WO2015117582A1 - Gussform - Google Patents

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WO2015117582A1
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casting
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Lionel Reiche
Martin Fehlbier
Adam Peter FROS
Jakob Glück
Olaf NÖLKE
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Universität Kassel
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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
    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D27/00—Treating the metal in the mould while it is molten or ductile ; Pressure or vacuum casting
    • B22D27/04—Influencing the temperature of the metal, e.g. by heating or cooling the mould

Definitions

  • Molds of various kinds are known; such is z. B. the use of permanent molds in injection molding, die casting, chill casting and low pressure casting known.
  • it is known to cool the mold.
  • the mold For this purpose, it is particularly known to pass through the mold with individual channels, is guided by the cooling liquid, in particular water or oil. Because only when the casting is completely solidified, the mold can be opened, and the casting can be removed. Cooling of the casting mold from the rear side of the cavity is also known in this connection in that bores are arranged in the casting mold in the direction of the cavity, wherein lances can be introduced into the bores, water or similar fluids being introduced into the passages by means of the lances be injected to cool the mold.
  • the mold itself usually has a high mass on the side facing away from the cavity and has a high inertia in relation to the cooling. That is, if the mold is cooled in the region of the cavity on the back, so this requires a lot of energy. This would be without ensuring that the cavity through its cooling over their surface has a predeterminable temperature distribution. In this regard, it should be remembered that castings, in
  • the object underlying the invention is therefore to provide a controlled cooling. This means that it should be possible to cool individual areas, in particular the aforementioned hot spots, in a particularly efficient manner by targeted cooling.
  • Moldings proposed which form the cavity for receiving the casting material, wherein at least one of the mold parts is formed as a molding mask, the mold having a cooling device, wherein the cooling device comprises a plurality of nozzles for spraying a fluid, wherein the nozzles on the back of the molding mask are prepared.
  • Two moldings usually form the cavity for receiving the
  • At least one of the molded parts or else both of the molded parts may be formed here as a molded part mask.
  • the area available for cooling is still substantially larger in relation to the mass to be cooled than in conventional molds.
  • the cooling of the molding mask by evaporation or partial evaporation of the fluid is not only faster, but they can also be targeted overall io done. That is, it can specifically target the aforementioned hot spots
  • the volume flow of each nozzle is individually controllable. That is, it can be targeted over the surface of the 5 back of the molding mask cooling.
  • the temperature distribution at the back of the molding mask is according to a further feature of the invention, for example by a
  • thermocouples which are arranged at the back of the molding mask, determined, wherein, depending on the temperature distribution by a regulation of Volume flow for each individual nozzle can be fixed. In particular, this is z. B. reaches a uniform temperature distribution over the surface of the back of the molding mask.
  • the molding mask indicates a closed housing chamber
  • Molding mask the heat dissipation during mold filling in
  • the closed housing chamber prefferably has a cooling device.
  • the cooling device when water is used as the cooling medium, a cooling device is required to return the evaporated water to the liquid state.
  • the cooling device comprises a heat exchanger.
  • the closed housing chamber has a trough for collecting the fluid, wherein the trough is connected by a line to the nozzles for supplying the nozzles with the fluid. From this it is clear that the cooling takes place in a closed system, and in particular by the heat exchanger, the cooling or condensation of the
  • Fig. 1 shows the mold in a schematic
  • the casting mold generally designated 1, comprises two mold parts 3 and 4 which form a cavity 5 into which the casting material is introduced.
  • the molded part 3 is in this case formed in the manner of a molded part mask 6.
  • the i o molding mask 6 has on its back a structuring 8, which leads to an enlargement of the surface of the molding mask on the back and thus an improved heat transfer.
  • the molding mask 6 also shows webs 7, with which the molding mask 6 is supported relative to a base plate 9.
  • the base plate 9 takes several nozzles
  • the individual nozzles 10 are connected via lines 12 with electrically controllable valves 13 in connection, the valves 13 are connected via a common line 15 to the trough 17, from which by a pump
  • a heat exchanger 22 may be provided in the form of a cooler to cool the fluid supplied to the nozzles.
  • the molding mask 6 forms in conjunction with the trough 17 and the wall 23 a housing chamber designated 25, wherein the wall 23 5 may be formed heat-insulating.
  • a heat exchanger 27 is arranged, the ascending steam when using a fluid, for. As water, as a cooling medium for
  • 0 heat exchanger 27 is another heat exchanger 29 in the form of a Cooler, with the necessary throughput through the heat exchanger 27, the pump 32 provides.
  • the tub 17 may also show a heater 18, which has the following purpose.
  • the molding mask When approaching the mold, the molding mask must be preheated. This is done in the simplest case in that the fluid or water in the tub 17 is heated by the heater 18, then through the nozzles 10 on the back of the molding mask. 6

