DE19949445C1 - Verfahren zur Versorgung einer Werkzeugform mit einem Fertigungshilfsmittel - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft die Versorgung einer Werkzeugform mit einem Fertigungshilfsmittel, insbesondere die Benetzung und Kühlung einer Gußform mit einem Trennmittel. Erfindungsgemäß wird hierfür ein Impuls-Feuerlöschsystem verwendet, dessen Löschmittelzuführung mit einem Reservoir für Fertigungshilfsmittel verbunden ist. Dieses System ermöglicht ein impulsartiges Ausbringen eines pulverförmigen oder flüssigen Fertigungshilfsmittels mittels eines gasförmigen, unter Druck stehenden Treibgases. Hierbei wird eine geringere Menge von Fertigungsmittel benötigt, so daß ein vernachlässigbarer Überschuß des Fertigungsmittels entsteht und eine Aufbereitung und Entsorgung verbrauchten Fertigungsmittels entfällt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Versorgung einer Werkzeugform mit einem Fertigungshilfsmittel, insbesondere zur Benetzung einer Gußform mit einem Trennmittel.

Formteile aus Kunststoff oder Metall können mittels Spritz- oder im Druckgußverfahren hergestellt werden. Bei beiden Verfahren wird eine Formgußmaschine mit einer Gußform verwendet, auf die vor jedem einzelnen Formvorgang mittels einer Sprühvorrichtung ein Fertigungshilfsmittel aufgebracht wird. Aus der DE 197 53 660 A1 ist ein Verfahren bekannt, mit Hilfe dessen ein pulverförmiges Trennmittel mit Hilfe von Druckluft schwallfrei aufgebracht werden kann. Durch ein solches pulverförmige Trennmittel wird ein Anhaften des in der Gußform hergestellten Formteils an der Wandung der Gußform verhindert werden; allerdings wird dabei nur eine sehr geringe Kühlung der Gußform erreicht. Zur gleichzeitigen Kühlung der Gußform werden daher als Fertigungshilfsmittel vorzugsweise flüssige Trennmittel verwendet, die einerseits ein Anhaften des Formteils in der Gußform verhindern, andererseits die Wärme der Gußform effektiv abführen. Vor jedem Gußvorgang wird, wie z. B. in der DE 195 28 337 C1 beschrieben, eine große Menge des Trennmittel auf die Gußform gespritzt, von dem allerdings nur ein geringer Teil zur eigentlichen Kühlung und/oder Beschichtung der Gußform benötigt wird; der Großteil des Trennmittels ist daher Überschuß, der am Werkzeug hinabrinnt und aufwendig aufgearbeitet werden muß. Dies verursacht Kosten einerseits aufgrund der großen Ausgangsmengen des teuren Trennmittels, andererseits durch die aufwendigen Rückgewinnungs- und Aufarbeitungsprozesse, die zur Wiederbenutzung bzw. Entsorgung des Trennmittels notwendig sind.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein kostengünstiges Verfahren zum flächenhaften Besprühen einer Werkzeugform mit einem Fertigungshilfsmittel bereitzustellen, das eine geringe Menge von Fertigungsmittel benötigt, so daß ein vernachlässigbarer Überschuß des Fertigungsmittels entsteht.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.

Danach wird das Fertigungsmittel impulsartig auf die Gußform aufgetragen. Vorzugsweise wird zum Aufsprühen des Fertigungsmittels auf die Werkzeugform ein Impuls-Feuerlöschsystem verwendet (siehe Anspruch 2). Ein solches System ist z. B. aus der US 5 664 631 bekannt. Das dort beschriebene System dient dem impulsartigen Ausbringen eines pulverförmigen oder flüssigen Feuerlöschmittels mittels eines gasförmigen, unter Druck stehenden Treibmittels. Durch den impulsartigen Ausstoß in die umgebende Luft soll das Feuerlöschmittel zu einer Wolke aus feinem Nebel zerstäubt werden; das Feuerlöschmittel soll mit hoher Geschwindigkeit und großer kinetischer Energie entladen werden, soll dabei den Brandherd durchdringen und innerhalb sehr kurzer Zeit das Feuer löschen.

