Aus
der
DE 28 08 139 A1 ist
es bekannt, Formen, insbesondere Druckgieß-, Spritzguss oder ähnliche
Formen mittels eines dampfförmigen
Mediums zu temperieren. Eine Speisewasserpumpe ist vorgesehen, welche
Wasser zu einem Dampferzeuger pumpt. Da die Dampftemperatur naturgemäß vergleichsweise
hoch liegt, wird der Dampf zum beheizen der Form verwendet. Bereits
nach dem ersten Eingießen
oder ggf. nach wenigen Arbeitstakten muss die Form gekühlt werden.
Hierzu wird die Verwendung von Kühlwasser
vorgeschlagen, wozu ein zweiter Kreislauf vorgesehen ist. Eine zweite
Pumpe ist vorgesehen, um dazu Wasser aus einem Wasserspeicher anzusaugen.
Aus
der
DE 66 00 594 U ist
es ebenfalls bekannt, bei einer Maschine mit doppelwandiger Form zum
Herstellen von Kunststoffkörpern
eine Druckpumpe sowie eine Saugpumpe für das Heiz- bzw. Kühlmedium vorzusehen. Beide
Pumpen werden gleichzeitig betrieben, um die Umwälzung des Heiz- bzw. Kühlmediums
schneller zu beschleunigen und gleichzeitig den Aufbau eines hohen
Innendrucks in der doppelwandigen Form zu vermeiden. Hierdurch können vergleichsweise
dünnwandige
und dementsprechend schnell temperierbare Formen verwendet werden.
Die
aus der Praxis bekannten, gattungsgemäßen Einrichtungen weisen einerseits
das eigentliche Druckguss-Werkzeug auf, wobei zum Aufwärmen vor
Produktionsbeginn sowie zum Abführen
der Erstarrungswärme
während
der Produktion das Druckguss- Werkzeug
mittels eines flüssigen
Temperiermediums – üblicherweise
Temperieröl – auf die gewünschte Temperatur
gebracht bzw. in einem gewünschten
Temperaturbereich gehalten wird.
Hierzu
wird das Temperiermedium mittels eines Wärmetauschers auf die gewünschte Temperatur
gebracht bzw. in einem bestimmten vorgegebenen Temperaturbereich
gehalten und der Fluidstrom des Temperaturmediums wird durch eine
Pumpe sichergestellt. Wärmetauscher
und Pumpe sind üblicherweise
zu einem so genannten „Temperiergerät" zusammengefasst.
Im
Betrieb können Öltemperaturen
des Temperaturmediums von bis zu 400°C auftreten.
Als
Besonderheit der dabei verwendeten Pumpen können diese sowohl als Druckpumpen
als auch als Saugpumpen eingesetzt werden. Die Pumpenleistung beträgt im Druckfall
etwa 6–7
bar, im Havariefall, wenn die Pumpen als Saugpumpen eingesetzt werden,
lediglich 0,6–0,9
bar, wobei die unterschiedliche Wirkung der Pumpe durch Änderung
ihrer Drehrichtung erzielt wird.
Der
erwähnte
Havariefall wird üblicherweise dadurch
auftreten, dass eine Verbindungsstelle im Leitungsverlauf des Temperier öls undicht
ist; in seltenen Fällen
können
auch Schäden
wie beispielsweise Risse am Druckguss-Werkzeug selbst der Grund
dafür sein,
die Temperierpumpe im Reversierbetrieb, also als Saugpumpe laufen
zu lassen.
Im
Saugbetrieb der Temperierpumpe wird eine erheblich verringerte Temperierleistung
bewirkt. Dies ist lediglich in zweiter Linie durch den verringerten
Pumpendruck begründet,
vielmehr schlägt
für die schlechtere
Temperierleistung zubuche, dass die umgekehrte Flussrichtung des
Temperiermediums bei Stich- und Schneckenkühlungen ein erheblicher Strömungswiderstand
durch die „falsche" Durchströmungsrichtung
den Fluidstrom bremst und für
einen erheblich verringerten Volumenstrom pro Zeiteinheit sorgt.
Die Funktion des Saugbetriebs der Pumpe im Fall von Undichtigkeiten
im System bleibt voll erhalten.
Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine gattungsgemäße Druckguss-Einrichtung
dahingehend zu verbessern, dass diese auch im Havariefall, wenn
die Temperierpumpe im Saugbetrieb betrieben wird, eine möglichst
gute Temperierleistung sicherstellt. Weiterhin liegt der Erfindung
die Aufgabe zugrunde, eine Betriebsweise für die Druckguss-Einrichtung
anzugeben, die einen möglichst
störungsfreien
Betrieb der Druckguss-Einrichtung
unterstützt.
