EP2388089B1 - Temperierungsvorrichtung für eine Druckgusseinrichtung sowie entsprechende Druckgusseinrichtung - Google Patents

Temperierungsvorrichtung für eine Druckgusseinrichtung sowie entsprechende Druckgusseinrichtung Download PDF

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EP2388089B1
EP2388089B1 EP10163120.8A EP10163120A EP2388089B1 EP 2388089 B1 EP2388089 B1 EP 2388089B1 EP 10163120 A EP10163120 A EP 10163120A EP 2388089 B1 EP2388089 B1 EP 2388089B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
component
fluid
heat exchange
exchange chamber
temperature control
Prior art date
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Not-in-force
Application number
EP10163120.8A
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English (en)
French (fr)
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EP2388089A1 (de
Inventor
Ignaz Huber
Johannes Wunder
Michael Günzel
Sebastien Nisslé
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Georg Fischer Druckguss GmbH and Co KG
Georg Fischer Automotive Suzhou Co Ltd
Georg Fischer GmbH
Original Assignee
FISCHER GEORG & CO KG GmbH
Georg Fischer Druckguss GmbH and Co KG
Georg Fischer Automotive Suzhou Co Ltd
Georg Fischer GmbH
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Filing date
Publication date
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Priority to EP10163120.8A priority patent/EP2388089B1/de
Priority to CN201180024610.XA priority patent/CN103108713B/zh
Priority to US13/698,405 priority patent/US20130112363A1/en
Priority to PCT/EP2011/057124 priority patent/WO2011144449A1/de
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D17/00—Pressure die casting or injection die casting, i.e. casting in which the metal is forced into a mould under high pressure
    • B22D17/20—Accessories: Details
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
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    • B22D17/20—Accessories: Details
    • B22D17/22—Dies; Die plates; Die supports; Cooling equipment for dies; Accessories for loosening and ejecting castings from dies
    • B22D17/2218—Cooling or heating equipment for dies
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D17/00—Pressure die casting or injection die casting, i.e. casting in which the metal is forced into a mould under high pressure
    • B22D17/20—Accessories: Details
    • B22D17/22—Dies; Die plates; Die supports; Cooling equipment for dies; Accessories for loosening and ejecting castings from dies
    • B22D17/2272—Sprue channels

Definitions

  • the invention relates to a tempering device for a die-cast device, comprising a first component, a second component and at least one fluid channel formed in the first component and / or the second component.
  • the invention further relates to a die casting device.
  • the die casting device is used for die casting.
  • Die casting is preferably used for casting metal, in particular non-ferrous metals or high-strength hot-work steels, or special materials.
  • the molten casting material the melt
  • a casting mold also referred to as a mold insert.
  • melt flow rates of 20 to 160 m / s and short shot times for introducing 10 to 100 ms are achieved.
  • the casting mold or die casting consists for example of metal, preferably of a hot-work tool steel.
  • the hot chamber method and the cold chamber method can be differentiated.
  • the die casting device and a melt holding furnace form one unit.
  • the casting unit which supplies the melt to the casting mold is in the melt; With each casting process, a certain volume of the melt is forced into the casting mold.
  • the die casting device and the melt holding furnace are arranged separately. Only the amount required for the particular casting is metered into a casting chamber and introduced from there into the casting mold.
  • the tempering device For tempering, in particular for cooling, at least one region of the die casting device, the tempering device is used. This can be used, in particular, to temper a region of the die casting device that can be charged with a casting material. Such a region is, for example, a pouring inlet of the diecasting device, along which or through which the casting material passes in the direction of a diecasting die of the diecasting device. In this case, however, occurs in known from the prior art Temper michsvorraumen the problem that a reliable and uniform temperature of the acted upon with casting material range can not be realized.
  • the tempering or the cooling of the area must be dimensioned such that a reliable cooling is given and at the same time the cooling of a die cast component to be produced in the die casting mold or of the casting material remaining in the area is not impaired by too rapid and / or too uneven cooling. From the boundary conditions of sufficient cooling of the die-cast molding and the most uniform cooling of the die-cast component result in comparatively low cycle times in the production of the die-cast component, in order to achieve a good durability of the die-cast component in this way. However, this means that only a comparatively low number of die-cast components can be produced per unit of time.