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Molds, Cores, And Manufacturing Methods Thereof (AREA)
  • Moulds For Moulding Plastics Or The Like (AREA)

Abstract

Gegenstand der Erfindung ist eine Gussform (1) umfassend mindestens zwei Formteile (3, 4), die die Kavität (5) zur Aufnahme des Gussmaterials ausbilden, wobei mindestens eines der Formteile als Formteilmaske (6) ausgebildet ist, wobei die Gussform eine Kühleinrichtung umfasst, wobei die Kühleinrichtung eine Mehrzahl von Düsen (10) zum Versprühen eines Fluids umfasst, wobei die Düsen (10) auf die Rückseite der Formteilmaske (6) zugerichtet sind.

Description

GUSSFORM
Die Erfindung betrifft eine Gussform umfassend mindestens zwei Formteile, die die Kavität zur Aufnahme des Gussmaterials ausbilden.
Gussformen der unterschiedlichsten Art sind bekannt; so ist z. B. der Einsatz von Dauerformen im Spritzguss, Druckguss, Kokillenguss und Niederdruckguss bekannt. Um die Zykluszeiten für die Herstellung der einzelnen Gussteile zu vermindern, ist bekannt, die Gussform zu kühlen. Hierzu ist insbesondere bekannt, die Gussform mit einzelnen Kanälen zu durchziehen, durch die Kühlflüssigkeit, insbesondere Wasser oder Öl geführt wird. Denn nur dann, wenn das Gussteil vollständig verfestigt ist, kann die Gussform geöffnet werden, und das Gussteil entnommen werden. Bekannt ist in diesem Zusammenhang auch eine Kühlung der Gussform von der Rückseite der Kavität dadurch, dass in der Gussform Bohrungen in Richtung auf die Kavität zu angeordnet sind, wobei in die Bohrungen Lanzen einführbar sind, wobei mithilfe der Lanzen Wasser oder ähnliche Fluide in die Kanäle zur Kühlung der Gussform eingespritzt werden.
Allerdings wird hier nicht nur Wasser über die Lanzen eingespritzt, sondern nachfolgend auch Luft, um die Kanäle trocken zu blasen.
Die Gussform selbst besitzt auf der der Kavität abgewandten Seite üblicherweise eine hohe Masse und weist in Bezug auf die Kühlung eine hohe Trägheit auf. Das heißt, wenn die Form im Bereich der Kavität auf der Rückseite gekühlt wird, so bedingt dies einen hohen Energieaufwand. Dies ohne dass gewährleistet wäre, dass die Kavität durch ihre Kühlung über ihre Oberfläche eine vorbestimmbare Temperaturverteilung aufweist. In diesem Zusammenhang sei daran erinnert, dass Gussformen, in
Abhängigkeit unter anderem von der Stärke des Gussteils, durchaus Stellen unterschiedlicher Temperatur aufweisen. Das heißt, es entstehen an verschiedenen Stellen durch sogenannte Hot Spots im Gussteil punktuell hohe Temperaturen in der Form. Die vorbeschriebene Art der Kühlung ist deshalb oft ungenügend, weil solche Hot Spots nicht gezielt und effizient gekühlt werden können.
Eine effiziente Form der Kühlung ist auch nicht durch die Lehre der CN 202123203U erzielbar, die beschreibt, wie mithilfe von Düsen die Rückseite einer Gussform mit einer Kühlflüssigkeit besprüht wird. Dies deshalb, weil auch hier die Masse der Gussform derart groß ist, dass eine
bedarfsorientierte Kühlung der Kavität hiermit nicht erreichbar ist.
Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht demzufolge darin, eine gesteuerte Kühlung vorzusehen. Das heißt, dass es möglich sein soll, durch gezielte Kühlung einzelne Bereiche, insbesondere die zuvor genannten Hot Spots, besonders effizient zu kühlen.
Zur Lösung der Aufgabe wird eine Gussform mit mindestens zwei
