DE69837835T2

DE69837835T2 - Verfahren und Vorrichtung zur Vorbereitung der Wände einer Giessform für den nächsten Vorgang zum Formen und zur Formgebung, Sprühvorrichtung mit zentrifugalen Zerstäubern und Luftzuführung, und deren Anwendung zur Zerstäubung von einem im wesentlichen lösungsmittelfreien Formwandbehandlungsmittel

Info

Publication number: DE69837835T2
Application number: DE69837835T
Authority: DE
Inventors: Hans-Dieter Renkl; Douwe Marten Kok; Thomas Junker; Karl-Heinz Keim
Original assignee: Acheson Industries Inc
Current assignee: Acheson Industries Inc
Priority date: 1998-03-09
Filing date: 1998-09-21
Publication date: 2007-10-11
Anticipated expiration: 2018-09-22
Also published as: ES2355073T3; ATE485907T1; EP0941788B1; EP0941788A3; EP0941788A2; DE69841979D1; EP1795282B1; CA2248640A1; JPH11254086A; HUP9802134A3; HUP9802134A2; US6546994B1; ATE363353T1; CZ301698A3; PL328758A1; JP3504864B2; MY122503A; KR19990076562A; HU9802134D0; KR20050101155A

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Vorbereiten der Wandungen einer Form gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 zur Urformung bzw. Umformung eines Formteils nach einem abgeschlossenen Formungszyklus und Entnahme des Formteils aus der Form auf den nächstfolgenden Formungszyklus, umfassend die Schritte:

a) die Formwandungen werden auf eine gewünschte Temperatur gebracht, und
b) ein Formwandbehandlungsmittel wird auf die Formwandungen aufgebracht.

Verfahren zum Vorbereiten der Wandungen einer Form sind im Stand der Technik bekannt und werden beispielsweise bei der Herstellung von Formteilen mittels Formungsverfahren eingesetzt, wie sie in Fachkreisen unter den Bezeichnungen Druckguss, Thixo-Casting, Thixo-Forming, Vacural-Druckguss, Squeeze-Casting und dergleichen bekannt sind. Der Stand der Technik soll nachfolgend beispielhaft anhand der Vorbereitung der Formwandungen einer Form für den Metalldruckguss erläutert werden, wobei jedoch betont sei, dass analoge Probleme auch bei Umformungsverfahren, beispielsweise Schmiedeverfahren, auftreten.
Zur Herstellung eines Formteils wird flüssiges oder halbflüssiges Metall aus Leicht- oder Schwermetalllegierungen üblicherweise unter Druck in eine geteilte, geschlossene Form aus Stahl eingebracht und erstarrt. Gleichzeitig erwärmt sich die Form aufgrund der an sie übertragenen Wärme des erstarrenden Materials. Unter Produktionsbedingungen, d.h. bei der Herstellung möglichst vieler Gussteile in geringem zeitlichem Abstand, würde sich die Form immer weiter erwärmen. Zur Erzielung einer guten Gussqualität sollte die Form jedoch möglichst bei jedem Produktionszyklus die gleiche Anfangstemperatur aufweisen. Daher muss der Form unter Produktionsbedingungen üblicherweise laufend Wärme entzogen werden, damit sich ein thermisches Gleichgewicht zwischen der Wärmemenge, die das Metall an die Form abgibt, und der Wärmemenge, die die Form als Wärmestrahlung an die Umgebung abgibt bzw. die ihr durch zusätzliche Kühlung entzogen wird, und somit eine annähernd gleichbleibende Formtemperatur einstellt.
Natürlich kann anstelle der zusätzlichen Kühlung auch eine zusätzliche Erwärmung der Form erforderlich werden. Dies wird beispielsweise dann der Fall sein, wenn in eine massereiche Form nur wenig Metall eingegossen wird, also beispielsweise bei der Herstellung feingliedriger Formteile. In diesem Fall kann es nämlich geschehen, dass die Form mehr Wärme an die Umgebung abstrahlt, als dies für die Aufrechterhaltung einer für das Gießverfahren günstigen Formtemperatur erwünscht ist. Daher wird mit Bezug auf die vorliegende Erfindung ganz allgemein von der "Temperierung" der Form gesprochen, um sowohl die Möglichkeit einer Kühlung als auch einer Erwärmung der Form zu erfassen.
Neben der Temperierung der Form muss die Oberfläche der Formwandung nach der Entnahme des zuletzt gefertigten Formteils und vor dem erneuten Einbringen flüssigen Metalls in die Form mit einem Schmier- und Trennmittel behandelt werden. Dieses Formwandbehandlungsmittel hat primär die Aufgabe, ein Verschweißen oder Verkleben des eingebrachten Metalls mit dem Formenwerkstoff zu verhindern, die Entformbarkeit des gefertigten Formteils zu gewährleisten und die beweglichen Teile der Form, beispielsweise Auswerfer oder Schieber, zu schmieren. Bei bestimmten Verfahren hat das Formwandbehandlungsmittel die zusätzliche Aufgabe, den Wärmeübergang zwischen dem eingebrachten Metall und der Form während des Füllvorgangs zu reduzieren. Die auf die Formwand aufgebrachte Schicht an Formwandbehandlungsmittel sollte eine möglichst gleichmäßige Dicke aufweisen, denn an zu dünnen Stellen kann die Schicht während des Formungsvorgangs abreißen, was Verschweißungen zwischen dem eingefüllten Metall und dem Formenwerkstoff zur Folge haben kann. Darüber hinaus kann bei zu dünnen Schichten der Wärmeübergang zwischen dem eingebrachten Metall und der Form zu hoch sein, so dass das eingebrachte Metall bereits während des Füllvorgangs zu stark abkühlt und dadurch die Form nicht ausreichend befüllt werden kann. Aber auch zu dicke Schichtstellen können aufgrund des von ihnen eingenommenen Formvolumens die Gussqualität beeinträchtigen.
Üblicherweise werden die Formwandungen nach jeder Entnahme eines Formteils aus der Form mit einem Formwandbehandlungsmittel-Wasser-Gemisch besprüht wie dies beispielsweise in der DE 44 20 679 A1 und der DE 195 11 272 A1 beschrieben ist. Der Vorteil der Verwendung dieses Behandlungsmittel-Wasser-Gemischs ist in der Zeiteinsparung zu sehen, die sich daraus ergibt, dass man die Formwandoberfläche mittels des aufgesprühten Wassers kühlt und gleichzeitig das Formwandbehandlungsmittel auf diese aufbringt. Eines der Probleme, mit dem man sich dabei jedoch auseinanderzusetzen hat, ist das Leidenfrost'sche Phänomen, gemäß dem sich beim Auftreffen der Sprühtröpfchen auf der heißen Formwandoberfläche eine Dampfsperre zwischen den Tröpfchen und der Oberfläche bildet, die eine vollständige Benetzung der Oberfläche durch die Tröpfchen verhindert, so dass ein Teil des aufgesprühten Behandlungsmittel-Wasser-Gemischs an der Formwandoberfläche abläuft, ohne diese gekühlt bzw. schmier- und trennwirksam benetzt zu haben.
Um die Formwandoberfläche dennoch in ausreichendem Maße kühlen und mit Formwandbehandlungsmittel beschichten zu können, ist es erforderlich, das Behandlungsmittel-Wasser-Gemisch im Überschuss aufzutragen. Dabei nimmt man es in Kauf, dass ein beträchtlicher Teil des Behandlungsmittel-Wasser-Gemischs ungenutzt von der Formwandoberfläche abläuft und anschließend aufgefangen und entsorgt werden muss. Dies wirft erhebliche Probleme hinsichtlich der Umweltverträglichkeit auf, was nachfolgend anhand eines Beispiels näher erläutert sei:
Geht man davon aus, dass eine Gießerei je 1000 kg gegossenen Aluminiums etwa 5 kg Formwandbehandlungsmittel-Konzentrat verwendet und dieses vor dem Versprühen in einem Mischungsverhältnis von 1:100 mit Wasser verdünnt, also insgesamt etwa 500 Liter Behandlungsmittel-Wasser-Gemisch versprüht, und geht man ferner davon aus, dass hiervon etwa 80% als Überschuss ungenutzt von den Formwandungen ablaufen, so bedeutet dies, dass pro Tonne gegossenen Aluminiums etwa 400 Liter Abfallflüssigkeit entsorgt werden müssen. Und dies ist eine vorsichtige Schätzung! Eine ungünstigere, aber ebenso realistische Abschätzung ergibt pro Tonne Aluminium ein zu entsorgendes Abfallflüssigkeitsvolumen von etwa 900 Litern. Bei einer mittelgroßen Gießerei mit einer Kapazität von etwa 5000 Tonnen Aluminium pro Jahr fallen demnach 2000 m³ bis 4500 m³ zu entsorgende Abfallflüssigkeit an.
Demgegenüber ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Umweltverträglichkeit des gattungsgemäßen Verfahrens zu verbessern.
Das Dokument EP-A-0 286 977 offenbart ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 zum Vorbereiten der Formwandungen einer Form, wobei die Formwandungen zunächst mittels Kühlen mit unter Druck stehenden Wassersprühvorrichtungen auf eine gewünschte Temperatur gebracht werden und anschließend eine dünne Schicht von isolierendem Material als Formwandbehandlungsmittel auf die Formwandungen aufgebracht wird. Dieses Dokument offenbart weder die gesteuerte Anwendung der Formwandbehandlung, noch offenbart sie eine Wärmeübertragungsvorrichtung, die mit wenigstens einer bestimmten Fläche der Formwandungen in Wärmeübertragungskontakt gebracht wird.
Das Dokument US-A-5603984 offenbart ein Verfahren der Anwendung einer gesteuerten Flüssigformwandbehandlung an Formwandungen.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Vorbereiten der Formwandungen einer Form, wie beispielsweise das bzw. die aus dem Dokument EP-A-0286977 bekannte Verfahren bzw. Vorrichtung, zu verbessern, wobei bestimmte Flächen der Formwandungen schneller und zuverlässiger auf die gewünschte Temperatur gebracht werden können als bei der bekannten Fluidtemperierung.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mittels eines Verfahrens gemäß Anspruch 1 und einer Vorrichtung gemäß Anspruch 33 gelöst. In einer Ausführungsform der Erfindung werden die Schritte a) und b) in dieser Reihenfolge und unabhängig voneinander durchgeführt, wobei bei Schritt a) die Zufuhr bzw. Abfuhr von Wärme zu bzw. von den Formwandungen in Abhängigkeit von den Prozess- und/oder Umgebungsbedingungen gesteuert, vorzugsweise programm-gesteuert, wird, und wobei bei Schritt b) das Formwandbehandlungsmittel gesteuert, vorzugsweise programm-gesteuert, aufgetragen wird. Gemäß der Ausführungsform werden also die Formwandungen, insbesondere deren Oberflächen zuerst auf eine gewünschte Temperatur gebracht, bevor diese unabhängig hiervon, d.h. insbesondere ohne zeitliche Überlappung mit der Temperierung der Form, mit Formwandbehandlungsmittel beschichtet werden.
Die Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens seien nachfolgend wiederum lediglich beispielhaft in Anwendung auf das vorstehend diskutierte Gießverfahren erläutert, bei dem die Formwandungen normalerweise durch Kühlen temperiert werden.
Durch die zeitliche Trennung von Temperierung und Beschichtung ist es möglich, jeden der beiden Teilprozesse unter den jeweils günstigsten Verfahrensbedingungen ablaufen zu lassen, was sich auf die Umweltverträglichkeit des erfindungsgemäßen Verfahrens günstig auswirkt.
Zunächst wird die Formwandoberfläche unter Berücksichtigung der Prozess- und/oder Umgebungsbedingungen gesteuert gekühlt. Dabei schließt die gesteuerte Kühlung nicht aus, dass man das Kühlmedium, vorzugsweise reines Wasser, zumindest zeitweise im Überschuss auf die Formwandungen aufbringt, um dem Leidenfrost'schen Phänomen zu begegnen. Durch die Überschusskühlung kann der Form nämlich in relativ kurzer Zeit viel Wärme entzogen werden, was eine rasche Annäherung an die für den nächsten Formfüllvorgang gewünschte Formentemperatur ermöglicht. Die gesteuerte Kühlung ermöglicht in der Endphase des Temperierungsvorgangs dann aber eine genaue Einstellung dieser erwünschten Temperatur. Die Überschusskühlung ist dabei umwelttechnisch unbedenklich, da erfindungsgemäß mit Wasser gekühlt werden kann, und das ablaufende überschüssige Wasser, nach vorheriger Reinigung von Metall- und Behandlungsmittelrückständen durch Filtern, Zentrifugieren, Absetzen-Lassen, Absinken und dergleichen, wiederverwendet oder unter Einhaltung der einschlägigen gesetzlichen Vorschriften problemlos in das öffentliche Abwassernetz eingeleitet werden kann.
Anschließend wird dann das Formwandbehandlungsmittel gesteuert aufgebracht, wobei die Benetzung der Formwandoberfläche aufgrund der vorherigen Kühlung der Formwandungen durch das Leidenfrost'sche Phänomen im Vergleich mit dem Stand der Technik zumindest erheblich weniger, wenn überhaupt noch behindert wird. Zur Erzielung einer ausreichenden Beschichtung braucht daher das Formwandbehandlungsmittel nicht mit Überschuss bzw. nur mit sehr geringem Überschuss auf die Formwandoberfläche aufgebracht zu werden, so dass gar keine bzw. entsprechend geringere Entsorgungsprobleme auftreten. Das gesteuerte Auftragen des Formwandbehandlungsmittels erlaubt es neben der Minimierung bzw. Vermeidung des Überschusses darüber hinaus, auch unter Berücksichtigung der Topographie der Formwand eine gleichmäßig dicke Schicht von Formwandbehandlungsmittel auf die Formwandoberfläche aufzubringen.