  • a tool which has a mold shell to be charged with casting material.
  • the tool forms an area of a die casting device to be acted upon by the casting material.
  • thermoelectric device for a diecasting device which does not have the disadvantages mentioned above, but at the same time enables a good cooling characteristic and a high throughput (die-cast components per unit of time).
  • a tempering device having the features of claim 1. It is provided that this has a first component, a second component and at least one formed in the first component and / or the second component fluid channel, wherein the first component and / or the second component at least one receptacle for an acted upon by a casting material area the Druckgussleaned, in particular a pouring inlet, and wherein the fluid channel opens into at least one heat exchange chamber, the open-edged recess in the first Component is at least partially present and can be closed with the second component.
  • the tempering device for the die casting device is therefore designed at least in two parts. It consists of the first and the second component.
  • the tempering of the region of the die-cast device can be arranged at least partially in the receptacle.
  • the area of the die-cast device which can be charged with casting material is, for example, the casting inlet, which may be in the form of a flow channel or forms it with it.
  • the recording of the tempering device may be formed either by the first component, the second component or by both components together.
  • the tempering device can be acted upon by a tempering fluid, in particular cooling fluid.
  • this tempering fluid flows through the at least one fluid channel, which is formed in the first component and / or the second component.
  • the fluid channel opens, for example, into a fluid connection of the tempering device, via which the tempering fluid can be introduced into or removed from the fluid channel.
  • the heat exchange chamber is provided.
  • the heat exchange chamber is present as an open-edged recess in the first component and can be closed with the aid of the second component. That means that the second component can be arranged on the first component, that the open-edged recess closed and the heat exchange chamber is formed.
  • the open-edged recess is therefore designed to be open toward the second component, wherein the opening of the recess can be covered or closed by the second component. Via the fluid channel, a supply of the heat exchange chamber with tempering fluid is thus ensured. It is particularly advantageous if the heat exchange chamber is formed exclusively by the open-edged recess in the first component, that is, no further depression is provided.
  • the temperature of the region of the die casting device which can be acted upon with casting material can be set at least approximately controlling and / or regulating.
  • at least one temperature sensor can be provided on or in the tempering device, with which its temperature and / or the temperature of the loadable area can be determined at least approximately.
  • the temperature and / or the throughput (volume or mass per unit of time) of the tempering fluid can then be selected or set.
  • the tempering fluid flows through the heat exchange chamber and flows over, for example, a heat transfer surface. If this is assigned to the region which can be acted upon with casting material by thermal or heat transfer, a temperature control of the region takes place in this way.
  • the temperature of the Temper michsfluids is significantly smaller than the temperature of the Temper michsvorraum or the loadable area, so that they can be cooled as quickly as possible and the die-cast component to be manufactured Druckguss Marie can be removed.
  • the heat exchange chamber is thus at least partially formed in the first component, which allows a more reliable loading of the heat transfer surface with the Temper michsfluid and consequently a better cooling characteristics or a faster cooling of the loadable area.
  • the tempering device according to the invention, it is possible to significantly reduce the time required for cooling the die-cast component and thus to achieve an increase in throughput for the die-cast components. For example, in trials with a given diecast component, a reduction in the time required for casting and subsequent cooling from 31 seconds to 21 seconds was realized. Accordingly, a significant increase in the throughput and consequently a reduction in the production costs of the die-cast component can be achieved with the tempering device described here. It should be expressly mentioned at this point that the tempering is intended both for a die casting device, which operates according to the hot chamber method, as well as for one which implements the cold chamber method. Also, any material compositions of the melt can be used.
  • a development of the invention provides that the heat exchange chamber is partially formed by a Fluidleitvertiefung of the second component.
  • the Fluidleitvertiefung of the second component is formed open to the first component. It can therefore together with the open-edged recess of the first component form the heat exchange chamber.
  • the volume of the open-edged recess of the first component is greater than the volume of the Fluidleitvertiefung.
  • the Fluidleitvertiefung has a larger volume than the recess of the first component, that has a greater share of the heat exchange chamber.
