. Zur Verbindung ist daher lediglich eine einzelne Schweißnaht 42 zum Grundkörper 40 des Anschlussteils 12 hin notwendig. Fig. 10 zeigt schließlich noch eine alternative Schnittdarstellung des Anschlussteils 12 des Temperierelementes gemäß Fig. 8.
Die Fig. 1 1 bis 13 zeigen alternative Schnittansichten einer weiteren Temperiervorrichtung 10. Diese weist einen besonders großvolumigen Rückström kanal 26 auf und eignet sich insbesondere zur Kühlung von Gusskernen. Auch hier ist der Außenkörper 24 einteilig und ungeschweißt aufgebaut, so dass sich keine Abdichtungsprobleme ergeben. Der Anschlussteil 12 ist besonders kompakt aufgebaut, im Gegensatz zu den anderen bislang besprochenen Ausführungsformen sind hier die Anschlüsse 16, 34 nicht in einer Stirnfläche 54 des Anschlussteils 12 angeordnet, sondern vielmehr an einer Mantelfläche 56. Der Grundkörper 40 des Anschlussteils 12 ist mit dem Außenkörper 24 des Übertragungsteils 14 wieder über eine Schweißnaht 42 verbunden.
Wie Fig. 14 zeigt, muss der Innenkörper 20 des Wärmeübertragungsteils 14 nicht zwingend rohrförmig ausgebildet sein. Im gezeigten Ausführungsbeispiel weist der Innenkörper 20 einen glockenförmigen Endbereich 58 auf, so dass sich am Ende 22 des Kanals 18 ein schmaler Seitenkanal 60 ergibt, was zu einer besonders hohen Strömungsgeschwindigkeit und damit besonders guten Wärmeabfuhr führt. Gegebenenfalls kann die Oberfläche des glockenförmigen Körpers 58 auch noch Strukturelemente aufweisen, die die Strömung in den Kanälen 18, 60, 26 beeinflussen, um beispielsweise so Laminarität oder Turbulenz der Strömung einzustellen, um gezielt Wärmeübertragungseffekte zu beeinflussen. Der glockenförmige Körper 58 kann zudem noch einen Wärmespeicher, beispielsweise in Form eines eingeschlossenen Materials hoher Wärmekapazität enthalten, um so eine gewisse Pufferung der Wärmeübertragung im Wärmeübertragungsteil 14 zu erreichen. Damit können scharfe Temperatursprünge vermieden werden, die zu Spannungsrissen führen könnten. In Fig. 15 sind mehrere Temperiervorrichtungen 10 schließlich noch im Kontext eines im Ganzen mit 62 bezeichneten Gießwerkzeuges gezeigt. Eine Temperiervorrichtung 10 gemäß Fig. 1 1 dient hierbei zur Kernkühlung im Kernbereich 64 der Form, die hier zum Gießen eines dünnwandigen Getriebegehäuses 66 dient. Zwei weitere Temperiervorrichtungen 10 erstrecken sich seitlich in die Formplatte 68 des Gusswerkzeuges 62 hinein und dienen zur eigentlichen Kühlung des Werkzeuges. Im Werkzeug 62 sind keine weiteren Kühlkanäle notwendig, so dass sich ein besonders spannungsarmes und stabiles Werkzeug ergibt.
Die Öffnungen 70, in denen die Kühlvorrichtungen 10 aufgenommen sind, sind hier als Sacklöcher ausgebildet. Zur Kühlung oberflächennaher Bereiche können jedoch auch Nuten vorgesehen sein, in welche die Temperiervorrichtungen 10 eingelegt werden können. Hier bietet es sich an, eine rechteckige Querschnittsform für die Temperiervorrichtungen 10 zu wählen. Zur Verbesserung der Wärmeübertragung kann ferner eine Wärmeleitpaste in die Öffnungen 70 eingebracht werden, beispielsweise eine Kupferpaste.

Claims

Patentanmeldung Temperiervorrichtung, Gusswerkzeug und Verfahren zum Herstellen eines Gussbauteils ANSPRÜCHE:
1 . Temperiervorrichtung (10) für ein Gusswerkzeug (62), insbesondere ein
Druckgusswerkzeug, mit einem Anschlussteil (12), welches einen Einlass (16) und einen Auslass (34) für ein Temperiermedium aufweist, und mit einem in eine korrespondierende Öffnung (70) des Gusswerkzeugs (62) einsetzbaren Wärmeübertragungsteil (14), über welches ein Wärmeaustausch zwischen dem Temperiermedium und dem Gusswerkzeug (62) durchführbar ist,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Wärmeübertragungsteil (14) einen geschlossenen Außenkörper (24) aufweist.
2. Temperiervorrichtung (10) nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet, dass
innerhalb des Außenkörpers (24) ein Innenkörper (20) angeordnet ist, welcher mit dem Außenkörper (24) einen Strömungskanal (26), insbesondere einen Rückströmungskanal, für das Temperiermedium bildet.
3. Temperiervorrichtung (10) nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, dass
in dem Innenkörper (20) ein Strömungskanal (18), insbesondere ein
Einströmungskanal, vorgesehen ist.
4. Temperiervorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet, dass
sich der Innenkörper (18) über einen überwiegenden Längenbereich des Außenkörpers (24) erstreckt.
5. Temperiervorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Innenkörper (20) ein Wärmespeicherelement umfasst.
6. Gusswerkzeug (62), insbesondere Druckgusswerkzeug, mit wenigstens einer Öffnung (70), in welche ein Wärmeübertragungsteil (14) einer
Temperiervorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 5 eingesetzt ist.
7. Gusswerkzeug (62) nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet, dass
zumindest ein Außenflächenbereich des Außenkörpers (24) in flächiger Anlage mit einem korrespondierenden, die Öffnung (70) begrenzenden Wandbereich des Werkzeuges (62) steht.
8. Gusswerkzeug (62) nach Anspruch 6 oder 7,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Gusswerkzeug (62) lediglich durch wenigstens eine Temperiervorrichtung (10) temperierbar ist.
9. Gusswerkzeug (62) nach einem der Ansprüche 6 bis 8,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Öffnung (70) in einer Formplatte, einem Schieber und /oder einem Formkern des Werkzeugs angeordnet ist.
10. Verfahren zum Herstellen eines Gussbauteils, insbesondere eines
Druckgussbauteils, bei welchem ein Gusswerkzeug (62) durch wenigstens eine Temperiervorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 5 temperiert wird und/oder welches mit einem Gusswerkzeug (62) nach einem der Ansprüche 6 bis 9 durchgeführt wird.
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