Aufgrund der verbesserten Umweltverträglichkeit des erfindungsgemäßen Verfahrens ist bei diesem der jedem Formungsvorgang zuzuordnende Entsorgungskostenanteil entsprechend niedriger, so dass sich trotz der zeitlichen Trennung von Temperierung und Beschichtung der Formwand die Wirtschaftlichkeit des erfindungsgemäßen Verfahrens im Vergleich mit dem Verfahren des Stands der Technik nicht verschlechtert, wenn nicht sogar insgesamt verbessert. Darüber hinaus sei angemerkt, dass durch das gesteuerte Temperieren und das gesteuerte Auftragen des Formwandbehandlungsmittels die für einen Vorbereitungszyklus benötigte Zeitdauer minimiert werden kann.
Eine weitere Erhöhung der Umweltverträglichkeit des erfindungsgemäßen Verfahrens kann beispielsweise dadurch erzielt werden, dass gebrauchsfertiges Formwandbehandlungsmittel eingesetzt wird, welches ohne Verdünnung aus einem Transportbehälter entnommen und auf die Formwandungen aufgetragen wird. Durch den Wegfall der Verdünnung des vom Behandlungsmittelhersteller gelieferten Formwandbehandlungsmittels können verschiedene Probleme umgangen werden, welche bislang beim Stand der Technik infolge der Verdünnung eines Formwandbehandlungsmittel-Konzentrats auf eine gebrauchsfertige Konsistenz auftraten. Bei wasserverdünnten Mischungen besteht nämlich die Gefahr eines Befalls durch Bakterien oder Pilze, welche die Schmier- und Trennwirk samkeit des Formwandbehandlungsmittels zerstören können. Daher müssen dem gelieferten Formwandbehandlungsmittel-Konzentrat Bakterizide und dergleichen beigemengt werden, welche ihrerseits die Schmier- und Trennwirksamkeit des Formwandbehandlungsmittels nachteilig beeinflussen. Ferner erschweren die Bakterizide eine umweltgerechte Entsorgung des abgelaufenen Überschusses.
Da, wie vorgeschlagen, das Formwandbehandlungsmittel direkt aus einem Transportbehälter entnommen und auf die Formwandungen aufgetragen wird, also in einem geschlossenen System gehandhabt wird, und zudem aufgrund der Gebrauchsfertigkeit des Formwandbehandlungsmittels die vorstehend angesprochene Verdünnung erfindungsgemäß wegfällt und ist das Risiko eines Bakterien- oder Pilzbefalls bei dem erfindungsgemäßen Verfahren minimiert. Es kann durch entsprechende Versiegelung der Transportbehälter, entsprechende Ausbildung der Entnahmevorrichtung und dergleichen Maßnahmen weiter gesenkt werden. Somit kann auf die Beimengung von Bakteriziden praktisch vollständig verzichtet werden. Darüber hinaus entfallen die Personalkosten für Betrieb, Wartung und Überwachung der Formwandbehandlungsmittel-Aufbereitungs- bzw. -Verdünnungsanlage.
Entsprechende Überlegungen gelten für Korrosionsschutzmittel, welche wasserverdünnten Mischungen zum Schutz der Form beigemengt werden, jedoch die Bildung eines Formwandbehandlungsmittel-Films auf der Formwandoberfläche behindern. Durch den Wegfall der Verdünnung mit Wasser kann die Zugabe derartiger Korrosionsschutzmittel reduziert, wenn nicht gar vollständig vermieden werden.
Verwendet man wenigstens zwei Transportbehälter an der Formsprühanlage, von denen wenigstens einer mit einem Sprühelement in Abgabeverbindung steht und sich wenigstens ein weiterer in Abgabebereitschaft befindet, so hat dies den Vorteil, dass nach vollständiger Leerung des einen Transportbehälters automatisch oder auch manuell auf eine Entnahme aus dem jeweils anderen Transportbehälter umgeschaltet werden kann, so dass der Fertigungsbetrieb nicht unterbrochen zu werden braucht, sondern der leere Behälter bei laufenden Betrieb gegen einen mit Formwandbehandlungsmittel gefüllten Transportbehälter ausge tauscht werden kann.
Enthält das Formwandbehandlungsmittel wenigstens 98 Gew.-% schmier- und trennwirksame Substanzen (beispielsweise kann das Formwandbehandlungsmittel wenigstens ein Silikonöl oder dergleichen synthetisches Öl, und/oder wenigstens ein Polyolefin-Wachs, beispielsweise Polyethylen-Wachs oder Polypropylen-Wachs, als schmier- und trennwirksame Substanzen enthalten), sowie höchstens 2 Gew.-% Hilfsstoffe, wie Korrosionsschutzmittel, Bakterizide, Emulgatoren, Lösungsmittel, beispielsweise Wasser, und dergleichen, so kann man ein weiteres Problem umgehen. Wasserverdünntes Formwandbehandlungsmittel neigt nämlich trotz der Zugabe von Emulgatoren zu entmischen, wenn es nicht unmittelbar verbraucht wird. Dieser Entmischung kann beispielsweise durch Rühren vorgebeugt werden. Rühren, beispielsweise mittels Rührwerken oder Kreiselpumpen, unterwirft die schmier- und trennwirksamen Substanzen des Formwandbehandlungsmittels aber einer wiederholten Scherbelastung und beeinträchtigt deren Schmier- und Trennwirksamkeit. Da aufgrund der Lösungsmittelfreiheit ein Entmischen nicht befürchtet zu werden braucht, kann auf ein Rühren des Formwandbehandlungsmittels verzichtet werden. Dies wirkt sich zum einen auf die Schmier- und Trennwirksamkeit des Formwandbehandlungsmittels günstig aus, senkt durch den Wegfall des Rührwerks zum anderen die Anschaffungs- und Wartungskosten der Anlage, und erlaubt eine effektive Nutzung der schmier- und trennwirksamen Substanzen.
Aufgrund des geringen Wasseranteils wird darüber hinaus die Aufbringung des Formwandbehandlungsmittels auf die heiße Formwandoberfläche nicht oder nur in sehr geringem Maße durch das Leidenfrost'sche Phänomen behindert. Daher kann das Formwandbehandlungsmittel, das bei einer Temperatur von 20°C beispielsweise eine Viskosität im Bereich von zwischen etwa 50 mPa·s und etwa 2500 mPa·s (mit einem Brookfield-Viskosimeter bei 20 U/min bestimmt) aufweisen kann, mit einer sehr viel heißeren Formwandoberfläche in Kontakt gebracht werden, als dies bei den vorstehend erläuterten Formwandbehandlungsanlagen des Stands der Technik möglich war. Somit braucht die Formwandoberfläche nicht so stark abgekühlt zu werden, was zum einen den Vorteil einer Zeitersparnis und zum anderen den Vorteil einer geringeren thermischen Belastung der Form hat.
Da das gebrauchsfertige Formwandbehandlungsmittel auch bei einer Formwand-Temperatur von etwa 350°C bis 400°C in der Lage ist, die Formwandungen zu benetzen und auf dieser eine schmier- und trennwirksame Schicht zu bilden, kann die Formwand bei einer für den nächstfolgenden Formungszyklus günstigen Temperatur behandelt werden. Diese liegen üblicherweise im Bereich zwischen 150°C und 30°C, können aber auch noch höhere Werte annehmen. Formwandbehandlungsmittel mit Hochtemperatur-Benetzungseigenschaften sind beispielsweise in der US-PS 5,346,486 beschrieben.
Der geringe Wasseranteil des Formwandbehandlungsmittels hat darüber hinaus den Vorteil, dass auch die auf die Formwandoberfläche aufgebrachte Schicht keine bzw. nur geringe Wassereinschlüsse aufweist. Bei Vorhandensein derartiger Wassereinschlüsse besteht nämlich die Gefahr, dass der sich aufgrund dieser Wassereinschlüsse beim Einfüllen des flüssigen Metalls bildende Wasserdampf nicht aus der Form entweichen kann und zur Bildung von Poren in dem Gussteil führt, was dessen Qualität erheblich beeinträchtigt. Diese Gefahr ist bei der erfindungsgemäßen Verwendung wasserfreien Formwandbehandlungsmittels deutlich reduziert, wenn nicht gar vollständig ausgeschlossen, so dass porenarme wenn nicht gar porenfreie Gussteile erhalten werden können.
Im Hinblick auf den vorstehend genannten, an der Formwandoberfläche beim Auftragen des Formwandbehandlungsmittels herrschenden Temperaturbereich wird vorgeschlagen, dass der Flammpunkt des Formwandbehandlungsmittels wenigstens 20°C beträgt.
Um eine feine Zerstäubung des Formwandbehandlungsmittels sicherstellen zu können, wird beispielsweise im Hinblick auf die vorstehend genannte Zusammensetzung und deren hohe Viskosität vorgeschlagen, dass das Formwandbehandlungsmittel mittels wenigstens eines Sprühelements mit Zentrifugalzerstäubung und Luftführung auf die Formwandungen aufgebracht wird. Auf den Aufbau und die Funktion derartiger Sprühelemente wird weiter unten noch näher eingegangen werden.
Es sei jedoch betont, dass das erfindungsgemäße Verfahren insbesondere bei Einsatz wasserverdünnter Formwandbehandlungsmittel grundsätzlich auch mit herkömmlichen Sprühelementen durchgeführt werden kann, beispielsweise mit den aus der DE 44 20 69 A1 und der DE 195 11 272 A1 bekannten Sprühelementen.
Im Rahmen des gesteuerten Auftragens des Formwandbehandlungsmittels kann beispielsweise die pro Zeiteinheit an die Formwandungen abgegebene Menge an Formwandbehandlungsmittel erfasst werden, beispielsweise mittels Volumenstrom- und/oder Massenfluss-Sensoren. Die Dicke der auf die Formwandungen aufgebrachten Schicht an Formwandbehandlungsmittel kann dabei durch Verändern der Bewegungsbahn des wenigstens einen Sprühelements und/oder durch Verändern der Bewegungsgeschwindigkeit des wenigstens einen Sprühelements und/oder durch Verändern der von dem wenigstens einen Sprühelements pro Zeiteinheit abgegebenen Menge an Formwandbehandlungsmittel gesteuert werden.
Wie vorstehend bereits erwähnt, können bei Verwendung von Formwandbehandlungsmitteln ohne nennenswerten Anteil schmier- und trennunwirksamer Substanzen und bei feiner Zerstäubung des Formwandbehandlungsmittels in Verbindung mit einer programm-gesteuerten Auftragung unter Freisetzung lediglich sehr geringer Mengen gasförmiger Emissionen gleichmäßige, dünne Schichten des Formwandbehandlungsmittels auf der heißen Formwandoberfläche gebildet werden. Dies ist insbesondere bei der Herstellung von porenarmen oder schweißbaren Gussteilen wichtig.
Die Zufuhr bzw. Abfuhr von Wärme zu bzw. von der Formwandung kann auf unterschiedliche Art und Weise erfolgen. Gemäß einer ersten Ausführungsvariante kann beispielsweise ein entsprechend temperiertes Fluid auf die Formwandungen aufgebracht werden, wobei das temperierte Fluid grundsätzlich auch ein entsprechend temperiertes Gas sein kann. Aufgrund des besseren Wärmeübergangs wird man jedoch vorzugsweise eine temperierte Flüssigkeit, beispielsweise Wasser, einsetzen.
So kann man beispielsweise zum Kühlen der Formwandungen eine Flüssigkeit auf die Formwandungen aufbringen, vorzugsweise aufsprühen, und dort verdampfen lassen. Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung setzt man hierzu entmineralisiertes Wasser ein, um eine Formwandbehandlungsmittel-Schicht hoher Schmier- und Trennwirksamkeit zu erhalten. Wird nämlich, wie dies bei den Verfahren des Standes der Technik üblich ist, Leitungswasser verwendet, so kann das in diesem Leitungswasser vorhandene CaO und MgO beim Verdampfen auf der Formwandoberfläche einen Belag, beispielsweise einen Kalkbelag, bilden, der die Schmier- und Trennwirksamkeit des nachfolgend aufgetragenen Formwandbehandlungsmittels beeinträchtigt. Schlimmstenfalls kann diese Beeinträchtigung beim Einfüllen des Metalls zum Reißen des Formwandbehandlungsmittel-Films und somit zu Verschweißungen dieses Metalls mit der Form führen. Dem kann durch den Einsatz von entmineralisiertem Wasser vorgebeugt werden. Grundsätzlich ist zwar die Zugabe von die Temperierwirkung erhöhenden Zusätzen denkbar. Gemäß vorstehendem sollte jedoch darauf geachtet werden, dass diese Zusätze die Schmier- und Trennwirksamkeit des Formwandbehandlungsmittels nicht beeinträchtigen. Der korrodierenden Wirkung von Wasser, insbesondere entmineralisiertem Wasser, kann durch Zusatz von Korrosionsschutzmittel begegnet werden. Dabei kann der Grad der Entmineralisierung einerseits und die Zugabemenge von Korrosionsschutzmittel andererseits unter Berücksichtigung aller wirtschaftlichen Aspekte gewählt werden.