  • the heat exchange chamber has a larger cross section than the fluid channel.
  • the cross section lies in a sectional plane which is perpendicular to the direction of the largest extension of the fluid channel. This applies to both the fluid channel and the heat exchange chamber.
  • the heat exchange chamber viewed in cross section, has a larger surface contributing to the temperature control of the die casting device. At the discharge point of the fluid channel in the heat exchange chamber so there should be an expansion. If tempering fluid flows into the heat exchange chamber from the fluid channel, a kind of free jet is formed in the heat exchange chamber.
  • a further development of the invention provides that a plurality of fluid passages lead into the heat exchange chamber, wherein at least one of the fluid passages is a fluid supply port connected to a fluid supply port and at least one further one of the fluid passages is a fluid discharge port connected to a fluid discharge port.
  • the fluid supply connection and the fluid removal connection are arranged on the tempering device such that a simple connection to a supply device can be made.
  • the supply device serves, for example, the supply of Temper michsfluid and / or its temperature to a certain temperature.
  • a further development of the invention provides that the fluid discharge channel, in particular in the axial direction of the tempering device, opens out into the heat exchange chamber offset from the fluid supply channel.
  • tempering fluid flowing through the fluid supply channel into the heat exchange chamber does not impinge directly on the fluid discharge channel or its discharge point into the heat exchange chamber.
  • a circulation of the Temper michsfluids is achieved in the heat exchange chamber.
  • the fluid supply channel has a wall, in particular a heat transfer surface, opposite the heat exchange chamber.
  • the temperature-control fluid flowing into the heat exchange chamber through the fluid supply channel when entering the heat exchange chamber, therefore strikes directly in the sense of impingement cooling. By this impact, a high heat transfer coefficient is achieved. Only then does the tempering fluid flow out of the heat exchange chamber through the fluid discharge channel.
  • the direction of inflow of the tempering fluid from the fluid supply channel into the heat exchange chamber in its lateral direction should be arranged offset from the heat exchange chamber through a fluid discharge channel by an outflow direction of the tempering fluid.
  • a lateral direction is to be understood as meaning a direction which is perpendicular to the respective flow direction. For example, this direction can correspond to an axial direction of the tempering device.
  • the wall of the heat exchange chamber has at least one heat transfer surface which is thermally associated with a pressure zone which is associated with the applied region of the die casting device.
  • the pressure zone is an area which either itself is acted upon or acted upon directly by the casting material or is at least assigned to the applied area of the die casting facility.
  • the heat transfer surface is thermally associated with the print zone, which means that heat is transferable between the heat transfer surface and the print zone.
  • the pressure zone are on one side of the wall of the tempering and the heat transfer surface on the opposite side of the wall.
  • the wall consists of a good heat-conducting material. Accordingly, the pressure zone or the region of the die casting device that can be charged with casting material can be tempered via the heat transfer surface. This applies in particular if the heat transfer surface can be overflowed or flowed with tempering fluid. It is particularly advantageous if the fluid supply channel of the tempering device is directed onto the heat transfer surface, so that tempering fluid flowing through the fluid supply channel into the heat exchange chamber directly overflows or impinges on the heat transfer surface.
  • the contour of the heat transfer surface is at least partially approximated to one, in particular three-dimensional contour of the print zone or corresponds to it.
  • This can be achieved for example by a uniform wall thickness of the wall, which are assigned to both the pressure zone and the heat transfer surface on opposite sides.
  • a desired heat conduction rate in this can also be achieved via an appropriate choice of wall thickness or specifically adjusted for specific areas.
  • the wall thickness of the wall decreases in the direction of flow of the fluid, since the fluid warms up when flowing through and thus decreases its cooling effect on the heat transfer surface or the pressure zone. To compensate for this, it may be necessary to increase the thermal conductivity of the wall, which is usually achieved by a smaller wall thickness.
  • the three-dimensional contour is understood to mean that the contour of the heat transfer surface in all spatial directions is approximated or corresponds to the contour of the print zone.
  • the receptacle has a frustoconical and formed centrally in the first component Recess is.