Erfindungsgemäß wird dieses Impuls-Feuerlöschsystem zum Aufsprühen eines Fertigungsmittels auf eine Werkzeugform verwendet; hierzu wird dem Impuls-Feuerlöschsystem anstatt des Feuerlöschmittels ein Fertigungsmittel zugeführt, das mit Hilfe eines Treibmittels unter hohem Druck entladen wird, wobei ein feiner Nebel aus Fertigungsmittel entsteht, der mit sehr hoher Geschwindigkeit aus der Austrittsöffnung des Impuls-Feuerlöschsystems herausgeschleudert und auf den Innenraum einer geöffneten Werkzeugform aufgetragen wird. Das Fertigungsmittel wird beim Austritt aus der Feuerlöschsystem in so feine Tröpfchen verstäubt, daß das im Fertigungsmittel enthaltene Lösungs- bzw. Kühlmittel beim Auftreffen der Tröpfchen auf die heiße Werkzeugform vollständig verdampft. Somit leistet jedes einzelne Tröpfchen einerseits den maximalen Energieübertrag und trägt daher optimal zur Kühlung der Werkzeugform bei; andererseits kann die Menge und die Aufsprührichtung des Fertigungsmittels für eine gegebene Werkzeugform so optimiert werden, daß das gesamte aufgetragene Fertigungsmittel verbraucht wird und somit ein vernachlässigbarer Überschuß bzw. Rückstand entsteht. Diese Minimierung der aufgetragenen Fertigungsmittelmenge führt zu erheblichen Einsparungen, da sowohl die aufwendige Rückgewinnung und Aufarbeitung gebrauchten Fertigungsmittels entfällt als auch - im Vergleich zum herkömmlichen Verfahren - eine geringere Menge des Fertigungsmittels benötigt wird.

Das zum Versprühen des Fertigungsmittels eingesetzte Impuls-Feuerlöschsystem ist kostengünstig verfügbar, robust, kompakt, und einfach zu handhaben; es ist somit im Fabrikumfeld prozeßsicher anwendbar. Für den Fabrikeinsatz empfiehlt es sich, als Treibmittel Druckluft zu verwenden, da diese im Produktionsumfeld leicht zugänglich und preiswert verfügbar ist (siehe Anspruch 4).

Der Begriff "Fertigungsmittel" umfaßt Kühlmittel, Kühlschmiermittel, Trennmittel, Schmiermittel etc. sowie Mischungen mehrerer dieser Stoffe, d. h. alle Substanzen, die zu einer Vor- und Nachbehandlung einer Werkzeugform im Normalbetrieb zweckmäßig bzw. notwendig sind. Diese Schmiermittel können in flüssigem oder in festem Aggregatzustand vorliegen. Zur Behandlung von Druckgußformen wird zweckmäßigerweise ein flüssiges, aus einem Konzentrat und Wasser bestehendes, Trennmittel verwendet (siehe Anspruch 5); das Konzentrat verhindert das Anhaften des Gußstücks an der Form, während das Wasser - wie oben beschrieben - eine Kühlung der Gußform bewirkt.

Zum Einsatz des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Besprühung von Gußwerkzeugen im Serieneinsatz empfiehlt es sich, einen oder mehrere Impuls-Feuerlöschsysteme auf einem Manipulator zu befestigen (siehe Anspruch 3). Nach der Entnahme eines fertigen Gußstücks aus dem Gußwerkzeug wird der Manipulator zwischen die Werkzeughälften des geöffneten Gußwerkzeug hineinbewegt, und beide Werkzeughälften werden mittels der Impuls- Feuerlöschsysteme mit Trennmittel besprüht. Zweckmäßigerweise sind die Impuls- Feuerlöschsysteme auf dem Manipulator so angeordnet, daß beide Werkzeughälften gleichzeitig besprüht werden können. Weiterhin sind die Austrittsöffnungen der Impuls-Feuerlöschsysteme vorzugsweise so gestaltet, daß ein möglichst großer Bereich der Werkzeughälfte möglichst gleichförmig mit Trennmittel benetzt wird.