Diese
Aufgabe wird durch eine Druckguss-Einrichtung mit den Merkmalen
des Anspruchs 1 sowie durch ein Verfahren mit den im Anspruch 10 angegebenen
Verfahrensschritten gelöst.
Die
Erfindung schlägt
mit anderen Worten vor, eine Ventilanordnung zu verwenden, welche
zwischen Pumpe und Druckguss-Werkzeug vorgesehen ist und Drehrichtungsunterschiede
und damit Unterschiede in der Förderrichtung
der Pumpe dahingehend ausgleicht, dass sie zum Druckguss-Werkzeug hin
stets dieselbe Durchströmungsrichtung
der Temperierleitungen sichergestellt.
Derartige
Ventilanordnungen sind grundsätzlich
aus der Praxis bekannt, beispielsweise im Rahmen der Pneumatik.
Die dort bekannten Ventilanordnungen sind jedoch für die Volumenströme und die bei
Druckguss-Einrichtungen auftretenden Temperaturen nicht geeignet.
Vorteilhaft
kann vorgesehen sein, dass im Kreislauf des Temperaturmediums ein
Filter angeordnet ist. Derartige Hochtemperaturfilter sind vergleichsweise
teuer, werden in der Praxis jedoch in der Hoffnung eingesetzt, die
empfindlichen Temperiergeräte
optimal schützen
zu können.
Es hat sich jedoch herausgestellt, dass derartige Filter geradezu kontraproduktiv
wirken können,
wenn nämlich
durch umgekehrte Durchströmung
des Filters eine Art Filterrückspülung bewirkt
wird und die gesamten im Filter zurückgehaltenen Verunreinigungen
nun zur Pumpe, also zum Temperiergerät befördert werden und dort einen
vorschnellen Verschleiß bewirken können. In
der Praxis hat sich herausgestellt, dass durch den Einsatz der Filter,
die zum Schutz der Temperiergeräte
vorgesehen waren, die Lebensdauer der Temperiergeräte vielfach
drastisch reduziert wurde, beispielsweise auf etwa die Hälfte der üblichen Lebensdauer.
Zudem wird die Reinigung der Filtereinsätze selbst durch die wechselseitige
Anströmung an
Ab- und Abströmseite
und somit beidseitige Schmutzbeladung erschwert bzw. unmöglich.
Vorteilhaft
können
die Ventile als Rückschlagventile
ausgestaltet sein, wie sie z. B. durch den Einsatz als Überdruckventile
in Druckguss-Einrichtungen grundsätzlich bekannt sind. Auf diese Weise
entfällt
die Notwendigkeit, beispielsweise elektrisch anzusteuern und es
kann vielmehr eine einfache, automatische Ventilsteuerung in Abhängigkeit von
der Strömungsrichtung
des Temperiermediums bewirkt werden, indem die Ventilanordnung als
so genanntes „Umsteuerventil" ausgestaltet ist.
Vorteilhaft
können
die Ventile der vorschlagsgemäßen Ventilanordnung
zu einem hydraulischen Ventilblock zusammengefasst sein. Auf diese Weise
ergibt sich die Möglichkeit,
die Ventilanordnung problemlos in eine bereits vorhandene Druckguss-Einrichtung einbauen
zu können,
wobei lediglich vier Anschlusspunkte als pumpenseitige Ein- und Auslässe sowie
als Druckguss-Werkzeug-seitige Ein- und Auslässe vorgesehen sein. Zudem
ist durch diese Ausgestaltung als kompakter Ventilblock eine herstellerseitige
Ausgestaltung der Ventilanordnung sichergestellt, die beispielsweise
strömungsgünstig optimiert
ist und die eine optimale Funktionssicherheit bietet. Schließlich wird
bei einem Ventilblock im Vergleich zu einer Anordnung mit mehreren
Einzelventilen und dazwischen angeordneten Schlauch- oder Rohrleitungen
eine Vielzahl von Schnittstellen erübrigt, so dass durch die Verringerung
der Anzahl möglicher
Leckagestellen die Fehlerwahrscheinlichkeit der Ventilanordnung
verringert wird.
Vorteilhaft
kann die Ventilanordnung bis etwa 400°C temperaturbeständig und
funktionsfähig
sein, so dass insbesondere bei den im metallischen Druckguss auftretenden
Temperaturen des Temperaturmediums die Funktionssicherheit der Ventilanordnung sichergestellt
ist.
Vorteilhaft
kann die Ventilanordnung regelmäßig durchgespült werden,
beispielsweise indem die Pumpe nach jeweils 5 Stunden Druckbetrieb
das Temperieröl
für etwa
5 min im Saugbetrieb fördert. Hierdurch
werden Strömungskanäle in der
Ventilanordnung durchgespült,
die im Druckbetrieb der Pumpe strömungsberuhigt sind. Angesichts
der hohen herrschenden Temperaturen wird so der Gefahr vorgebeugt,
dass das in diesen strömungsberuhigten Bereichen
der Ventilanordnung befindliche Öl
zu vercracken beginnt und die Schaltfähigkeit der Ventile nachlässt bzw.
diese ganz ausfallen.