  • the receptacle is therefore present in the first component. It is designed as a recess and preferably passes through the first component completely, so it is open on both sides.
  • the region of the die-cast device that can be acted upon with casting material can be arranged in the recess.
  • the receptacle or recess forms the area with.
  • the flow channel for the casting material is achieved by an interaction of the receptacle and a counter element, in particular a G demmaterialleitfortses, the die casting device.
  • the recess is frusto-conical in shape, that is to say it has dimensions which reduce or enlarge in the longitudinal direction. It is provided that the recess is formed centrally, ie centrally, in the first component.
  • the second component is formed substantially plate-shaped.
  • the second component thus serves, for example, as a closure plate for the open-edged recess of the first component.
  • the second component has only a small thickness compared to its lateral extent.
  • the side of the second component facing the first component is substantially flat.
  • the heat exchange chamber is formed solely by the open-edged recess of the first component. Accordingly, the second component has no Fluidleitvertiefung which forms the heat exchange chamber at least partially with.
  • a development of the invention provides that the second component can be arranged in a receiving recess of the first component.
  • the first component accordingly has a depression which at least essentially corresponds to a shape or an outline of the second component.
  • the receiving recess has a depth which corresponds to the thickness of the second component substantially or greater.
  • the second component can be arranged on the first component such that a planar surface is formed or the second component does not project beyond the first component. In this way, a good handling of the tempering is achieved.
  • the second component After insertion of the second component into the receiving recess, it is preferably encompassed by the first component such that it is fixed at least in the lateral direction, that is, no slippage of the second component with respect to the first component in the lateral direction is possible.
  • the receiving recess may also be provided a seal, with which a sealing effect between the first component and the second component is achieved, so that the heat exchange chamber is sealed by the second component.
  • a development of the invention provides that the first and / or the second component have at least one projecting into the heat exchange chamber Fluidleitvorsprung. If the Fluidleitvorsprung provided on the first component, it usually has in the direction of the second component. Conversely, if it is provided on the second component, it points in the direction of the first component.
  • the Fluidleitvorsprungs is a contouring of the first or the second component and thus a wall of the heat exchange chamber achieved. With such contouring, the flow of the heat transfer surface can be improved with the Temper michsfluid or targeted areas of the heat transfer surface can be acted upon with Temper michsfluid. In this way, the better Abkühl mythizing or the faster cooling can be achieved.
  • a targeted arrangement of one or more Fluidleitvorsprünge to the first and / or the second component can thus be achieved a uniform temperature distribution or a uniform cooling effect of Temper michsvortechnisch or on the heat transfer surface.
  • the heat transfer surface is contoured so that a uniform as possible cooling is achieved. In this way, stresses in the casting material are avoided and thus achieved a high stability of the die-cast component.
  • a development of the invention provides that the first component is detachably connected to the second component, in particular by means of a screw connection. It is therefore provided that the second component is formed separately from the first component. Subsequently, the two components are assembled to the tempering and releasably connected together. In this case, the heat exchange chamber is formed.
  • the detachable connection can in principle be made arbitrarily. However, one is preferred Screw connection with at least one screw or a threaded bolt.
  • a further development of the invention provides that a seal sealing the heat exchange chamber is provided between the first component and the second component.
  • a seal sealing the heat exchange chamber is provided between the first component and the second component.
  • the seal can be designed for example as an O-ring and embrace the heat exchange chamber in the circumferential direction substantially. An exchange of the Temper michsfluids located in the heat exchange chamber is of course still possible by means of the fluid channel.
  • the invention further relates to a diecasting device having at least one tempering device, in particular according to the preceding embodiments, wherein the tempering device has a first component, a second component and at least one formed in the first component and / or the second component fluid channel, wherein the first component and / or the second component has at least one receptacle for a region of the die casting device, in particular a pouring inlet, which can be acted upon by a casting material, and wherein the fluid channel opens into at least one heat exchange chamber which is at least partially present as an open-edged recess in the first component and with the second Component is closable.
  • the die-casting device is, for example, a die-casting machine and is accordingly designed for the production of die-cast components. It has, in addition to other well-known elements on at least one Tempering device, which is according to the above statements education or training.