Wie beim Stand der Technik kann die Kühlflüssigkeit im Überschuss auf die Formwandungen aufgebracht werden, da bei dem erfindungsgemäßen Verfahren die von der Form ablaufende überschüssige Kühlflüssigkeit keinen Umweltverträglichkeitsbedenken unterliegt. Darüber hinaus kann die von den Formwandungen ablaufende Kühlflüssigkeit aufgefangen und wiederverwendet werden, gewünschtenfalls nach vorheriger Reinigung, beispielsweise durch Filter, Zentrifugieren, Absetzen-Lassen, Absinken und dergleichen.
Erforderlichenfalls kann die Formwand nach Erfolg der Flüssigkeitskühlung getrocknet, vorzugsweise trockengeblasen werden.
Erfindungsgemäß wird zur Einstellung der gewünschten Temperatur an der Formwandoberfläche wenigstens ein Teil der Oberfläche der Formwandung mit einer Wärmeübertragungsvorrichtung in Wärmeübertragungskontakt gebracht. Dabei versteht es sich, dass diese Kontakttemperierung auch zusätzlich zur vorstehend diskutierten Fluidtemperierung eingesetzt wird. Beispielsweise kann die Kontakttemperierung zum Kühlen besonders heißer Partien der Formwandoberfläche benutzt werden.
Zur Erzielung eines möglichst guten Wärmeübergangs zwischen Formwandoberfläche und Wärmeübertragungsvorrichtung umfasst die Wärmeübertragungsvorrichtung wenigstens einen Wärmeaufnahme- und/oder -abgabekörper, der der jeweils zu temperierenden Partie der Formwandung formangepasst ausgebildet ist. Dabei kann der Wärmeaufnahme- und/oder -abnahmekörper bzw. können die Wärmeaufnahme- und/oder -abnahmekörper an einem Träger bzw. aneinander federnd angeordnet sein, was den Ausgleich einer thermischen Expansion bzw. Kontraktion des bzw. der Wärmeaufnahme- und/oder -abgabekörper erleichtert.
In Weiterbildung dieser Alternative wird vorgeschlagen, dass die Wärmeübertragungsvorrichtung zumindest im Bereich ihrer Wärmeübertragungsfläche zumindest teilweise aus einem guten Wärmeleiter gebildet ist, beispielsweise aus Kupfer, einer Kupferlegierung, Aluminium, einer Aluminiumlegierung oder dergleichen.
Um der Wärmeübertragungsvorrichtung während des Kontakts mit der Formwandoberfläche Wärme zuführen bzw. von dieser Wärme abführen zu können, wird vorgeschlagen, dass die Wärmeübertragungsvorrichtung zum Abführen bzw. Zuführen von Wärme mit einem Heiz-Kühl-Gerät verbunden wird. Zusätzlich oder alternativ ist es jedoch auch möglich, dass die Wärmeübertragungsvorrichtung in Vorbereitung des Wärmeübertragungskontakts in ein Heiz-Kühl-Bad getaucht wird, um ihr Wärme zuzuführen bzw. Wärme von ihr abzuführen.
Zur Herstellung des Wärmeübertragungskontakts zwischen Wärmeübertragungsvorrichtung und Formwandung kann die Form zumindest teilweise geschlossen werden. Die Wärmeübertragungsvorrichtung kann mittels eines an sich bekannten, vorzugsweise sechs-achsigen, Industrieroboters in die Form eingefahren, mit der Form in Kontakt gebracht und wieder aus dieser zurückgezogen werden.
Eine weitere Ausführungsvariante, um der Form Wärme zuzuführen bzw. von dieser abzuleiten, ist es, die Form unmittelbar mit einem Heiz-Kühl-Gerät zu verbinden, welches Wärmeübertragungsfluid durch ein Kanalsystem der Form strömen lässt.
Als eine mögliche Eingangsgröße für das gesteuerte Temperieren der Formwandoberfläche kann die Temperatur der Formwandung erfasst werden, beispielsweise indem man an wenigstens einer für die Temperaturverteilung der Formwandung repräsentativen und/oder einer besonders temperatur-kritischen Stelle einen Temperatursensor vorsieht. Zusätzlich oder alternativ kann man die Temperatur der Formwandungsoberfläche aber auch mittels einer Infrarot-Messeinrichtung, welche sowohl zeitaufgelöst als auch zeitnah digitale und ortsaufgelöste Wärmebilder der Formwandoberfläche liefert. Sollte eine direkte Bestimmung der Temperaturverteilung der Formwandungsoberfläche mittels der Infrarot-Messeinrichtung nicht möglich sein, so kann man auf diese durch Analysieren der Wärmebilder eines gerade gefertigten Formteils indirekt rückschließen. Auch können temperatur-kritische Stellen des Formteils mit einem Temperatur-Sensor in Kontakt gebracht werden.
Die vorstehend beschriebene indirekte Bestimmung der Temperaturverteilung der Formwandoberfläche durch Messungen am gerade gefertigten Formteil hat den Vorteil, dass die Infrarot-Messeinrichtung bzw. der Temperatur-Sensor oder -Fühler an einem der Form benachbarten Ort starr angeordnet sein kann, so dass auf einen Roboterarm zum Bewegen dieser Messeinrichtung bzw. dieses Sensors, insbesondere zum Einführen dieser Messeinrichtung in die Form, verzichtet werden kann.
Insbesondere bei Einsatz der vorstehend angesprochenen Infrarot-Messeinrichtung kann man die Temperatur der Formwandoberfläche zu einem vorbestimmten Zeitpunkt nach Öffnen der Form und Entnahme des Formteils an einer vorbestimmten Stelle der Formwandoberfläche bestimmen und die so bestimmten ort- und zeit-spezifischen Temperaturen für aufeinander folgende Formungs- und Formwandbehandlungszyklen miteinander vergleichen. Hierdurch ist es möglich, Aussagen über die Stabilität des gesamten Formungs- und Formwandbehandlungsbetriebs treffen und gegebenenfalls korrigierend einzugreifen. Beispielsweise kann bei Erfassung einer von Zyklus zu Zyklus steigenden Temperatur an dem vorbestimmten Orts-Zeit-Punkt die Intensität der Kühlung der Formwandoberfläche entsprechend erhöht werden. Bei einem ein vorgegebenes Maß übersteigenden Temperaturanstieg kann darüber hinaus auf einen Defekt der Temperiervorrichtung geschlossen und der gesamte Formungsprozess angehalten werden, um einerseits eine Produktion von Ausschuss und andererseits eine Beschädigung der Form zu verhindern. Eine entsprechende Entscheidung kann auch getroffen werden, wenn der vorstehend diskutierte Volumenstrom- und/oder Massenfluss-Sensor die Abgabe von zuwenig Formwandbehandlungsmittel erfasst.
Ferner kann bei der vorstehend erläuterten Wärmehaushalts-Steuerung die Umgebungstemperatur berücksichtigt werden, da die am Ort der Form herrschende Temperatur die Intensität der Wärmeabstrahlung der Form beeinflusst. Nun ändert sich aber die Umgebungstemperatur beispielsweise jahreszeit-bedingt oder aufgrund wechselnden Einfalls von Sonnenlicht.
Weiterhin sollte der Arbeits- bzw. Fertigungsverlauf berücksichtigt werden, da die Gefahr besteht, dass die Form bei einem Stillstand der Anlage auskühlt und die Temperatur der Formwandoberfläche unter den erwünschten Wert abfällt. Entsprechendes gilt beim Anfahren der Formwandbehandlungsanlage zu Beginn eines Arbeitstags.
Bei Einsatz der Fluidtemperierung kann die Zufuhr bzw. Abfuhr von Wärme zu bzw. von der Formwandung durch Verändern der pro Zeiteinheit auf die Formwandung aufgebrachten Fluidmenge und/oder durch Verändern der Aufbringungsdauer gesteuert werden. Bei Einsatz der Kontakttemperierung kann die Zufuhr bzw. Abfuhr von Wärme zu bzw. von der Formwandung durch Verändern der Dauer des Wärmeübertragungskontakts von Formwandung und Wärmeübertragungsvorrichtung und/oder Verändern der Anfangstemperatur der Wärmeübertragungsvorrichtung gesteuert werden.
Das vorstehend angesprochene und nachfolgend noch näher erläuterte wenigstens eine Sprühelement mit Zentrifugalzerstäubung und Luftführung kann zur Einbringung in die Form an einem Sprühwerkzeug angeordnet sein. An diesem Sprühwerkzeug kann bei Einsatz der Fluidtemperierung der Formwandoberfläche darüber hinaus auch wenigstens ein Abgabeelement zur Abgabe des Temperierfluids angeordnet sein. Ferner kann an dem Sprühwerkzeug wenigstens ein Abgabeelement zur Abgabe von Blasluft angeordnet sein, welche beispielsweise zum Reinigen der Form von Behandlungsmittelrückständen oder zum Trockenblasen der Form genutzt wird. Schließlich kann das Sprühwerkzeug mittels eines Roboterarms eines, vorzugsweise sechs-achsigen, Roboters bewegt werden, vorzugsweise programm-gesteuert bewegt werden. Dies hat den Vorteil, dass das Sprühwerkzeug sehr beweglich ist und jede Stelle der Formwandung von einem geeigneten Punkt der Bewegungsbahn des Sprühwerkzeugs aus mit einer geeigneten Orientierung des Sprühwerkzeugs besprüht werden kann, so dass auch konturenreich ausgebildete Formenpartien, z.B. mit Hinterschnitten und Einschnitten, mit der gewünschten Gleichmäßigkeit beschichtet werden können.
Nach einem weiteren Gesichtspunkt betrifft eine andere Ausführungsform der Erfindung eine Vorrichtung zum Vorbereiten der Formwandungen einer Form zur Urformung bzw. Umformung eines Formteils nach einem abgeschlossenen Formungszyklus und Entnahme des Formteils aus der Form auf den nächstfolgenden Formungszyklus. Hinsichtlich des Aufbaus und der Funktion dieser Formwandbehandlungsvorrichtung sowie der durch Einsatz dieser Vorrichtung erzielbaren Vorteile sei auf die vorstehende Diskussion des erfindungsgemäßen Verfahrens verwiesen.
Es kann ein Sprühelement vorgesehen sein, um Formwandungen einer Form zur Urformung bzw. Umformung mit einem Formwandbehandlungsmittel zu besprühen, wobei das Sprühelement einen Rotor umfasst, der in einem Sprühelementkörper um eine Drehachse drehbar aufgenommen ist und an dessen einem Längsende ein Zerstäuberelement angebracht ist, wobei das Sprühelement weiter eine Zuführleitung für Formwandbehandlungsmittel umfasst, von welcher das Formwandbehandlungsmittel auf das Zerstäuberelement gelangt, sowie eine Zuführleitung für Leitluft, welche dazu dient, von dem Zerstäuberelement zer stäubtes Formwandbehandlungsmittel zu der zu besprühenden Formwandung zu leiten, und wobei ein Austrittsende der Leitluft-Zuführleitung im Bereich des Außenumfangs des Zerstäuberelements angeordnet ist.
Sprühelemente mit Zentrifugalzerstäubung und elektrostatischer Führung sind aus der Lackiertechnik bekannt. Lediglich beispielhaft sei auf die DE 41 05 116 A1 , die DE 28 04 633 C2 und die EP 0 037 645 B1 verwiesen. Bei dieser Sprühtechnik liegt das Sprühelement während des Lackierens auf Hochspannung, während der zu lackierende Körper beispielsweise auf Erdpotential liegt. Der dem rotierenden Zerstäuberelement zugeführte Lack wird aufgrund Zentrifugalwirkung zerstäubt und die feinen Lacktröpfchen gleichzeitig elektrostatisch geladen. Obgleich die Lacktröpfchen von dem Zerstäuberelement orthogonal zur Rotorachse weggeschleudert werden, folgen sie aufgrund ihrer Ladung den Feldlinien des zwischen dem Sprühelement und dem zu lackierenden Körper vorhandenen elektrischen Feldes und gelangen auf die zu lackierende Oberfläche. Die vorstehend beschriebenen Sprühelemente mit Zentrifugalzerstäubung und elektrostatischer Führung kommen zum Besprühen von Formwandungen einer Form zur Ur- bzw. Umformung nicht in Betracht, da der zum Einsatz der elektrostatischen Führung erforderliche apparative und sicherheitstechnische Aufwand so groß ist, dass er das Ur- bzw. Umformungsverfahren insgesamt unwirtschaftlich machen würde. Darüber hinaus erschwert der Faraday-Effekt das Besprühen konkaver Oberflächenabschnitte der Formwandoberfläche, beispielsweise Bohrungen, Rippen, Spalte und dergleichen, wie sie beispielsweise bei Formen für Gussteile, wie Motorblöcke, Kurbelwellen und dergleichen, häufig anzutreffen sind.