Das
Durchspülen
der Ventilanordnung kann regelmäßig erfolgen,
z. B. indem die Ansteuerung der Pumpe entsprechend programmiert
ist und nach einer bestimmten Zeitdauer des Druckbetriebs die Pumpe
für eine
bestimmte Zeitdauer in den Saugbetrieb schaltet. Gewisse Unregelmäßigkeiten, ähnlich wie
durch einen Zufallsgenerator bestimmt, sind dabei möglich. Wesentlich
ist, dass die Pumpe bewusst auch dann als Saugpumpe betrieben wird,
wenn kein Störfall
der Druckguss-Einrichtung vorliegt, der einen derartigen Saugbetrieb
ohnehin erfordern würde. Das
erwähnte
Intervall von 5 min Saugbetrieb pro 5 h Druckbetrieb ist dabei rein
beispielhaft. In der Praxis richtet sich das vorteilhaft einzuhaltende
Intervall nach der verwendeten Ölsorte,
nach den auftretenden Temperaturen, denen das Öl ausgesetzt ist, und nach
der konstruktiven Ausgestaltung der Ventilanordnung. Es kann davon
ausgegangen werden, dass in einem Zeitrahmen von etwa 3 bis 10 Stunden
eine Förderrichtungsumkehr
von etwa 1 bis 10 Minuten Dauer ausreichend sein wird, um die gewünschte Wirkung
zu erzielen.
Die
Durchspülung
der Pumpe durch Richtungsumkehr ist im Saugbetrieb nicht vorgesehen: Erstens
reicht der Pumpendruck im Druckbetrieb erwartungsgemäß aus, um
ggf. verstopfte Leitungsabschnitte selbsttätig freizuspülen. Zweitens
ist ohnehin nicht vorgesehen, die Pumpe lange im Saugebtrieb laufen
zu lassen, denn es handelt sich dabei um eine Notfallmaßnahme.
Drittens liegen üblicherweise
in derartigen Notfällen
Undichtigkeiten vor, ggf. an dem Druckgusswerkzeug selbst. Durch
den hohen Pumpendruck im Druckbetrieb würde daher sofort Temperieröl an undichten
Stellen in die Kavität
des Werkzeugs gelangen können.
Die
vorschlagsgemäße Ventilanordnung
wird anhand der rein schematischen Darstellungen nachfolgend näher erläutert. Dabei
zeigt:
1 Ein
Schaubild einer Ventilanordnung und von Teilen des Temperierkreislaufs
einer Druckguss-Einrichtung, und
2 ein
Schaubild der Druckguss-Einrichtung und eines die Ventilanordnung
umfassenden Teils des Temperierkreislaufs.
In 1 ist
mit P eine Pumpe angedeutet, die Teil eines Temperiergerätes sein
kann und einer Druckguss-Einrichtung zugeordnet ist. Die Pumpe dient
dazu, ein Temperiermedium umzuwälzen,
wobei die Darstellung ein Blockschaltbild des Fluidkreislaufes dieses
Temperiermediums im Bereich einer Ventilanordnung ist, wobei diese
Ventilanordnung zu einem insgesamt mit V bezeichneten Ventilblock
zusammengefasst ist. In einer ersten, regulär vorgesehenen Förderrichtung
ist die Pumpe P mit P1 bezeichnet. In dieser regulären Förderrichtung
gelangt das Fluid von der Pumpe P1 zu einem ersten Pumpenanschluss 1 des
Ventilblocks V. Das Fluid fließt weiter
zu einer ersten Abzweigung 2, von der aus Fluidkanäle zu zwei
Rückschlagventilen 3 und 4 führen. Das
Rückschlagventil 3 ist
als erstes Rückschlagventil
bezeichnet, da das Fluid in der regulären Strömungsrichtung durch dieses
Rückschlagventil strömen kann,
welches unter dem Fluiddruck selbsttätig öffnet, während durch denselben Fluiddruck
in dieser Strömungsrichtung
das andere Rückschlagventil
Nr. 4 automatisch geschlossen wird.
Das
Temperierfluid gelangt vom ersten Rückschlagventil 3 zu
einer Verzweigungsstelle 5, von der aus eine Fluidleitung
zu einem weiteren Rückschlagventil 6 führt, welches
in dieser Strömungsrichtung
automatisch geschlossen wird. Der Fluidstrom gelangt daher von der
Verzweigungsstelle 5 lediglich zu einem Auslass 7 des
gesamten Ventilblocks V, wobei vom Auslass 7 das Fluid
zum Druckguss-Werkzeug gelangt.