Im folgenden wird die Erfindung anhand eines in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert; dabei zeigen:

Fig. 1 eine Ansicht eines in einer geöffneten Druckgußform positionierten Auftragssystems für Trennmittel;

Fig. 2 eine Ansicht eines als Auftragspistole verwendeten Impuls-Feuerlöschsystems.

Fig. 1 zeigt eine geöffnete Druckgußform 1, die eine auf einer beweglichen Maschinenplatte 2 montierte bewegliche Formhälfte 3 und eine auf einer festen Maschinenplatte 2' montierte feste Formhälfte 3' umfaßt. Die Formhälften 3, 3' weisen - in Fig. 1 gestrichelt dargestellte - Ausnehmungen 4, 4' auf, die im geschlossenen Zustand der Druckgußform 1 einen geschlossenen Gußraum bilden. Zur Herstellung eines Gußwerkstücks wird der Gußraum mittels einer - in Fig. 1 nicht dargestellten - Befüllungsvorrichtung mit flüssigem Gießwerkstoff gefüllt. Nach der Erstarrung des Gießwerkstoffs wird die Druckgußform 1 geöffnet, das Gußwerkstück entnommen und die Druckgußform 1 für die Herstellung eines weiteren Gußwerkstücks vorbereitet. Im Rahmen dieser Vorbereitung werden die Innenseiten 5, 5' der Formhälften 3, 3' mit einem flüssigen Trennmittel benetzt, wozu das in Fig. 1 gezeigte Auftragssystem 6 verwendet wird.

Das Auftragssystem 6 umfaßt mehrere Auftragspistolen 7 für Trennmittel, welche auf einem Verfahrschlitten 8 eines (in Fig. 1 nicht gezeigten) Portalroboters montiert sind. Jede Auftragspistole 7 wird durch ein Impuls-Feuerlöschsystem 9 gebildet, dessen Löschmittelzuführung 10 mit einem Trennmitteltank 11 verbunden ist.

Fig. 2 zeigt eine Detailansicht eines solchen als Auftragspistole 7 verwendeten Impuls- Feuerlöschsystems 9. Es umfaßt ein Auswurfrohr 12, das fest mit einem Druckzylinder 13 verbunden ist und teilweise in diesen hineinragt. Das in den Außenraum 14 hinausragende Ende 15 des Auswurfrohrs 12 ist offen, während das im Druckzylinder 13 befindliche Ende 16 mit einem Deckel 17 bedeckt ist, welcher in bezug auf seine Querschnittsform der Querschnittsform des Druckzylinders 13 angepaßt ist. Über Zuleitungen 18, 18', 18" wird dem Druckzylinder 13 aus einem unter Druck stehenden Treibgasreservoir 19 ein Treibgas zugeführt, wobei die Zuleitung 18' über ein Ventil 20' mit einer Treibgaskammer 21 im oberen Teil des Druckzylinders 13 verbunden ist, während die Zuleitung 18" über ein Ventil 20" mit einer Ausgleichskammer 22 im unteren Teil des Druckzylinders 13 verbunden ist; in das Ventil 20" ist außerdem ein schnellauslösendes Entlastungsventil 23 integriert.