Zu bedenken ist ferner, dass mit dem Sprühelement auch im Wesentlichen lösungsmittelfreie Formwandbehandlungsmittel, wie sie vorstehend zum Besprühen der Formwandoberflächen in Betracht gezogen worden sind, wohl dosiert, fein verteilt und gleichmäßig auf die Formwandoberfläche aufgebracht werden sollen. Wie bereits erwähnt haben derartige, im Wesentlichen lösungsmittelfreie Formwandbehandlungsmittel, d.h. Formwandbehandlungsmittel die wenigstens 98 Gew.-% schmier- und trennwirksame Substanzen enthalten, sowie höchstens 2 Gew.-% Hilfsstoffe, wie Bakterizide, Emulgatoren, Lösungsmittel, beispielsweise Wasser, und dergleichen, bei einer Temperatur von 20°C üblicherweise eine Viskosität im Bereich von zwischen etwa 50 mPa·s und etwa 2500 mPa·s (Brookfield-Viskosimeter, 20 U/min), und werden in im Vergleich mit dem Stand der Technik erheblich geringerer Menge an die Formwandoberfläche abgegeben. Dabei ist zu berücksichtigen, dass das von den Formwandbehandlungsmittel-Herstellern gelieferte Konzentrat üblicherweise nur etwa 5 bis 40 Gew.-% schmier- und trennwirksame Substanzen umfasst und vor dem Gebrauch nochmals im Verhältnis 1:40 bis 1:200 verdünnt wird. Mit dem erfindungsgemäßen Sprühelement wird also pro Zeiteinheit ein etwa um einen Faktor 1000 geringeres Volumen versprüht, als dies bei herkömmlichen Sprühelementen der Fall ist.
Die bei dem hierin offenbarten Sprühelement eingesetzte Zentrifugalzerstäubung ist trotz des geringen Formwandbehandlungsmittel-Durchsatzes in der Lage, dieses mit der erforderlichen zeitlichen Konstanz fein dosiert zu zerstäuben. Das zerstäubte Formwandbehandlungsmittel wird dann von der Leitluft erfasst und aus der orthogonal zur Rotorachse verlaufenden Fliehrichtung derart abgelenkt, dass es sich im Wesentlichen in Hauptsprührichtung, d.h. in Richtung der Verlängerung der Rotorachse, zur Formwandoberfläche hin bewegt. Die Verwendung von Druckluft zum Führen des Formwandbehandlungsmittel-Sprühnebels hat den Vorteil, dass diese in Anlagen zur Ur- bzw. Umformung üblicherweise ohnehin vorhanden ist und somit keine zusätzlichen Investitionen erfordert. Dieser Umstand ist auch im Hinblick auf eine Nachrüstung bereits vorhandener Sprühanlagen mit den erfindungsgemäßen Sprühelementen von Interesse. Darüber hinaus ist Druckluft ein relativ ungefährliches Medium, mit dem die Maschinenführer sowie das Wartungspersonal seit langem vertraut sind.
Festzuhalten ist jedoch, dass das Sprühelement auch zum Versprühen von wasserverdünntem Formwandbehandlungsmittel und Wasser geeignet ist. Die Anpassung an die niedrigere Viskosität dieser Materialien kann beispielsweise durch entsprechende Wahl der Drehzahl des Zerstäuberelements und entsprechende Einstellung des Leitluftdurchsatzes erfolgen.
Um eine möglichst gleichmäßige Mitnahme des vom Zerstäuberelement ausgehenden Formwandbehandlungsmittel-Sprühnebels durch die Leitluft gewährleisten zu können, kann das Austrittsende der Leitluft-Zuführleitung gemäß einer ersten alternativen Ausführungsvariante eine Mehrzahl von kreisförmig um das Zerstäuberelement herum angeordneten Austrittsöffnungen umfassen. Gemäß einer zweiten alternativen Ausführungsvariante kann das Austrittsende der Leitluft-Zuführleitung einen das Zerstäuberelement kreisförmig umgebenden Austrittsschlitz umfassen. Um einen in Umfangsrichtung möglichst gleichmäßigen Druck der Leitluft sicherstellen zu können, wird vorgeschlagen, dass die Leitluft-Zuführleitung einen dem Austrittsschlitz vorgelagerten Ringkanal umfasst.
Zur Einstellung des Öffnungswinkels des Sprühkegels kann beispielsweise vorgesehen sein, dass die Leitluft-Zuführleitung zumindest teilweise von einem Kopfteil des Sprühelementkörpers gebildet ist, welches relativ zu einem Basisteil des Sprühelementkörpers verlagerbar ist, beispielsweise mittels eines vorzugsweise programm-gesteuerten Stellantriebs. Dabei kann der Ringkanal nach radial außen hin von dem Kopfteil und nach radial innen hin von dem Basisteil bzw. einem mit diesem verbundenen Element begrenzt sein.
Um die Leitluft düsenartig kontrolliert ausstoßen zu können, kann die Leitluft-Zuführleitung im Bereich ihres Austrittsendes sich in Austrittsrichtung der Leitluft verjüngend ausgebildet sein.
Ein Antriebsaggregat zur Herbeiführung der Drehbewegung des Rotors um seine Drehachse kann beispielsweise eine mittels Druckluft antreibbare Turbine umfassen, was eine kostengünstige Ausführungsvariante ist, da Druckluft dem Sprühelement ohnehin als Leitluft zugeführt wird. Alternativ kann das Antriebsaggregat aber auch einen Elektromotor oder einen anderen geeigneten Drehantrieb umfassen. Das Antriebsaggregat kann in einem vom Basisteil des Sprühelementkörpers gesondert ausgebildeten, an diesem befestigbaren Gehäuse aufgenommen sein, was seine Zugänglichkeit beispielsweise zu Wartungszwecken erleichtert.
Das Zerstäuberelement kann mit dem Rotor einstückig ausgebildet oder mit diesem, beispielsweise mittels Schnellspannmitteln, lösbar verbunden sein.
Gemäß einer ersten alternativen Ausführungsvariante kann vorgesehen sein, dass das Zerstäuberelement eine der Formwandoberfläche zugewandte Zerstäuberfläche aufweist. Vorteilhafterweise wird die Zerstäuberfläche nach radial außen und in Drehrichtung vom Sprühelement weg verlaufen, beispielsweise dergestalt, dass die Zerstäuberfläche konisch ausgebildet ist, wobei der halbe Öffnungswinkel des Konus beispielsweise zwischen etwa 30° und etwa 60°, vorzugsweise etwa 45° beträgt. Ein derartiger Verlauf der Zerstäuberfläche ist vorteilhaft, weil hierdurch das Formwandbehandlungsmittel durch die auf es einwirkenden Zentrifugalkräfte gegen die Zerstäuberfläche gepresst wird und somit aufgrund Reibung mit dieser effektiv zerstäubt werden kann. Das Zerstäuberelement kann so beispielsweise einen sich zur Formwandoberfläche hin öffnenden Zerstäubertrichter mit einer als Zerstäuberfläche wirkenden inneren Oberfläche aufweisen.
Um eine möglichst gleichmäßig Abgabe des Formwandbehandlungsmittels an die Zerstäuberfläche ermöglichen zu können, wird vorgeschlagen, dass der Zerstäuberfläche eine Verteilkammer vorgeordnet ist. Diese Verteilkammer kann nahe der Drehachse eine um die Drehachse umlaufende Öffnung zum Einbringen von Formwandbehandlungsmittel aufweisen, wobei sich an den äußeren Umfangsrand der Öffnung eine nach radial außen und in Drehrichtung vom Sprühelement weg verlaufende Verteilkammerbegrenzungsfläche anschließen kann. Die Verteilkammerbegrenzungsfläche kann dabei beispielsweise konisch ausgebildet sein, wobei der halbe Öffnungswinkel des Konus beispielsweise zwischen etwa 20° und etwa 60°, vorzugsweise etwa 45°, betragen kann.
Das durch die radial innere Öffnung in die Verteilkammer eingebrachte Formwandbehandlungsmittel wird in dieser aufgrund der auf es einwirkenden Zentrifugalkräfte nach radial außen gedrängt, wo die Verteilkammerbegrenzungsfläche ein Wiederaustreten des Formwandbehandlungsmittels aus der Verteilkammer verhindert und somit einer Verunreinigung des Sprühelement vorbeugt. Im Bereich dieses radial äußeren, von der Verteilkammerbegrenzungsfläche zumindest teilweise definierten Stauraums, d.h. in dem von der Drehachse entfernten Umfangsbereich der Verteilkammer können Verteildurchgänge vorgesehen sein, welche an die Verteilkammer anschließen und zur Zerstäuberfläche führen. Diese Verteildurchgänge können im Hinblick auf eine kostengünstige Fertigbarkeit des Zerstäuberelements einfache Bohrungen oder Schlitze sein. Fertigungstechnisch ist es weiter günstig, wenn diese Bohrungen oder Schlitze in Radialrichtung verlaufen. Grundsätzlich ist es jedoch auch denkbar, dass die Bohrungen oder Schlitze mit der Radialrichtung einen vorbestimmten Winkel einschließen. Bei entsprechender Fertigung des Zerstäuberelements können die Verteildurchgänge auch einen gekrümmten Verlauf nehmen, so dass sich eine Leitschaufeln vergleichbare Wirkung ergibt.
Wenn der äußere Umfangsrand eines die Verteilkammer zur Formwandung hin begrenzenden Elements in radialer Richtung über das radial äußere Ende der Verteildurchgänge vorsteht und von der Zerstäuberfläche mit Abstand angeordnet ist, so kann hierdurch den Verteildurchgängen ein gewisser Schutz vor Beschädigung geboten werden. Darüber hinaus ergibt sich für das gesamte Zerstäuberelement ein ansprechendes äußeres Erscheinungsbild.
Insbesondere der aufgrund der vorstehenden Ausbildung zwischen der Zerstäuberfläche und dem die Verteilkammer zur Formwandung hin begrenzenden Element vorhandene Spalt hat aber noch eine weitere vorteilhafte Wirkung. Dreht das Zerstäuberelement leer, d.h. ohne Zugabe von Formwandbehandlungsmittel, so wird die in diesem Spalt eingeschlossene Luft durch die Zentrifugalwirkung nach radial außen beschleunigt, so dass im Bereich des Austrittsendes der Verteildurchgänge ein Unterdruck entsteht, welcher Luft aus der Verteilkammer nachsaugt. Insgesamt ergibt sich somit eine Gebläsewirkung, welche letztenendes zu einer Selbstreinigung des Zerstäuberelements nach beendeter Beschichtung der Formwandoberfläche führt.
Die Bewegung des Formwandbehandlungsmittels nach dem Einbringen in die Verteilkammer zu den Verteildurchgängen kann dadurch erleichtert werden, dass der Übergang von einer zylindrischen, zur Drehachse im Wesentlichen koaxialen Begrenzungsfläche der Verteilkammer zu einer zur Drehachse im Wesentlichen orthogonal verlaufenden Begrenzungsfläche der Verteilkammer abgerundet ausgebildet ist. Dies ist insbesondere auch für die Vollständigkeit der vorstehend angesprochenen Selbstreinigung des Zerstäuberelements von Bedeutung.
Das Zerstäuberelement gemäß der vorstehend diskutierten ersten alternativen Ausführungsvariante kann einstückig oder auch mehrstückig ausgebildet sein, wobei in letzterem Fall die einzelnen Teile des Zerstäuberelements durch Pressen, Bördeln oder dergleichen miteinander verbunden sein können.
Gemäß einer zweiten alternativen Ausführungsvariante kann das Zerstäuberelement eine Zerstäuberscheibe umfassen.
Um die Zentrifugalwirkung des Zerstäuberelements möglichst effektiv ausnutzen zu können, wird vorgeschlagen, dass das aus der Formwandbehandlungsmittel-Zuführleitung austretende Formwandbehandlungsmittel nahe der Drehachse auf das Zerstäuberelement auftrifft.
Umfasst das Sprühelement eine Mehrzahl von Formwandbehandlungsmittel-Zuführleitungen, so können Partien der Formwand, welche besonderer Behandlung bedürfen, gesondert mit einem oder mehreren Formwandbehandlungsmitteln beschichtet werden. Es ist jedoch auch möglich, die gesamte Formwandoberfläche mit einer mehrlagigen Schicht verschiedener Formwandbehandlungsmittel zu überziehen. Bei gleichzeitiger Abgabe von Formwandbehandlungsmittel aus mindestens zwei der Formwandbehandlungsmittel-Zuführleitungen können auch Mischschichten aufgetragen werden.
Zum Besprühen konkaver Formwandabschnitte wie Bohrungen, Rippen und Spalten, kann es von Vorteil sein, wenn eine Vorrichtung zum Ablenken der Hauptabgaberichtung des Sprühelements aus der Verlängerung der Drehachse des Rotors heraus vorgesehen ist. Dabei ist für diese Ablenkvorrichtung eine ganze Reihe von Ausführungsalternativen denkbar. Beispielsweise kann die Ablenkvorrichtung eine Vorrichtung zum Verändern der Anzahl und/oder des Durchmessers der Austrittsöffnungen umfassen, wobei diese Vorrichtung beispielsweise von einem Blendenring gebildet sein kann. Alternativ ist es jedoch auch möglich, dass die Ablenkvorrichtung eine Vorrichtung zum Verändern der Breite des Austrittsschlitzes umfasst, wobei die Vorrichtung beispielhaft wiederum von einem Blendenring gebildet sein kann. Es ist jedoch auch möglich, dass eine Mehrzahl von Leitluft-Zuführleitungen vorgesehen ist, deren Luftdurchsatz unabhängig voneinander einstellbar ist. In diesem Fall wird die Ablenkwirkung durch entsprechende Einstellung des Luftdurchsatzes durch die Mehrzahl von Zuführleitungen auf unterschiedliche Werte erzielt. Schließlich ist es auch möglich, dass die Ablenkvorrichtung wenigstens eine Ablenkluft-Zuführleitung umfasst, d.h. es wird eine zusätzliche Ablenkluft-Zuführleitung vorgesehen, die bei Bedarf "zugeschaltet" wird.
In Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Dicke der auf die Formwandungen aufgebrachten Schicht an Formwandbehandlungsmittel steuerbar, vorzugsweise programm-steuerbar, ist. Dabei kann die Dicke der aufgebrachten Schicht beispielsweise durch Verändern der Bewegungsbahn des Sprühelements und/oder durch Verändern der Bewegungsgeschwindigkeit des Sprühelements und/oder durch Verändern der von dem wenigstens einen Sprühelement pro Zeiteinheit abgegebenen Menge an Formwandbehandlungsmittel gesteuert werden.
Nach einem weiteren Gesichtspunkt betrifft eine weitere Ausführungsform der Erfindung die Verwendung eines erfindungsgemäßen Sprühelements als Teil einer erfindungsgemäßen Formsprüheinrichtung sowie ferner im Rahmen der Durchführung des vorstehend erläuterten erfindungsgemäßen Formwandbehandlungsverfahrens zum Besprühen von Formwandungen einer Form zur Urformung bzw. Umformung mit einem im Wesentlichen lösungsmittelfreien Formwandbehandlungsmittel. Die Vorteile dieser Verwendung ergeben sich aus der vorstehenden Diskussion.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert werden. Es stellt dar:
1 Eine schematische Ansicht einer erfindungsgemäßen Formsprüheinrichtung, welche unter Einsatz des erfindungsgemäßen Sprühelements nach dem erfindungsgemäßen Verfahren betrieben werden kann;
2 eine grob schematische Darstellung der Steuereinheit zur Steuerung der Formsprühanlage gemäß 1;
3 eine geschnittene Seitenansicht eines Sprühelements mit Zentrifugalzerstäubung und Luftführung;
4 eine alternative Ausführungsform des Antriebsaggregats für das Sprühelement gemäß 3;
5 eine Darstellung ähnlich 3 des Abgabeendes einer alternativen Ausführungsform des Sprühelements gemäß 3;
6 eine Stirnansicht der Ausführungsform gemäß 5 in Richtung des Pfeils VI in 5;
7 eine Ansicht ähnlich 3 eines Teils einer weiteren alternativen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Sprühelements; und
8 eine Detaildarstellung des Zerstäuberelements der Ausführungsform gemäß 7.
In 1 ist eine im Folgenden mit 10 bezeichnete Formsprüheinrichtung schematisch dargestellt, bei welcher das erfindungsgemäße Verfahren eingesetzt werden kann. Die Formsprüheinrichtung 10 wird im dargestellten Ausführungsbeispiel dazu genutzt, um bei der Herstellung von Formteilen beispielsweise mittels des Aluminium-Druckgussverfahrens die Formwandungen 12a und 12b einer Form 12 auf den nächsten Arbeitsgang vorzubereiten.
Die Form 12 umfasst zwei Formhälften 12c und 12d, von denen die eine 12c an einer in Richtung des Doppelpfeils F beweglichen Aufspannplatte 14a und die andere an einer ortsfesten Aufspannplatte 14b angebracht ist. Somit kann die Form 12 zur Bildung eines geschlossenen Formhohlraums 16 geschlossen bzw. zur Entnahme eines (nicht dargestellten) Formteils geöffnet werden. Bei dem beispielhaft angesprochenen Druckgussverfahren wird der Formhohlraum 16 bei geschlossener Form 12 über eine Zuführleitung 18 mit flüssigem Metall gefüllt. Nach dem Aushärten des Formteils und Öffnen der Form 12 wird dieses aus der Form 12 entnommen und abtransportiert. Obgleich in 1 lediglich zwei Aufspannplatten 14a und 14b mit zwei Formhälften 12c und 12d dargestellt sind, ist selbstverständlich auch der Einsatz mehrteiliger Formen denkbar.
Zur Vorbereitung der Form 12 auf den nächsten Formungszyklus müssen die Formwandoberflächen 12a und 12b zum einen auf eine für den nächsten Formungszyklus günstige Temperatur gebracht werden. Da das in den Formhohlraum 16 eingefüllte flüssige Metall beim Erstarren seine Wärme an die Form 12 abgibt, wird man zur Herbeiführung der für den nächsten Formungszyklus günstigen Temperatur die Formwandoberflächen 12a und 12b üblicherweise kühlen müssen, da die Kühlung durch Wärmeabstrahlung nicht ausreicht. Allerdings kann es bei Unterbrechungen der kontinuierlichen Fertigung von Formteilen bzw. bei der Herstellung von sehr feingliedrigen Formteilen aus einer relativ geringen Menge flüssigen Metalls auch vorkommen, dass man die Formwandungen 12a und 12b erwärmen muss, um auf die für den nächstfolgenden Formungszyklus günstige Temperatur zu kommen.
Zum anderen müssen die Formwandungen 12a und 12b mit einer möglichst gleichmäßigen Schicht eines Formwandbehandlungsmittels überzogen werden. Dieses Formwandbehandlungsmittel hat zum einen die Aufgabe, die in 1 nicht dargestellten Auswerfer zum Auswerten des erstarrten Formteils aus der Form 12 zu schmieren, und zum anderen die Aufgabe, ein Verschweißen oder Verkleben des eingebrachten Metalls mit dem Formenwerkstoff oder ein vorzeitiges Erstarren des eingebrachten Metalls zu verhindern und so zur Erzielung der gewünschten Gussqualität beizutragen. Gegebenenfalls kann es auch erforderlich sein, vor dem Temperieren und Beschichten der Formwandungen 12a und 12b diese von Formwandbehandlungsmittel- oder Metall-Rückständen zu reinigen, was beispielsweise mittels Druckluft bewerkstelligt werden kann.
Im Unterschied zum Stand der Technik erfolgen das Temperieren der Form 12 und das Beschichten der Formwandungen 12a und 12b mit Formwandbehandlungsmittel erfindungsgemäß in voneinander getrennten, d.h. zeitlich einander nicht überlappenden Schritten. In dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel werden jedoch beide Schritte von ein und derselben Formsprüheinrichtung 10 unter der Steuerung der in 2 dargestellten Steuereinheit 20 vorgenommen.
Die Formsprüheinrichtung 10 umfasst ein Sprühwerkzeug 22 mit einer Mehrzahl von Sprüh- bzw. Blas-Elementen 24, 26 und 28, welches mittels eines sechs-achsigen Industrieroboters 30 zwischen die geöffneten Formhälften 12c und 12d eingefahren, mit einer gewünschten Geschwindigkeit v längs einer gewünschten Bahn B bewegt werden und schließlich aus der Form 12 wieder zurückgezogen werden kann. Dabei kann das Sprühwerkzeug 22 mittels des Roboters 30 darüber hinaus an jedem Punkt der Bahn B in jede beliebige Raumorientierung gebracht werden.
Aufbau und Funktion des Industrieroboters 30 sind an sich bekannt und werden daher hier nicht näher erläutert werden.
In der Darstellung gemäß 1 sind drei verschiedene Möglichkeiten aufgezeigt, mit deren Hilfe die Formwandoberflächen 12a und 12b auf die für den nächsten Formungszyklus geeignete Temperatur gebracht werden kann:
Zum einen ist ein Heiz-Kühl-Gerät 32 vorgesehen, welches einem in der Form 12 vorgesehenen Kanalsystem 12e über eine Zuführleitung 32a ein Heiz-Kühl-Fluid, vorzugsweise eine Heiz-Kühl-Flüssigkeit zuführt. Mittels des Heiz-Kühl-Geräts 32 kann der Form 12 bereits während des Erstarrens des flüssigen Metalls im Formhohlraum 16 Wärme entzogen bzw. Wärme zugeführt werden. Idealerweise sollte diese "innere" Temperierung die einzige Maßnahme zur Herbeiführung der gewünschten Formtemperatur sein, da sie im Vergleich mit den nachfolgend diskutierten beiden "äußeren" Temperierverfahren die geringste thermische Belastung des Formenwerkstoffs und somit den geringsten Formenverschleiß infolge Temperatur-Wechselbelastung nach sich zieht. Die "innere" Temperierung kann nämlich bereits während des Erstarrens des in den Formhohlraum 16 eingefüllten Metalls einsetzen, wohingegen mit der "äußeren" Temperierung erst nach Öffnen der Formhälften 12c und 12d sowie Entnahme des gefertigten Formteils begonnen werden kann.
Reicht die vorstehend erläuterte "innere" Temperierung aber aus herstellungstechnischen oder wirtschaftlichen Gründen nicht aus, so kann die Form 12 auch von außen her temperiert werden. Dies kann beispielsweise dadurch geschehen, dass man mit Hilfe des Sprühwerkzeugs 22 auf die Formwandoberflächen 12a und 12b unter Verwendung der Sprühdüsen 24 ein Kühlfluid, vorzugsweise entmineralisiertes Wasser, aufsprüht und dort verdampfen lässt. Die Verwendung von entmineralisiertem Wasser hat den Vorteil, dass Kalkablagerungen auf den Formwandoberflächen 12a und 12b vermieden werden, welche die Qualität der nachfolgend aufzutragenden Formwandbehandlungsmittel-Schicht beeinträchtigen könnten. Die Sprühdüsen 24 können beispielsweise so aufgebaut sein, wie dies in der DE 44 20 679 A1 beschrieben ist. Zur schnelleren Kühlung wird man in vielen Fällen mehr Kühlflüssigkeit auftragen als spontan auf der heißen Formenoberfläche 12a und 12b verdampfen kann. Das überschüssige, abtropfende Wasser wird in einem Auffangbecken 34 gesammelt. In dem Überschusswasser enthaltene gröbere Partikel werden in einer Filteranordnung 36 zurückgehalten. Darüber hinaus wird das aufgefangene Wasser über eine Leitung 36a einer Reinigungseinrichtung 38 zugeführt, in welcher es von Ölfilmen, Schwebstoffen und dergleichen gereinigt wird, beispielsweise durch Zentrifugieren, Absetzen-Lassen, Absinken oder dergleichen. Das so gereinigte Wasser wird über eine Leitung 38a zur Wiederverwendung durch die Sprüheinrichtung 10 einem Tank 40 zugeführt, in den über eine Leitung 40a überdies frisches entmineralisiertes Wasser eingeleitet wird, so dass von der Sprüheinrichtung 10 über die Leitung 40b stets ausreichend Kühlwasser entnommen werden kann.
Nachzutragen ist noch, dass die Sprühelemente gemäß DE 44 20 679 A1 zu ihrem Betrieb neben der zu versprühenden Flüssigkeit auch Blasluft benötigen. Diese wird der Formensprühanlage 10 über eine Druckluftleitung 42 zugeführt. Die längs des Roboterarms 30 verlaufenden Versorgungsleitungen für Druckluft, Temperierfluid und Formwandbehandlungsmittel sind in 1 der Übersichtlichkeit der Zeichnung halber nicht dargestellt.
Eine weitere Möglichkeit der Außentemperierung besteht darin, eine Wärmeübertragungsvorrichtung 44 mit den Formwandoberflächen 12a, 12b bzw. besonderer Kühlung bedürfenden Partie 12f dieser Formwandoberfläche in Wärmeübertragungskontakt zu bringen. Hierzu umfasst die Wärmeübertragungsvorrichtung einen Trägerkörper 44a und wenigstens einen an diesen in Wärmeübertragungs kontakt geführten Wärmeübertragungskörper 44b, dessen Oberfläche 44c der zu temperierenden Partie 12f der Formwandoberfläche 12a, 12b entsprechend formangepasst ausgebildet ist. Die Wärmeübertragungsvorrichtung 44 kann beispielsweise mittels eines weiteren, in 1 nicht dargestellten Industrieroboters im Bedarfsfall zwischen die Formhälften 12c und 12d eingefahren und mit der Formwandoberfläche 12a, 12b in Kontakt gebracht werden.
Um einerseits eine Beschädigung der Wärmeübertragungsvorrichtung 44 sowie der Form 12 vermeiden zu können und um andererseits einen guten Wärmeübertragungskontakt zwischen dem Wärmeübertragungskörper 44b und der zu temperierenden Partie 12f der Form 12 sicherstellen zu können, ist der Wärmeübertragungskörper 44b an dem Träger 44a mittels einer Feder 44d gepuffert. Um den Wärmeübertragungskörper 44b Wärme zu- bzw. von diesem Wärme abführen zu können, ist in dem Träger 44a ein Fluidkanalsystem 44e vorgesehen, welches wiederum mit dem Heiz-Kühl-Gerät 32 verbunden sein kann. Eine weitere Möglichkeit, der Wärmeübertragungsvorrichtung 44 Wärme zuführen bzw. von dieser Wärme abführen zu können, besteht darin, diese in Vorbereitung des Temperiervorgangs in ein Heiz-Kühl-Bad 46 zu tauchen.
Bei allen drei vorstehend diskutierten Möglichkeiten zur Temperierung der Form 12 ist es erwünscht, dieser Form nur soviel Wärme zu entziehen bzw. nur soviel Wärme zuzuführen, wie zum Erreichen der für den nächsten Formungszyklus günstigen Temperatur erforderlich ist. Der Betrieb des Heiz-Kühl-Geräts 32, die Bewegung des Sprühwerkzeug 22 zwischen den geöffneten Formhälften 12c und 12d, der Ausstoß an Kühlflüssigkeit aus den Sprühelementen 24, die Dauer des Kontakts zwischen Wärmeübertragungsvorrichtung 44 und Formwandoberfläche 12a, 12b und dergleichen erfolgen daher unter der Steuerung durch die Steuereinheit 20 auf Grundlage wenigstens eines der nachfolgend diskutierten Sensorsignale:
Beispielsweise kann die Temperatur der Form 12 mittels eines Temperatursensors 48 ständig überwacht werden, der an einer für die Temperaturverteilung in der Form 12 repräsentativen Stelle angeordnet ist. Der Temperatursensor 48 übermittelt gemäß 2 ein Formtemperatursignal T_F1 an die Steuereinheit 20.