Das
von dem Druckguss-Werkzeug zurückströmende Temperiermedium
gelangt, ggf. unter Zwischenschaltung eines Fluidfil ters, zu einem
Einlass 8 des Ventilblocks V, von dort zu einem so genannten zweiten
Rückschlagventil 9,
welches bei dieser Strömungsrichtung
des Temperiermediums als zweites Rückschlagventil von dem Medium
durchströmt
wird, und von diesem zweiten Rückschlagventil 9 zu
einem zweiten Pumpenanschluss 10 des Ventilblocks V, von
dem aus das Fluid zu einem Öltank
mit Wärmetauscher
geführt
wird, der mit T gekennzeichnet ist und von dem aus die Pumpe P1
das Temperiermedium – hier
in Form von Temperieröl – ansaugt.
Der
geschilderte Betrieb wird durch den Einsatz der Pumpe P als Druckpumpe
bewirkt, wobei durch Drehrichtungsumkehr die Pumpe P auch als Saugpumpe
eingesetzt werden kann. Die Pumpenwirkung für diesen Saugfall ist in der
Darstellung als Pumpe P2 dargestellt, obwohl es sich bei den beiden separat
dargestellten Pumpen P1 und P2 tatsächlich um dieselbe Pumpe P
handelt, die lediglich in zwei unterschiedlichen Strömungsrichtungen
betrieben wird.
Wenn
die Pumpe P als Saugpumpe betrieben wird, also als Pumpe P2 arbeitet,
wird das Fluid durch die Pumpe P2 vom ersten Pumpenanschluss 1 abgezogen.
In diesem Betriebszustand schalten die Ventile des Ventilblocks
so um, dass die Strömungsrichtung
des Temperieröls
durch das Druckguss-Werkzeug
sowie durch einen eventuell vorgesehenen Ölfilter beibehalten wird. Das
Umschalten der Ventile wird durch den Druckabfall über die
einzelnen Baugruppen unterstützt.
Das
Temperieröl
wird durch das gesamte Druckguss-Werkzeug hindurch aus dem Öltank T
angesaugt und gelangt zunächst
zu dem zweiten Pumpenanschluss 10 des Ventilblocks V und
zu einem zweiten Abzweig 11, von dem aufgrund der Ausgestaltung
der beiden Rückschlagventile 9 und 6 lediglich
das Rückschlagventil 6 als
so genanntes drittes Rückschlagventil
durchströmt
werden kann, so dass auch bei dieser Durchströmungsrichtung das Temperiermedium
zur Verzweigungsstelle 5 und von dort zum Auslass 7 des
Ventilblocks gelangt. Obwohl die Pumpenrichtung nun umgekehrt ist,
gelangt das Temperiermedium also in seiner ursprünglichen Strömungsrichtung
vom Auslass 7 zum Druckguss-Werkzeug und zu einem ggf.
vorgesehenen Filter, so dass auch der Filter in seiner vorgesehenen
Betriebsweise durchströmt
wird.
Das
Temperiermedium, welches durch die Saugwirkung der Pumpe P2 vom
Druckguss-Werkzeug zum Einlass 8 des Ventilblocks V gesaugt
wird, durchströmt
aufgrund der im Saugbetrieb herrschenden Druckverhältnisse
nicht das zweite Rückschlagventil 9,
sondern das als viertes Rückschlagventil
bezeichnete Rückschlagventil 4,
gelangt von dort zum ersten Abzweig 2, und weiter zum ersten
Pumpenanschluss 1 des Ventilblocks V, von wo es durch die Pumpe
P2 angesaugt wird.
2 zeigt
in einer grundsätzlichen
schematischen Darstellung den Ventilblock V mit seinem ersten und
zweiten Pumpenanschluss 1 und 10, sowie ein insgesamt
mit W bezeichnetes Druckgieß-Werkzeug,
innerhalb dessen eine Fluidleitung für das Temperiermedium mit L
gekennzeichnet ist. Zwischen dem Werkzeug W und dem Ventilblock
V ist ein Filter F vorgesehen und weiterhin sind die Strömungskanäle für das Temperiermedium
mit K angedeutet, welche zwischen dem Ventilblock V und dem Werkzeug W
verlaufen. Dabei ist mit mehreren Pfeilen angedeutet, dass die Kanäle K und
damit auch das Werkzeug W sowie der Filter F stets in derselben,
durch die Pfeile angedeuteten Richtung durchströmt sind, unabhängig von
der Förderrichtung
der Pumpe P.
Der
Filter F ist zwischen dem Werkzeug W und dem Ventilblock V angeordnet,
so dass der Ventilblock V vor den Verschmutzungen optimal geschützt ist,
die in den in 2 dargestellten Kanälen K und
dem Werkzeug W auftreten und welche die Funktion der Ventile innerhalb
des Ventilblockes V beeinträchtigen
könnten.