Die Wirkungsweise der Auftragspistole 7 ist die folgende: Über die Zuleitung 10 wird dem Innenraum 24 des Auswurfrohrs 12 eine dosierte Ladung 25 Trennmittel zugeführt, die mittels einer Pumpe 26 aus dem Trennmitteltank 11 gefördert und mittels eines Ventils 27 dosiert wird. Treibgaskammer 21 und Ausgleichskammer 22 werden über die Zuleitungen 18, 18', 18" mit einer Treibgas, vorzugsweise Druckluft, gefüllt, wobei die Ausgleichskammer 22 auf einen höheren Druck gefüllt wird als die Treibgaskammer 21; während dieser Füllung ist das Entlastungsventil 23 geschlossen. Der höhere Druck in der Ausgleichskammer 23 stellt sicher, daß der Deckel 17 fest auf das Ende 16 des Auswurfsrohrs 12 gepreßt wird, wodurch der die Trennmittelladung 25 enthaltende Innenbereich 24 des Auswurfsrohrs 12 von der Treibgaskammer 21 getrennt ist. Bei Betätigung der Auftragspistole 7 wird das schnellauslösende Entlastungsventil 23 geöffnet, wodurch sich schlagartig der Druck der Ausgleichskammer 22 reduziert. Dadurch wird durch den in der Treibgaskammer 21 herrschenden Druck schlagartig der Deckel 17 weggedrückt, d. h. das Ende 16 des Auswurfrohrs 12 geöffnet, und die Trennmitttelladung 25 mittels des Treibgases explosionsartig aus dem Auswurfsrohr 12 in die Umgebung 14 ausgestoßen. Hierbei wird das im Auswurfsrohr 12 enthaltene Trennmittel zu einem feinen Nebel zerstäubt. Der Ladungsausstoß erfolgt innerhalb von Bruchteilen einer Sekunde. Danach kann die Auftragspistole 7 erneut mit Trennmittel und mit Treibgas beladen werden und steht dann bereit für die nächste Besprühung.

Das Trennmittel wird aus dem Auswurfrohr 12 in einer konischen räumlichen Verteilung ausgestoßen. Der Tröpfchenverteilung ist hierbei bestimmt durch das Verhältnis zwischen dem Volumen des Auswurfrohrs 12 und demjenigen der Trennmittelladung 25: Je geringer die Trennmittelladung 25 im Vergleich zum Gesamtvolumen des Auswurfrohrs 12, desto kleiner der Konuswinkel 28 des erzeugten Trennmittelnebels; gleichzeitig ist der Tröpfchennebel umso feiner und homogener, je geringer die Trennmittelladung 25 im Vergleich zum Volumen des Auswurfsrohrs 12 ist. Zur Erzeugung eines homogenen, feinen Nebels darf weiterhin der Treibgasdruck einen gewissen Wert nicht unterschreiten. Druckluft mit einem (im Fabrikumfeld typischerweise vorliegenden) Druck von etwa 6 bar hat sich hierfür als ausreichend herausgestellt.

Die Auftragspistole 7 eignet sich zum Versprühen flüssiger oder fester Stoffe; daher kann sie für ein weites Spektrum unterschiedlicher Trennmittel verwendet werden. Zum Einsatz im Rahmen des Druckgießens wird zweckmäßigerweise ein flüssiges Trennmittel verwendet, das aus einem mit Wasser verdünnten Konzentrat besteht.

Die Auftragspistolen 7 sind so auf dem Verfahrschlitten 8 des Portalroboters angeordnet, daß sie ein gleichzeitiges Besprühen beider Formhälften 3, 3' ermöglichen. Je nach Größe und geometrischer Form der Ausnehmungen 4, 4' auf den Formhälften 3, 3' sind hierfür pro Formhälfte 3, 3' eine oder mehrere Auftragspistolen 7 vonnöten, die so ausgerichtet sind, daß sie gemeinsam die gesamten Ausnehmungen 4, 4' benetzt wird. Wegen der hohen Geschwindigkeit des ausgestoßenen Trennmittelnebels ergibt sich auch bei einem großen Abstand (< 1 m) der Auftragspistolen 7 von den Formhälften 3, 3' eine gute und gleichmäßige Benetzung eines großen Bereichs der Formhälften 3, 3'; somit sind auch bei großen Gußformen komplizierter Geometrie pro Formhälfte 3, 3' typischerweise ein bis zwei Auftragspistolen 7 ausreichend, um die gesamte Fläche der Formhälfte 3, 3' abzudecken.