Gewünschtenfalls können auch mehrere derartige Formtemperatur-Sensoren vorgesehen sein.
Die Temperaturverteilung der Formwandoberfläche 12a, 12b kann aber auch mittels einer Wärmebild-Messeinrichtung 50 ermittelt werden, welche ein entsprechendes digitales, ortsaufgelöstes Temperatursignal T_F2 an die Steuereinheit 20 übermittelt. Die Wärmebild-Messeinrichtung 50 kann entweder fest installiert sein oder mittels einer Schwenkeinrichtung oder eines Roboterarms in die für die Wärmebildaufnahme jeweils günstigste Position gebracht werden. Eine alternative Variante besteht darin, die Wärmeverteilung der Formwandoberfläche 12a, 12b nicht direkt zu ermitteln, sondern indirekt aus Wärmebildern eines gerade aus der Form entnommenen Formteils abzuleiten.
Zur Berücksichtigung von Temperaturschwankungen am Ort der Fertigungsanlage, welche beispielsweise jahreszeit-bedingt sein oder von einem starken Einfall von Sonnenlicht herrühren können und sich ebenfalls auf die Temperatur an der Formwandoberfläche auswirken, kann die Steuereinheit 20 bei der Steuerung des Temperiervorgangs ferner das Temperatursignal T_U eines Umgebungstemperatursensors berücksichtigen.
Ferner können Informationen A über den Arbeitsablauf für die Steuerung des Temperierschritts von Interesse sein. Beispielsweise kann eine Unterbrechung des Fertigungstaktes zu einem Auskühlen der Form 12 führen, so dass sie beim Wiederanfahren der Fertigung zunächst erwärmt werden muss, später bei voll laufender Fertigung hingegen wieder gekühlt werden muss. Derartige Informationen über den Arbeitsverlauf können der Steuereinheit 20 von einer geeigneten Datenspeichereinrichtung 54 bereitgestellt werden, welche in 2 lediglich beispielhaft mit dem Schemazeichen für ein Bandaufzeichnungsgerät dargestellt ist.
Aus den vorstehend diskutierten Signalen T_F1, T_F2, T_U und A sowie gewünschtenfalls weiteren Sensorsignalen bestimmt eine Temperiersteuerung 20a der Steuereinheit 20 Ausgangssignale für den das Sprühwerkzeug 22 bewegenden Industrieroboter 30, insbesondere dessen Bahnverlauf, Stellung und Bewegungsgeschwindigkeit, Betriebssignale für die Sprühelemente 24 bzw. der diese Sprühelemente bedienenden Vorrichtungen, wie Pumpen und Ventile für die Zufuhr von Kühlflüssigkeit aus dem Tank 40, sowie Pumpen und Ventile für die Zufuhr der Blasluft von der Druckluftleitung 42, Betriebssignale für das Heiz-Kühl-Gerät 32 sowie Betriebsignale für die Wärmeübertragungsvorrichtung 44.
Nach der abgeschlossenen Temperierung der Formwandoberfläche 12a, 12b kann mittels des Sprühwerkzeugs 22, insbesondere mittels der Sprühelemente 26 die temperierte Formwandoberfläche 12a, 12b mit Formwandbehandlungsmittel beschichtet werden. Erfindungsgemäß wird dabei ein im Wesentlichen lösungsmittelfreies Formwandbehandlungsmittel verwendet, welches in der Lage ist, die Formwandoberfläche 12a, 12b auch bei der für den nächsten Formungszyklus günstigen Temperatur in der Größenordnung von 350°C bis 400°C zu benetzen und auf dieser einen schmier- und trennwirksamen Film mit einer Dicke von etwa 5 μm bis 10 μm zu bilden. Unter einem im Wesentlichen lösungsmittelfreien Formwandbehandlungsmittel wird dabei ein Formwandbehandlungsmittel verstanden, welches mindestens 98 Gew.-% schmier- und trennwirksame Substanzen und allenfalls 2 Gew.-% Hilfsstoffe wie Bakterizide, Emulgatoren, Lösungsmittel und dergleichen enthält.
Das Formwandbehandlungsmittel wird in gebrauchsfertiger Konsistenz in Transportbehältern 56 und 58 bereitgestellt, welche unmittelbar an die Sprüheinrichtung 10 angeschlossen sind, und aus welchen das Formwandbehandlungsmittel unmittelbar den Sprühelemente 26 zugeführt wird, d.h. ohne vorherige Verdünnung mit Wasser oder einem anderen Lösungsmittel. Die Entnahme erfolgt durch eine druckluftbetriebene Entnahmevorrichtung 64. Diese unmittelbare, verdünnungsfreie Entnahme hat zum einen den Vorteil, dass die Anschaffungs- und Wartungskosten für eine Verdünnungsanlage eingespart werden können, und zum anderen den Vorteil, dass die mit der Verdünnung einhergehende Gefahr eines Befalls durch Bakterien oder Pilze nahezu vollständig ausgeschlossen werden kann. Die Zuordnung zweier Transportbehälter 56 und 58 hat den weiteren Vorteil, dass nach vollständiger Leerung des einen Behälters 56 automatisch unter der Steuerung der Steuereinheit 20 oder manuell auf die Entnahme aus dem jeweils anderen Behälter 58 umgeschaltet werden kann, ohne hierfür den Fertigungsbetrieb unterbrechen zu müssen. Vielmehr kann der leere Behälter 56 bei laufendem Betrieb gegen einen neuen, mit Formwandbehandlungsmittel gefüllten Transportbehälter ausgetauscht werden.
Auch dieser Beschichtungsvorgang wird unter der Steuerung der Steuereinheit 20 vorgenommen. Gemäß 2 werden die Bewegungsbahn, die Bewegungsgeschwindigkeit und die Stellung des Sprühwerkzeugs 22, d.h. der Betrieb des Industrieroboters 30, sowie die pro Zeiteinheit von den Sprühelementen 26 ausgestoßene Menge an Formwandbehandlungsmittel von einer Beschichtungssteuerung 20b der Steuereinheit 20 gesteuert. Um sicherstellen zu können, dass an jedem Punkt der Bewegungsbahn B des Sprühwerkzeug 22 eine der Bewegungsgeschwindigkeit und Stellung des Sprühwerkzeug angemessene Menge an Formwandbehandlungsmittel auf die Formwandoberfläche 12a, 12b aufgebracht wird, d.h. um sicherzustellen, dass die gesamte Formwandoberfläche 12a, 12b mit einer möglichst homogenen gleichmäßigen Schicht an Formwandbehandlungsmittel überzogen wird, ist im Sprühwerkzeug 22 eine Ausstoßmengensensor 60 vorgesehen, beispielsweise ein Volumenstrom-Messgerät oder ein Massenfluss-Sensor, der einen entsprechendes Durchflusssignal V an die Steuereinheit 20 übermittelt. Selbstverständlich ist bevorzugt jedem der Sprühelemente 26 ein gesonderter Durchflusssensor 60 zugeordnet. Auf Grundlage der Erfassungssignale dieser Durchflusssensoren 60 kann mittels der Steuereinheit 20 bzw. deren Beschichtungssteuerung 20b eine automatische Schichtdickenregelung realisiert werden.
Das Sprühwerkzeug 22 umfasst, wie vorstehend bereits erläutert worden ist, ferner Blasdüsen 28 zum Ausstoß von Druckluft. Diese Druckluft kann beispielsweise dazu genutzt werden, die Form 12 nach Entnahme des zuletzt gefertigten Formteils vor der Temperierung von Metall- und Behandlungsmittel-Rückständen zu befreien und/oder vor dem Beschichten mit Formwandbehandlungsmittel die Form trockenzublasen. Auch diese Blasluft-Reinigung bzw. -Trocknung kann unter der Steuerung der Steuereinheit 20 erfolgen.
Nachzutragen ist noch, dass die Steuereinheit 20 darüber hinaus auch noch andere Steuerungsaufgaben übernehmen kann, beispielsweise die Steuerung des Öffnens und Schließens der Formhälften 12c und 12d, die Entnahme eines gerade gefertigten Formteils aus der Form 12 und dergleichen anfallende Steuerungs aufgaben, was in 2 zusammenfassend mit Z bezeichnet ist.
Festzuhalten ist, dass der Betrieb der Fertigungsanlage 10 programm-gesteuert ablaufen kann. Zur Eingabe bzw. zum Abrufen derartiger Steuerungsprogramme ist die Steuereinheit 20 mit einem Dateneingabe/Ausgabegerät 62 verbunden.
Mit der vorstehend beschriebenen Steuerung können Abweichungen von vorbestimmten Soll-Temperaturen zu jedem Zeitpunkt des Formungszyklus erfasst und daraufhin die Steuerung mit Hilfe entsprechender Daten bzw. mit Hilfe einer entsprechenden vorzugsweise automatisch ablaufenden Software angepasst werden. Somit kann das prozesstechnisch jeweils günstigste thermische Gleichgewicht stets in engen Toleranzgrenzen eingehalten werden, was sich auf die Qualität der gefertigten Formteile vorteilhaft auswirkt.
In 3 ist ein Sprühelement 26 zum Versprühen von Formwandbehandlungsmittel im Detail dargestellt. Das Sprühelement 26 ist zum Versprühen im Wesentlichen lösungsmittelfreien Formwandbehandlungsmittels mit Hochtemperatur-Benetzungseigenschaften ausgebildet. Derartiges Formwandbehandlungsmittel, d.h. Formwandbehandlungsmittel, welches einen Anteil von mindestens 98 Gew.-% schmier- und trennwirksamen Substanzen und allenfalls 2 Gew.-% Hilfsstoffe, wie Bakterizide, Emulgatoren, Lösungsmittel und dergleichen umfasst und in der Lage ist, eine etwa 350°C bis 400°C aufweisende Formwandoberfläche zu benetzen und auf dieser eine gleichmäßige Formwandbehandlungsmittel-Schicht zu bilden, weist bei einer Temperatur von 20°C eine Viskosität in der Größenordnung von etwa 50 mPa·s bis etwa 2500 mPa·s (mit einem Brookfield-Viskosimeter bei 20 U/min bestimmt) auf.
Das Sprühelement 26 umfasst einen Rotor 110 mit einer sich um eine Drehachse R drehenden Rotorwelle 112 und einer mit der Rotorwelle 112 einstückig ausgebildeten oder an dieser befestigten (siehe schematisch dargestellte Schraube S) Zerstäuberscheibe 114. Der Rotor 110 ist in einem Basiskörper 116 des Sprühelements, genauer gesagt in einem Wellendurchgang 116a dieses Basiskörpers 116 um die Drehachse R drehbar aufgenommen, wobei eine Lageranordnung 118 für die drehbare Lagerung des Rotors 110 sorgt. An dem der Zerstäuberscheibe 114 entgegengesetzten Ende der Rotorwelle 112 ist ein Antriebsaggregat 120 vorgesehen, welches den Rotor 110 mit einer Drehzahl in der Größenordnung von etwa 10.000 U/min bis etwa 40.000 U/min antreibt.
Das Antriebsaggregat 120 ist in der Ausführungsform gemäß 3 von einer Druckluftturbine 120a gebildet, welche über eine Druckluft-Zuführleitung 122 mit Druckluft versorgt wird. Die Druckluftturbine 120a und die Druckluft-Zuführleitung 122 sind in einem in 3 lediglich schematisch dargestellten Gehäuse 116e aufgenommen, welches an dem Basisteil 116a befestigt ist, und zwar lösbar befestigt ist, was den Vorteil erleichterter Wartung hat. Gemäß der in 4 dargestellten Ausführungsvariante kann das Antriebsaggregat 122 aber auch von einem Elektromotor 120b gebildet sein. Die Druckluftturbine 120a hat dabei den Vorteil, dass die zu ihrem Antrieb erforderliche Druckluft, wie sich aus der nachfolgenden Diskussion noch ergeben wird, ohnehin dem Sprühelement 26 zugeführt werden muss, während eine Stromversorgungsleitung für einen Elektromotor 120b zusätzlich zu dem Sprühelement 26 verlegt werden muss.
In dem Basiskörper 116 ist eine erste, zu dessen Stirnende 116b führende Zuführleitung 124 ausgebildet. Und in die stirnseitige Mündung 124a dieser Zuführleitung 124 ist ein Düsenkörper 126 eingesetzt, der das über die Zuführleitung 124 zugeführte Formwandbehandlungsmittel an die Zerstäuberscheibe 114 abgibt, und zwar im Bereich deren Verbindung mit der Rotorwelle 112. Das mit der Zerstäuberscheibe 114 in Kontakt tretende Formwandbehandlungsmittel wird von dieser infolge deren Drehung orthogonal zur Drehachse R nach außen geschleudert und dabei fein zerstäubt. Die Zerstäubungswirkung kann noch durch nicht dargestellte, bezüglich der Drehachse R radial verlaufende (nicht dargestellte) Schlagrippen verstärkt werden.