Formteilen vorgeschlagen, die die Kavität zur Aufnahme des Gussmaterials ausbilden, wobei mindestens eines der Formteile als Formteilmaske ausgebildet ist, wobei die Gussform eine Kühleinrichtung aufweist, wobei die Kühleinrichtung eine Mehrzahl von Düsen zum Versprühen eines Fluids umfasst, wobei die Düsen auf die Rückseite der Formteilmaske zugerichtet sind.
Zwei Formteile bilden üblicherweise die Kavität zur Aufnahme des
Gussmaterials aus. Mindestens eines der Formteile oder auch alle beide Formteile, können hierbei als Formteilmaske ausgebildet sein. Das bedeutet, dass sich die Kontur der eigentlichen Kavität auf der Rückseite der Formteilmaske im Wesentlichen in identischer Weise wiederfindet, bis auf die Tatsache, dass dort Festigkeitsstege oder auch Auswerfer vorgesehen sind, die die zur Kühlung zur Verfügung stehende Fläche 5 etwas vermindern. Allerdings ist die zur Kühlung zur Verfügung stehende Fläche im Verhältnis zu der zu kühlenden Masse immer noch wesentlich größer, als bei herkömmlichen Gussformen. Insofern erfolgt die Abkühlung der Formteilmaske durch Verdampfen oder teilweises Verdampfen des Fluids nicht nur schneller, sondern sie kann insgesamt auch gezielter i o erfolgen. Das heißt, es können gezielt die zuvor genannten Hot Spots
durch Einstellung des Volumenstroms einzelner Düsen höchst effizient gekühlt werden, mit dem Ziel eine im Wesentlichen gleichmäßige
Temperaturverteilung über die gesamte Kavität zu erzielen, was in Bezug auf die Gussteilqualität von Vorteil ist, da hierüber Einfluss auf die
15 Ausbildung des Gefüges genommen werden kann. Insofern besteht zur Erzielung gradierter Strukturen im Formteil die Möglichkeit, verschiedene Bereiche unterschiedlich schnell abzukühlen. Darüber hinaus kann durch eine effiziente Kühlung die Taktzeit verringert werden. 0 Vorteilhafte Merkmale und Ausgestaltungen zu der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
So ist insbesondere vorgesehen, dass der Volumenstrom einer jeden Düse einzeln steuerbar ist. Das heißt, es kann gezielt über die Oberfläche der 5 Rückseite der Formteilmaske die Kühlung erfolgen.
Die Temperaturverteilung an der Rückseite der Formteilmaske wird nach einem weiteren Merkmal der Erfindung beispielsweise durch eine
Thermografiekamera oder auch durch eine Mehrzahl an Thermoelementen, 0 die an der Rückseite der Formteilmaske angeordnet sind, ermittelt, wobei in Abhängigkeit der Temperaturverteilung durch eine Regelung der Volumenstrom für jede einzelne Düse festlegbar ist. Insbesondere hierdurch wird z. B. eine gleichmäßige Temperaturverteilung über die Oberfläche der Rückseite der Formteilmaske erreicht.
5 Die Formteilmaske weist eine geschlossene Gehäusekammer zur
Aufnahme der Düsen auf. Beim Stand der Technik ist es üblicherweise so, dass auch in der Formfüllphase in gleicher Weise gekühlt wird, wie in der Erstarrungsphase. Idealerweise sollte die Form aber erst nach vollständiger Füllung gekühlt werden, da die Schmelze sonst zu früh erstarrt und die i o weitere Formfüllung behindert. Dadurch, dass die Formteilmaske eine
geschlossene Gehäusekammer auf der Rückseite zur Aufnahme der Düsen aufweist, ergibt sich eine isolierende Wirkung auf der Rückseite der
Formteilmaske, die eine Wärmeabfuhr während der Formfüllung im
Wesentlichen verhindert, und damit auch ein vorzeitiges Erstarren der
15 Schmelze. Erst im eigentlichen Kühlzyklus wird die Temperierung also das Besprühen mit einem Fluid vorgenommen, das heißt, wenn diese auch benötigt wird.
Nach einem weiteren besonderen Merkmal der Erfindung ist vorgesehen, 20 dass die geschlossene Gehäusekammer eine Kühleinrichtung aufweist.