Trifft der Trennmittelnebel auf eine heiße Formhälfte 3, 3', so verdampft das im Trennmittel enthaltene Lösungsmittel - im vorliegenden Falle Wasser -, entzieht der Formhälfte 3, 3' die hierzu benötigte Verdampfungsenthalpie und bewirkt dabei eine Abkühlung der Formhälfte 3, 3'. Das im Trennmittel enthaltene Konzentrat verbleibt auf der Formhälfte 3, 3' und bildet dort eine dünne Schicht, die das Anhaften von Gießwerkstoff im folgenden Gußarbeitsgang verhindert. Die Geometrie der Auftragspistolen 7 ist so gewählt und die beim Besprühen der Formhälften 3, 3' durch die Auftragspistolen 7 abgegebene Trennmittelladung 25 so eingestellt, daß durch den Trennmittelnebel eine ausreichende Kühlung und Beschichtung der Formhälften 3, 3' erfolgt, gleichzeitig aber kein überschüssiges, die Formhälften 3, 3' hinabrinnendes Trennmittel anfällt. Die Besprühung der Gußform 1 kann gegebenenfalls mehrmals wiederholt werden. Da das aufgesprühte Trennmittel vollständig verbraucht wird, braucht bei der erfindungsgemäßen Verwendung eines Impuls-Feuerlöschsystems 9 als Auftragspistole 7 keine Auffangvorrichtung für Trennmittel unterhalb der Druckgußform 1 vorgesehen werden. Weiterhin erfolgt das Aufsprühen und Verdampfen des Trennmittels innerhalb von Sekundenbruchteilen, so daß die Druckgußform 1 sofort nach der Besprühung für einen nächsten Gußarbeitsgang zur Verfügung steht.

Neben der oben beschriebenen Verwendung des Impuls-Feuerlöschsystems 9 als Auftragspistole 7 zur Besprühung einer geöffneten Druckgußform 1 mit Trennmittel kann das System 9 zum Aufbringen eines weiten Spektrums von Fertigungshilfsmitteln wie Schmiermitteln, Kühlmitteln etc. auf beliebige flächige Werkzeuge genutzt werden. Die Fertigungshilfsmittel können als Flüssigkeit oder in Form eines Pulvers vorliegen und mit Hilfe unterschiedlicher Treibgase auf die Werkzeugoberfläche gesprüht werden. Durch den beim Betreiben des Impuls-Feuerlöschsystems 9 entstehenden feinen Nebel wird eine optimale Benetzung des Werkzeugs bei minimalem Verbrauch des Fertigungshilfsmittel erreicht.

Weiterhin eignet sich diese impulsartige Beschichtung nicht nur zur Schmierung, Kühlung etc. von Werkzeugen, sondern kann gleichermaßen auch zur Vor- und Nachbehandlung von Werkstücken, z. B. zum Fetten von Stahlblechen, Beschichten von Prepregs bei der Herstellung von Verbundwerkstücken etc. verwendet werden.

Die Montage der Auftragspistole 7 auf einen Roboter ist insbesondere bei Nutzung im Rahmen einer automatisierten Großserienfertigung vorteilhaft. Dabei ist es günstig, die Beladungsventile 20', 20", 27 und das Entlastungsventil 23 mittels eines (in Fig. 2 nicht dargestellten) Steuersystems zu betätigen, das an das Steuersystem der automatisierten Fertigungsanlage gekoppelt ist. Alternativ kann die Auftragspistole manuell geführt und bedient werden, was insbesondere bei Verwendung im Rahmen einer manuellen Einzelfertigung zweckmäßig ist.

Claims (5)

1. Verfahren zur Versorgung einer Werkzeugform mit einem Fertigungshilfsmittel, insbesondere zur Benetzung einer Gußform mit einem Trennmittel, dadurch gekennzeichnet, daß das Fertigungshilfsmittel impulsartig aufgetragen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zum Auftrag des Fertigungshilfsmittels ein Impuls-Feuerlöschsystem (9) verwendet wird.

3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet,

• - daß das Impuls-Feuerlöschsystem (9) mittels eines Manipulators (8) in die geöffnete Gußform (1) hineingebracht wird,
• - und daß das Fertigungsmittel mit Hilfe des Impuls-Feuerlöschsystems (9) unter Verwendung eines Treibgases auf das Innere (5, 5') der Gußform (1) gespritzt wird.

4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Treibgas Druckluft verwendet wird.

5. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein flüssiges Trennmittel aufgetragen wird.