  • the FIG. 1 shows a die casting device 1, for example, a die casting machine or a part of such.
  • the die casting device 1 is used to produce one or more die-cast components (not shown). It has a casting mold unit 2, a runner unit 3 and a pouring inlet unit 4.
  • the casting mold unit 2 consists of a first die casting mold 5, the runner unit 3 of a second die casting mold 6 and the casting inlet unit 4 of a third die casting mold 7.
  • the first die casting mold 5 settles two die-cast mold parts 8 and 9 and the second die-casting mold of die-cast moldings 10 and 11 together.
  • the third die casting mold 7 consists of a die-cast molding 12.
  • the casting mold unit 2 has a casting mold 13.
  • the casting mold 13 essentially has a shape which represents a negative of a die-cast component to be produced.
  • casting material or melt is thus introduced into the casting mold 13 and, after cooling and solidification of the melt, the casting component is removed from the casting mold 13.
  • the FIG. 1 shows the G maneinlasstician 4 with the third die-casting mold 7.
  • the casting inlet unit 4 is associated with a formed as a cooling ring 14 tempering, which has a heat exchange chamber 15.
  • the cooling ring 14 or the tempering device consists of a first component 16 and a second component 17.
  • the cooling ring 14 and the first component 16 have a receptacle 18 for an area of the die-cast device 1 that can be charged with casting material.
  • the receptacle 18 is formed as a central recess 19, in which a G tellmaterialleitfortsatz 20 of the die-cast molding 12 engages.
  • a flow channel is formed as a pouring inlet 21, which may extend up to the Angussaku 3.
  • molten casting material may flow to pass through the gate unit 3 into the mold assembly 2.
  • the pouring inlet 21 becomes, when the G confusematerialleitfortsatz 20 is arranged in the receptacle 18, formed by a wall 22 of the receptacle 18 and the pouring inlet 21 of the G confusematerialleitfortsatz 20 together. This means that both the pouring inlet 21 and the wall 22 can be acted upon or acted upon by pouring material with the diecasting device 1 during casting.
  • the heat exchange chamber 15 is present as an open-edged recess 23 in the first component 16 at least partially.
  • Open-edge means that the recess 23 at least partially penetrates an outer wall of the cooling ring 14.
  • the open-edged recess 23 or the present through the passage of the outer wall opening can be closed by means of the second component 17.
  • the first component 16 has a receiving recess 24 which has a depth corresponding to the thickness of the second component 17.
  • the second component 17 can therefore be completely accommodated in the receiving recess 24.
  • the first component 16 and the second component 17 are connected to one another by means of a screw connection 25. These four screws are provided, which in the FIG. 1 but not shown.
  • a support surface 26 is provided for the second component 17, which is designed as around the heat exchange chamber 15 circumferential support web.
  • the receiving recess 24 is formed such that the first component 16 can completely accommodate the second component 17, so that the second component 17 rests on the support surface 26 at least in regions, whereby a sealing effect between the first component 16 and the second component 17 is achieved.
  • a seal may be provided in the support surface 26, which, for example is formed as an O-ring and further increases the sealing effect between the first component 16 and the second component 17.
  • FIG. 2 shows a side sectional view of the die-cast device 1, wherein the G maneinlasstician 4 and the tempering device or the cooling ring 14 are shown in detail.
  • the G recognizematerialleitfortsatz 20 is arranged in the receptacle 18, so that the pouring inlet 21 is formed jointly by the G recognizematerialleitfortsatz 20 and the wall 22.
  • the wall 22 of the heat exchange chamber 15 accordingly has a pressure zone 27, which can be acted upon by casting material or represents the region of the die casting device 1 that can be charged with casting material.
  • the pressure zone 27 is arranged on one side of the wall 22, outside the heat exchange chamber 15.
  • On the opposite side of the wall 22 is a heat transfer surface 28 before.
  • the heat transfer surface 28 at least partially limits the heat exchange chamber 15.
  • pressure zone 27 It is also thermally associated with the pressure zone 27. This means that between the pressure zone 27 and the heat transfer surface 28 heat is transferable. In other words, pressure zone 27 and heat transfer surface 28 are associated with each other in a heat-transferring manner. By tempering the heat transfer surface 28, therefore, the pressure zone 27 can be tempered.