Insbesondere wenn Wasser als Kühlmedium verwendet wird benötigt man eine Kühleinrichtung, um das verdampfte Wasser wieder in den flüssigen Zustand zu überführen. Hierzu ist insbesondere vorgesehen, dass die Kühleinrichtung einen Wärmeübertrager umfasst. Des Weiteren weist die 5 geschlossene Gehäusekammer eine Wanne zum Auffangen des Fluides auf, wobei die Wanne durch eine Leitung mit den Düsen zur Versorgung der Düsen mit dem Fluid in Verbindung steht. Hieraus wird deutlich, dass die Kühlung in einem geschlossenen System stattfindet, und insbesondere durch den Wärmeübertrager, der der Kühlung bzw. Kondensation des
0 Fluids dient, die Möglichkeit der Energierückgewinnung eröffnet wird. Anhand der Zeichnung wird die Erfindung nachstehend beispielhaft näher erläutert.
Fig. 1 zeigt hierbei die Gussform in einer schematischen
5 Darstellung.
Die insgesamt mit 1 bezeichnete Gussform umfasst zwei Formteile 3 und 4, die eine Kavität 5 bilden, in die das Gussmaterial eingeführt wird. Das Formteil 3 ist hierbei nach Art einer Formteilmaske 6 ausgebildet. Die i o Formteilmaske 6 weist auf ihrer Rückseite eine Strukturierung 8 auf, die zu einer Vergrößerung der Oberfläche der Formteilmaske auf der Rückseite und damit einer verbesserten Wärmeübertragung führt. Die Formteilmaske 6 zeigt darüber hinaus Stege 7, mit denen die Formteilmaske 6 gegenüber einer Grundplatte 9 abgestützt ist. Die Grundplatte 9 nimmt mehrere Düsen
15 10 auf, deren Öffnungen auf die Rückseite der Formteilmaske 6 zugerichtet sind, wie sich dies unmittelbar in Anschauung von Fig. 1 ergibt. Die einzelnen Düsen 10 stehen über Leitungen 12 mit elektrisch ansteuerbaren Ventilen 13 in Verbindung, wobei die Ventile 13 über eine gemeinsame Leitung 15 mit der Wanne 17 verbunden sind, aus der durch eine Pumpe
20 19 die Flüssigkeit zur Versorgung der einzelnen Düsen 10 entnommen
wird. In der Leitung 15 kann ein Wärmeübertrager 22 in Form eines Kühlers vorgesehen sein, um das den Düsen zugeführte Fluid zu kühlen. Die Formteilmaske 6 bildet in Verbindung mit der Wanne 17 und der Wandung 23 eine mit 25 bezeichnete Gehäusekammer, wobei die Wandung 23 5 wärmeisolierend ausgebildet sein kann. In der Gehäusekammer 25 ist ein Wärmeübertrager 27 angeordnet, der den aufsteigenden Dampf bei Verwendung von einem Fluid, z. B. Wasser, als Kühlmedium zur
Kondensation bringt, wobei das Kondensat in der Wanne 17 aufgefangen wird. Zur kontinuierlichen Aufrechterhaltung der Kühlung des
0 Wärmeübertragers 27 dient ein weiterer Wärmeübertrager 29 in Form eines Kühlers, wobei für den notwendigen Durchsatz durch den Wärmeübertrager 27 die Pumpe 32 sorgt.
Die Wanne 17 kann darüber hinaus noch eine Heizung 18 zeigen, die folgenden Zweck hat. Beim Anfahren der Form muss die Formteilmaske vorgeheizt werden. Dies geschieht im einfachsten Fall dadurch, dass das Fluid bzw. Wasser in der Wanne 17 durch die Heizung 18 erwärmt wird, dann durch die Düsen 10 auf die Rückseite der Formteilmaske 6
aufgesprüht wird, um hierdurch die Formteilmaske 6 auf eine gewisse Grundtemperatur zu erhitzen. Denkbar ist allerdings auch, das Fluid aus der Wanne 17 heraus zu verdampfen, um hierdurch die Formteilmaske 6 zu erwärmen.
Bezugszeichenliste:
1 Gussform
3 Formteil
4 Formteil
5 Kavität
6 Formteilmaske
7 Steg
8 Strukturierung auf der Rückseite der Formteilmaske
9 Grundplatte
10 Düse
12 Leitung
13 Ventil
15 Leitung
17 Wanne
18 Heizung
19 Pumpe
22 Wärmeübertrager
23 Wandung
25 Gehäusekammer
27 Wärmeübertrager
29 Wärmeübertrager
32 Pumpe