Auf einem Zylinderabschnitt 116c des Basisteils 116 ist ein Kopfteil 116d in Richtung der Drehachse R bewegbar gelagert. Beispielsweise kann ein rotationssymmetrisches Kopfteil 116d auf den Zylinderabschnitt 116c aufgeschraubt sein. Es ist jedoch auch möglich, dass das Kopfteil 116d mittels eines Stellantriebs, beispielsweise unter der gegebenenfalls programmierten Steuerung der Steuereinheit 20, in Richtung der Drehachse R verschiebbar ist. In diesem Kopfteil 116d ist eine Druckluft-Zuführleitung 128 ausgebildet, welche dem stirnseitigen Ende 116b des Sprühelementkörpers 116 nahe in einen Ringkanal 130 mündet, der im Bereich seines stirnseitigen Endes 130a sich zur Rotorachse R hin verjüngt und dort in einem ringförmigen Austrittsschlitz 130b endet. Der Ringkanal 130 ist in dem Ausführungsbeispiel gemäß 3 nach radial außen hin von dem Kopfteil 116d begrenzt und ist nach radial innen hin von dem Zylinderteil 116c begrenzt. Der Ringkanal 130 dient zur Vergleichmäßigung des am Austrittsschlitz 130b anstehendem Drucks der über die Zuführleitung 128 zugeführten Druckluft.
Die aus dem Austrittsschlitz 130b ausgestoßene Druckluft lenkt das bezüglich der Drehachse R radial nach außen weggeschleuderte, zerstäubte Formwandbehandlungsmittel um, so dass sich ein um die durch die Verlängerung der Drehachse R gegebene Hauptsprührichtung H öffnender Sprühkegel 132 ergibt. Durch Verlagerung des Kopfteils 116d in Richtung der Drehachse R kann die Weite des Austrittsschlitzes 130b und somit die aus diesem Austrittsschlitz 130b ausgestoßene Leitluftmenge variiert werden. So ist in 3 oben ein sehr weiter Austrittsschlitz dargestellt, aus dem sehr viel Leitluft ausgestoßen wird, während in 3 unten ein sehr schmaler Austrittsschlitz dargestellt ist, aus dem nur sehr wenig Leitluft austritt. Je mehr Druckluft aber aus dem Austrittsschlitz 130b ausgestoßen wird, umso stärker ist aber die Mitnahmewirkung, die diese Druckluft auf das zerstäubte Formwandbehandlungsmittel ausübt und umso kleiner ist der Öffnungswinkel des Sprühkegels. Entsprechend ergibt sich für die in 3 oben dargestellte Stellung des Kopfteils 116d ein sehr enger Sprühkegel 132, während sich für die in 3 unten dargestellte Stellung des Kopfteils 116d ein sehr weiter Sprühkegel 132' ergibt.
Nachzutragen ist noch, dass eine Mehrzahl von Zuführleitungen 124 für Formwandbehandlungsmittel vorgesehen sein kann, über die gemäß einer ersten Alternative ein und dasselbe Formwandbehandlungsmittel zugeführt wird bzw. über die gemäß einer zweiten Alternative unterschiedliche Formwandbehandlungsmittel zur Abgabe durch das Sprühelement 26 zugeführt werden können.
Beispielsweise zum Beschichten konkaver Formenpartien wie Bohrungen, Rippen, Spalten und dergleichen kann es von Vorteil sein, den Sprühstrahl 132 aus der durch die Verlängerung der Drehachse R gegebenen Hauptsprührichtung H seitlich abzulenken, was in 3 durch den Pfeil H' angedeutet ist. Hierzu kann beispielsweise eine zusätzliche Zuführleitung 136 für Ablenkluft am Kopfteil 116d des Sprühelementkörpers 116 angeordnet bzw. ausgebildet sein.
Es ist jedoch auch möglich, über den Umfang des Kopfteils 116d verteilt eine Mehrzahl von Leitluft-Zuführleitungen 128 vorzusehen, deren Leitluft-Durchsatz unabhängig voneinander gesteuert werden kann. Diese können entweder unmittelbar am ausstoßseitigen Ende des Sprühelementkörpers 116 münden, oder analog der Ausführungsform gemäß 3 in einen Ringkanal, wobei die Länge dieses Ringkanals so kurz gewählt werden muss, dass bis zum Austrittsschlitz 130b ein Druckausgleich in Umfangsrichtung nicht oder zumindest nicht vollständig erfolgen kann.
Eine weitere Ausführungsalternative ist in den 5 und 6 dargestellt. Bei diesem Sprühelement 26' ist am Kopfteil 116d' des Sprühelementkörpers 116' eine Blendenscheibe 138 mit kreisförmigem Querschnitt und einer bezüglich der Drehachse R exzentrisch angeordneten, kreisscheibenförmigen Blendenöffnung 138a angeordnet. Die Blendöffnung 138a ist derart dimensioniert, dass zwischen der Zerstäuberscheibe 114' und der Blende 138 ein Austrittsschlitz 130b' in Umfangsrichtung variierender Weite gebildet ist. So weist der Austrittsschlitz 130b' in 5 oben maximale und in 5 minimale Weite auf. Folglich tritt in 5 oben mehr Leitluft aus, was eine entsprechend stärkere Mitnahmewirkung auf das zerstäubte Formwandbehandlungsmittel zur Folge hat und somit insgesamt zu einer Ablenkung des Sprühkegels in 5 nach unten führt.
Die Blende 138 kann an dem Kopfteil 116d' in Umfangsrichtung drehbar angebracht sein, um die Ablenkrichtung des Sprühkegels variieren zu können. Sie kann darüber hinaus in Radialrichtung bezüglich der Drehachse R verlagerbar angeordnet sein, um die Exzentrizität ihrer Anordnung bezüglich der Zerstäuberscheibe 114' variieren zu können. Schließlich kann die Blende 138 als Irisblende ausgebildet sein, um den Durchmesser der Blendenöffnung und somit die Weite des Blendespalts 138a variieren zu können.
In den 7 und 8 ist ein Teil einer weiteren Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Sprühelements 26'' dargestellt, welches im Wesentlichen jenem der Darstellung gemäß 3 entspricht. Daher sind in 7 und 8 analoge Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen wie in 3, jedoch zweifach gestrichen. Darüber hinaus wird das Sprühelement 26'' gemäß 7 und 8 im Folgenden nur insoweit beschrieben werden, als es sich von dem Sprühelement 26 gemäß 3 unterscheidet, auf dessen Beschreibung hiermit ansonsten ausdrücklich verwiesen sei.
Bei dem Sprühelement 26'' gemäß 7 ist das Antriebsaggregat 120'' in den zentralen Durchgang 116'' des Basiskörpers 116'' eingeschoben und dort mittels nicht dargestellter Vorrichtungen befestigt. Ein Abtriebselement 110'' des Antriebsaggregats 120'' umfasst eine Ausnehmung 110a'', in welcher der Schaft 114a'' des Zerstäuberelements 114'' mittels eines Schraubkeilelements 170'' drehfest aufgenommen ist. Diese Keilbefestigung ist eine an sich bekannte Art einer Schnellverbindung.
An den Schaft 114a'' schließt sich, wie dies im Detail in 8 dargestellt ist, in Hauptsprührichtung H ein zur Drehachse R im Wesentlichen orthogonal verlaufendes Scheibenelement 114b'' einstückig an, wobei der Übergang 114c'' zwischen dem Schaft 114a'' und der Scheibe 114b'' abgerundet ausgebildet ist. Am radial äußeren Ende 114d'' der Scheibe 114b'' ist ein Ringansatz 114e'' vorgesehen, der sich entgegen der Hauptsprührichtung H, also auf das Sprühelement 26'' zu, erstreckt. Die innere Umfangsfläche 114e1'' des Ringansatzes 114e'', ein Teil der Zylinderoberfläche 114a1'' des Schafts 114a'', der abgerundete Bereich 114c'' sowie eine zur Drehachse R im Wesentlichen orthogonal verlaufende Begrenzungsfläche 114b1'' der Scheibe 114b'' begrenzen gemeinsam eine Verteilkammer 114f'', in welche das Formwandbehandlungsmittel mittels des Düsenelements 126'' durch die dem Schaft 114a'' benachbarte Öffnung 114g'' eingebracht werden kann (siehe 7).
Das Formwandbehandlungsmittel bewegt sich aufgrund der auf es ausgeübten Zentrifugalkräfte an dem abgerundetem Bereich 114c'' und der Begrenzungsfläche 114b1'' entlang zum äußeren Umfangsrand 114f1'' der Verteilkammer 114f'' bzw. wird zur Begrenzungsfläche 114e1'' des Ringansatzes 114e'' geschleudert. Diese Begrenzungsfläche 114e1'' ist im dargestellten Ausführungsbeispiel konisch ausgebildet, wobei der halbe Öffnungswinkel α des Konus etwa 45° beträgt. Der Konus weitet sich in Sprührichtung H, so dass die Fläche 114e1'' auftreffendes Formwandbehandlungsmittel aufgrund der Zentrifugalkräfte zum äußeren Umfangsrand 114f1'' der Verteilkammer 114f'' gedrängt wird.
An das äußere Ende 114f1'' der Verteilkammer 114f'' schließen sich radiale Verteildurchgänge 114h'' an, durch welche das Formwandbehandlungsmittel aus der Verteilkammer 114f'' austreten kann und so auf die Zerstäuberfläche 114i1'' eines mit dem Ringansatz 114e'' durch Presssitz verbundenen Trichterelement 114i'' gelangt. Die Zerstäuberfläche 114i1'' ist nach Art einer sich in Sprührichtung H öffnenden, konischen Trichterfläche ausgebildet, wobei der halbe Öffnungswinkel β dieser Trichterfläche im vorliegenden Ausführungsbeispiel etwa 45° beträgt. Die sich in Sprührichtung H erweiternde Ausbildung der Fläche 114i1'' hat den Vorteil, dass das Formwandbehandlungsmittel durch die auftretenden Zentrifugalkräfte gegen die Zerstäuberfläche 114i1'' gepresst und dort aufgrund der mit zunehmenden Radius ansteigenden Zentrifugalkräfte und der Reibung mit der Zerstäuberfläche 114i1'' fein zerstäubt wird. Nach Überschreiten der Abrisskante 114i2'' wird das zerstäubte Formwandbehandlungsmittel radial weggeschleudert, bevor es von der aus dem Austrittsspalt 130b'' austretenden Luft erfasst und als Sprühkegel 132'' zur Formwand hin mitgerissen wird.
Es sei darauf hingewiesen, dass sich aufgrund der vorstehend beschriebenen Ausführung des Zerstäuberelements 114'' bei leer drehendem Zerstäuberelement, d.h. dann, wenn kein Formwandbehandlungsmittel in die Verteilkammer 114f'' eingeführt wird, aufgrund der Zentrifugalkräfte und der Mitnahmewirkung, die die verschiedenen Oberflächen auf die angrenzenden Luftschichten ausüben, sich ein Gebläseeffekt einstellt, der Luft aus der Verteilkammer 114f'' durch die Verteilkanäle 114h'' und entlang der Zerstäuberfläche 114i1'' strömen lässt. Diese Gebläsewirkung wird bei der Ausführung des Zerstäuberelements 114'' gemäß 8 dadurch verstärkt, dass die äußere Begrenzungsfläche 114b2'' des Scheibenelements 114b'' und des Ringansatzes 114e'' im Wesentlichen parallel zur Zerstäuberfläche 114i1'' und in geringen Abstand von dieser verläuft, so dass sich zwischen diesen beiden Flächen ein enger, sich in Sprührichtung H konisch erweiternder Ringspalt bildet. Die Mitnahmewirkung dieses Ringspalts auf die darin enthaltene Luft verstärkt die Gebläsewirkung, so dass dann, wenn kein weiteres Formwandbehandlungsmittel mehr in die Verteilkammer 114f'' eingeleitet wird, das restliche in dieser Verteilkammer enthaltene Formwandbehandlungsmittel aufgrund der Zentrifugalkräfte und aufgrund der Gebläsewirkung vollständig aus der Verteilkammer 114f'' ausgetrieben wird. Das Zerstäuberelement 114'' ist somit im Betrieb selbstreinigend ausgebildet.
Nachzutragen ist noch, dass bei der Ausführungsform des Sprühelements 26'' gemäß 7 der Austrittsspalt 130b'' unveränderlich ausgebildet ist durch Zusammenwirken des Basisteils 116'' und eines Spaltbildungsrings 172'', welcher eine an die Leitluftzuführleitungen 128'' anschließende Verteilkammer 130'' begrenzt. Entsprechend der Ausführungsform gemäß 3 kann der Austrittsspalt 130b'' der Ausführungsform gemäß 7 jedoch auch veränderlich ausgebildet sein. Eine Zuführleitung für Formwandbehandlungsmittel ist in 7 mit 142'' bezeichnet.
Nachzutragen ist noch, dass das erfindungsgemäße Sprühelement und somit die gesamte Formsprühanlage auch zum Versprühen herkömmlichen wasserverdünnten Formwandbehandlungsmittels geeignet ist. Die Anpassung an die niedrigere Viskosität des Behandlungsmittel-Wasser-Gemischs kann beispielsweise durch entsprechende Wahl der Drehzahl des Antriebsaggregats und entsprechende Einstellung des Leitluftdurchsatzes erfolgen.