Claims

Ansprüche:
1. Gussform (1 ) umfassend mindestens zwei Formteile (3, 4), die die Kavität (5) zur Aufnahme des Gussmaterials ausbilden, wobei mindestens eines der Formteile als Formteilmaske (6) ausgebildet ist, wobei die Gussform (1) eine Kühleinrichtung umfasst, wobei die Kühleinrichtung eine Mehrzahl von Düsen (10) zum Versprühen eines Fluids umfasst, wobei die Düsen (10) auf die Rückseite der
Formteilmaske (6) zugerichtet sind.
2. Gussform (1 ) nach Anspruch ,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Volumenstrom einer jeden Düse (10) einzeln steuerbar ist.
3. Gussform (1 ) nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Temperaturverteilung an der Rückseite der Formteilmaske (6) ermittelt wird, wobei in Abhängigkeit der Temperaturverteilung durch eine Regelung der Volumenstrom durch die Düsen (10) für jede
Düse (10) einzeln festlegbar ist.
4. Gussform (1) nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Temperaturverteilung durch mindestens eine
Thermografiekamera ermittelt wird.
5. Gussform (1 ) nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Temperaturverteilung durch eine Mehrzahl an Thermoelementen ermittelt wird.
6. Gussform (1 ) nach einem der voranstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Formteilmaske (6) auf ihrer der Kühleinrichtung zugewandten
Seite eine strukturierte Oberfläche (8) aufweist.
7. Gussform (1 ) nach einem der voranstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Formteilmaske (6) Teil einer geschlossenen
Gehäusekammer (25) zur Aufnahme der Düsen (10) ist.
8. Gussform (1) nach Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet,
dass die geschlossene Gehäusekammer (25) einen Wärmeübertrager
(27) aufweist.
9. Gussform (1 ) nach Anspruch 7 oder 8,
dadurch gekennzeichnet,
dass die geschlossene Gehäusekammer (25) eine Wanne (17) zum
Auffangen des Fluides aufweist.
10. Gussform (1) nach Anspruch 9,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Wanne (17) durch eine Leitung (12, 15) mit den Düsen (10) zur Versorgung der Düsen (10) mit dem Fluid in Verbindung steht.
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