Claims

Verfahren zum Vorbereiten der Formwandungen (12a, 12b) einer Form (12) zur Urformung bzw. Umformung eines Formteils nach einem abgeschlossenen Formungszyklus und Entnahme des Formteils aus der Form (12) auf den nächstfolgenden Formungszyklus, umfassend die Schritte: a) die Formwandungen (12a, 12b) werden auf eine gewünschte Temperatur gebracht, b) ein Formwandbehandlungsmittel wird auf die Formwandungen (12a, 12b) aufgebracht, wobei die Schritte a) und b) in dieser Reihenfolge und unabhängig voneinander durchgeführt werden, wobei bei Schritt a) die Zufuhr bzw. Abfuhr von Wärme zu bzw. von den Formwandungen (12a, 12b) in Abhängigkeit von den Prozess- und/oder Umgebungsbedingungen gesteuert (20a), vorzugsweise programmgesteuert, wird, und dadurch gekennzeichnet, dass in Schritt b) das Formwandbehandlungsmittel gesteuert (20b), vorzugsweise programm-gesteuert, aufgetragen wird, und dass wenigstens ein Teil (12f) der Formwandungen (12a, 12b) mit einer Wärmeübertragungsvorrichtung (44) in Wärmeübertragungskontakt gebracht wird, die wenigstens einen Wärmeaufnahme- und/oder -abgabekörper (44b) umfasst, der der jeweils zu temperierenden Partie (12f) der Formwandungen (12a, 12b) formangepasst ausgebildet ist.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass gebrauchsfertiges Formwandbehandlungsmittel eingesetzt wird, welches ohne Verdünnung aus einem Trans portbehälter (56, 58) entnommen und auf die Formwandungen (12a, 12b) aufgetragen wird.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das gebrauchsfertige Formwandbehandlungsmittel wenigstens 98 Gew.-% schmier- und trennwirksame Substanzen enthält, sowie höchstens 2 Gew.-% Hilfsstoffe, wie Bakterizide, Emulgatoren, Lösungsmittel, beispielsweise Wasser, und dergleichen.
Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das gebrauchsfertige Formwandbehandlungsmittel bei einer Temperatur von 20°C eine Viskosität im Bereich von zwischen etwa 50 mPa·s und etwa 2500 mPa·s aufweist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Formwandbehandlungsmittel einen Flammpunkt von wenigstens 280°C aufweist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Formwandbehandlungsmittel mittels wenigstens eines Sprühelements (26) mit Zentrifugalzerstäubung und Luftführung auf die Formwandungen (12a, 12b) aufgebracht wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die pro Zeiteinheit an die Formwandungen (12a, 12b) abgegebene Menge (V) an Formwandbehandlungsmittel erfasst wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Dicke der auf die Formwandungen (12a, 12b) aufgebrachten Schicht an Formwandbehandlungsmittel durch Verändern der Bewegungsbahn (B) wenigstens eines Sprühelements (26) zur Abgabe des Formwandbehandlungsmittels und/oder durch Verändern der Bewegungsgeschwindigkeit (v) des wenigstens einen Sprühelements (26) und/oder durch Verändern der von dem wenigstens einen Sprühelement (26) pro Zeiteinheit abgegebenen Menge (V) an Formwandbehandlungsmittel gesteuert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass zur Zufuhr bzw. Abfuhr von Wärme zu bzw. von den Formwandungen (12a, 12b) entsprechend temperiertes Fluid auf die Formwandungen (12a, 12b) aufgebracht wird.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass man zum Kühlen der Formwandungen (12a, 12b) eine Flüssigkeit auf die Formwandungen (12a, 12b) aufbringt, vorzugsweise aufsprüht, und dort verdampfen lässt.
Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass entmineralisiertes Wasser zum Kühlen der Formwandungen (12a, 12b) eingesetzt wird.
Verfahren nach Anspruch 10 oder Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlflüssigkeit im Überschuss auf die Formwandungen (12a, 12b) aufgebracht wird.
Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass von den Formwandungen (12a, 12b) ablaufende Kühlflüssigkeit aufgefangen und wiederverwendet wird, gewünschtenfalls nach vorheriger Reinigung.
Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Formwandungen (12a, 12b) nach erfolgter Flüssigkeitskühlung getrocknet, vorzugsweise trockengeblasen, werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass der bzw. die Wärmeaufnahme- und/oder -abgabekörper (44b) aneinander bzw. an einem Träger (44a) federnd angeordnet ist bzw. sind.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmeübertragungsvorrichtung (44) zumindest im Bereich ihrer Wärmeübertragungsfläche (44c) zumindest teilweise aus einem guten Wärmeleiter gebildet ist, beispielsweise aus Kupfer, einer Kupferlegierung, Aluminium, einer Aluminiumlegierung oder dergleichen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmeübertragungsvorrichtung (44) zum Abführen bzw. Zuführen von Wärme mit einem Heiz-Kühl-Gerät (32) verbunden wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmeübertragungsvorrichtung (44) zum Abführen bzw. Zuführen von Wärme in ein Heiz-Kühl-Bad (46) getaucht wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Form (12) zumindest teilweise geschlossen wird, um die Wärmeübertragungsvorrichtung (44) mit der Formwandung (12a, 12b) in Wärmeübertragungskontakt zu bringen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Form (12) zum Abführen bzw. Zuführen von Wärme mit einem Heiz-Kühl-Gerät (32) verbunden wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur (T_F1, T_F2) der Formwandung (12a, 12b) erfasst wird.
Verfahren nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass man an wenigstens einer für die Temperaturverteilung der Formwandung (12a, 12b) repräsentativen Stelle einen Temperatursensor (48) vorsieht.
Verfahren nach Anspruch 21 oder 22, dadurch gekennzeichnet, dass man die Temperaturverteilung der Formwandung (12a, 12b) mittels einer Infrarot-Messeinrichtung (50) bestimmt.
Verfahren nach Anspruch 21 oder 22, dadurch gekennzeichnet, dass man die Temperaturverteilung der Oberfläche eines aus der Form entnommenen Formteils mittels einer Infrarot-Messeinrichtung (50) bestimmt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 21 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass die Umgebungstemperatur (T_U) erfasst wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 21 bis 25, dadurch gekennzeichnet, dass der Arbeitsverlauf (A) berücksichtigt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 21 bis 26, dadurch gekennzeichnet, dass man die Zufuhr bzw. Abfuhr von Wärme zu bzw. von den Formwandungen (12a, 12b) durch Verändern der pro Zeiteinheit auf die Formwandungen (12a, 12b) aufgebrachten Fluidmenge und/oder durch Verändern der Aufbringungsdauer steuert.
Verfahren nach einem der Ansprüche 21 bis 27, dadurch gekennzeichnet, dass man die Zufuhr bzw. Abfuhr von Wärme zu bzw. von den Formwandungen (12a, 12b) durch Verändern der Dauer des Wärmeübertragungskontakts von Formwandungen (12a, 12b) und Wärmeübertragungsvorrichtung (44) und/oder Verändern der Anfangstemperatur der Wärmeübertragungsvorrichtung (44) steuert.
Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 28, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Sprühelement (26) mit Zentrifugalzerstäubung und Luftführung an einem Sprühwerkzeug (22) angeordnet ist.
Verfahren nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Sprühwerkzeug (22) wenigstens ein Element (24) zur Abgabe von Temperierfluids angeordnet ist.
Verfahren nach Anspruch 29 oder Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Sprühwerkzeug (22) wenigstens ein Element (28) zur Abgabe von Blasluft angeordnet ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 29 bis 31, dadurch gekennzeichnet, dass das Sprühwerkzeug (22) mittels eines Roboterarms eines vorzugsweise sechs-achsigen Roboters (30) bewegt wird, vorzugsweise programm-gesteuert (20) bewegt wird.
Vorrichtung (10) zum Vorbereiten der Formwandungen (12a, 12b) einer Form (12) zur Urformung bzw. Umformung eines Formteils nach einem abgeschlossenen Formungszyklus und Entnahme des Formteils aus der Form (12) auf den nächstfolgenden Formungszyklus, vorzugsweise zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 34, die eine Steuervorrichtung (20) mit einer Temperierungs-Steuerung (20a) umfasst, wobei die Temperierungs-Steuerung (20a) die Zufuhr bzw. Abfuhr von Wärme zu bzw. von den Formwandungen (12a, 12b) in Abhängigkeit von den Prozess- und/oder Umgebungsbedingungen steuert, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuervorrichtung (20) ferner eine Formwandbehandlung-Steuerung (20b) umfasst, wobei die Temperierungs-Steuerung (20a) und die Formwandbehandlung-Steuerung (20b) derart ausgelegt und aufeinander abgestimmt sind, dass vor dem Auftrag des Formwandbehandlungsmittels auf die Formwandungen (12a, 12b) zunächst die Temperierung der Formwandungen (12a, 12b) auf eine gewünschte Temperatur erfolgt, und dass sie eine Wärmeübertragungsvorrichtung (44) umfasst, welche zumindest mit einem Teil (12f) der Formwandungen (12a, 12b) in Wärmeübertragungskontakt bringbar ist, wobei die Wärmeübertragungsvorrichtung (44) wenigstens einen Wärmeaufnahme- und/oder -abgabekörper (44b) umfasst, der der jeweils zu temperierenden Partie (12f) der Formwandung (12a, 12b) formangepasst ausgebildet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 33, dadurch gekennzeichnet, dass sie einen Transportbehälter (56, 58) mit gebrauchsfertigem Formwandbehandlungsmittel umfasst, sowie eine Entnahmevorrichtung (64), welche das Formwandbehandlungsmittel aus dem Transportbehälter (56, 58) entnimmt und ohne vorherige Verdünnung der Abgabe an die Formwandung (12a, 12b) zuführt.
Vorrichtung nach Anspruch 33 oder Anspruch 34, dadurch gekennzeichnet, dass sie wenigstens zwei Transportbehälter (56, 58) umfasst, von denen wenigstens einer (56) mit einem Sprühelement (26) in Abgabeverbindung steht und sich wenigstens ein weiterer (58) in Abgabebereitschaftsstellung befindet.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 33 bis 35, dadurch gekennzeichnet, dass zur Abgabe des Formwandbehandlungsmittels wenigstens ein Sprühelement (26) mit Zentrifugalzerstäubung und Luftführung vorgesehen ist.
Vorrichtung nach Anspruch 33 bis 36, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens einem Sprühelement (26) zur Abgabe von Formwandbehandlungsmittel eine Messeinrichtung (60) zur Erfassung der abgegebenen Menge (V) an Formwandbehandlungsmittel zugeordnet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 33 bis 37, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Element (24) zum Aufbringen eines Wärmezufuhr- bzw. Wärmeabfuhrfluids, beispielsweise einer Wärmezufuhr- bzw. Wärmeabfuhrflüssigkeit, vorzugsweise entmineralisierten Wassers, auf die Formwandungen (12a, 12b) vorgesehen ist.
Vorrichtung nach Anspruch 38, dadurch gekennzeichnet, dass eine Auffangvorrichtung (34) für überschüssige, von der Formwandung (12a, 12b) abtropfende Wärmezufuhr- bzw. Wärmeabfuhrflüssigkeit und eine Rückführleitung (36a, 38a) zu einem Wärmezufuhr- bzw. Wärmeabfuhrflüssigkeitsreservoir (40) vorgesehen sind.
Vorrichtung nach Anspruch 39, dadurch gekennzeichnet, dass eine Filteranlage (36), sowie gewünschtenfalls eine Vorrichtung (38) zur Reinigung der aufgefangenen Flüssigkeit vorgesehen sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 33 bis 40, dadurch gekennzeichnet, dass der bzw. die Wärmeaufnahme- und/oder -abgabekörper (44b) aneinander bzw. an einem Träger (44a) federnd angeordnet ist bzw. sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 33 bis 41, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmeübertragungsvorrichtung (44) zumindest im Bereich ihrer Wärmeübertragungsfläche (44c) zumindest teilweise aus einem guten Wärmeleiter gebildet ist, beispielsweise aus Kupfer, einer Kupferlegierung, Aluminium, einer Aluminiumlegierung oder dergleichen.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 33 bis 42, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmeübertragungsvorrichtung (44) zum Abführen bzw. Zuführen von Wärme mit einem Heiz-Kühl-Gerät (32) verbindbar ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 33 bis 43, dadurch gekennzeichnet, dass ein Heiz-Kühl-Bad (46) für die Wärme übertragungsvorrichtung (44) vorgesehen ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 33 bis 44, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Blaselement (28) zum Ausstoß von Blasluft vorgesehen ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 33 bis 45, dadurch gekennzeichnet, dass an wenigstens einer für die Temperaturverteilung der Formwandung (12a, 12b) repräsentativen Stelle ein Temperatursensor (48) vorgesehen ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 33 bis 46, dadurch gekennzeichnet, dass eine Infrarot-Messeinrichtung (50) zur Bestimmung der Temperaturverteilung der Formwandung (12a, 12b) und/oder der Oberfläche eines aus der Form entnommenen Formteils vorgesehen ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 33 bis 47, dadurch gekennzeichnet, dass ein Temperatursensor (50) zur Erfassung der Umgebungstemperatur vorgesehen ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 33 bis 48, dadurch gekennzeichnet, dass ein Aufzeichnungsgerät (54) zur Protokollierung des Arbeitsverlaufes vorgesehen ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 36 bis 49, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine Sprühelement (26) mit Zentrifugalzerstäubung und Luftführung an einem Sprühwerkzeug (22) angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 50, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Sprühwerkzeug (22) wenigstens ein Element (24) zur Abgabe des Temperierfluids angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 50 oder Anspruch 51, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Sprühwerkzeug (22) wenigstens ein Blaselement (28) zur Abgabe von Blasluft angeordnet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 50 bis 52, dadurch gekennzeichnet, dass das Sprühwerkzeug (22) an einem Roboterarm eines vorzugsweise sechs-achsigen Roboters (30) angeordnet ist.