  • the FIG. 3 shows a schematic representation of the tempering device or the cooling ring 14. Only the first component 16, but not the second component 17 is shown. It becomes clear that the first component 16 has a plurality of fluid channels 29 through which a temperature control fluid seals the cooling ring 14 can flow through. By this flow through the cooling ring 14 and thus the pressure zone 27 and the area acted upon by casting material of the die-cast device 1 is tempered, in particular cooled.
  • the FIG. 3 shows that several of the fluid channels 29 open into the heat exchange chamber 15. In this case, one of the fluid channels 29 is a Fluidzu 1500kanal 30 and another of the fluid channels 29 a Fluidabrioskanal 31. By the Fluidzu Switzerlandkanal 30 Temper istsfluid can be introduced into the heat exchange chamber 15 while it is removable through the Fluidabrioskanal 31.
  • fluid supply channel 30 and fluid discharge channel 31 is to be understood here purely by way of example.
  • the fluid supply passage 30 is fluidly connected to a fluid supply port 32 and the fluid discharge passage 31 to a fluid discharge port 33. These can be connected, for example, to a supply device which supplies the cooling ring 14 tempered temperature control fluid via the fluid supply connection 32 and removes it again through the fluid discharge connection 33.
  • FIG. 3 clearly shows that the heat exchange chamber 14 has a larger cross section than the fluid channels 29. This means that at the discharge point of the fluid channels 29 in the heat exchange chamber 15 in the direction of the heat exchange chamber 15 is an expansion of the flow cross section.
  • the fluid discharge channel 31 leads to the fluid supply channel 30 into the heat exchange chamber 15.
  • an opening point of the Fluidab 2015kanals 31 is disposed in the heat exchange chamber 15 is not opposite to an opening point of the Fluidzu 1500kanals 30 in the heat exchange chamber 15.
  • the Fluidab 2015kanal 31 is not directly flown by flowing through the Fluidzu Glasskanal 30 in the heat exchange chamber 14 Temper michsfluid. Rather, a flow through the heat exchange chamber 15 and thus an efficient temperature control of the heat transfer surface 28 is achieved.
  • the mouth points of Fluidzu Foodkanal 30 and Fluidab fertilkanal 31 are arranged in the heat exchange chamber 15 such that the heat transfer surface 28 can be overflowed over the largest part or its entire longitudinal extent of the Temper michsfluid.
  • a uniform temperature of the pressure zone 27 and the area acted upon by casting material of the die-cast device 1 is achieved.
  • the in the FIG. 1 illustrated die casting device 1 is used to produce die-cast components of casting material, which is in the form of the melt.
  • the die-cast parts 8 and 9 and the die-cast parts 10 and 11 are moved toward one another so that the casting mold 13 or a sprue area of the runner unit 3 is sealed.
  • the pressurized melt is fed through an opening of the casting inlet unit 4, which runs along the pouring inlet 21 in the direction of the Angusstechnik 3 and flows into the sprue region or flow channels.
  • the flow channels provide a fanning out of the stream of melt, so that the casting mold 13 can be fed to the melt in different positions as seen in the lateral direction.
  • the pouring inlet unit 4 is supplied to melt until the mold 13 is filled.
  • the melt is cooled, for which purpose fluid is introduced into heat exchange chambers of the die cast parts 8, 9, 10, 11 and 12 and the heat exchange chamber 15.
  • the temperature of the fluid or its mass flow is selected such that the best possible cooling characteristic of the die-cast component is present. For this purpose, it is particularly necessary to cool this as evenly as possible in order to ensure a sufficiently high stability of the die-cast component. Another goal is to cool as quickly as possible in order to achieve a high throughput of the die cast components and thus lower production costs.
  • the die-cast moldings 8 and 9 and the die-cast moldings 10 and 11 are displaced away from each other, so that the casting mold 13 and the sprue area are released.
  • the cooling ring 14 is removed from the casting inlet unit 4.
  • the produced die cast component together with the sprue remaining in the sprue area and the casting material of the die casting device 1 remaining in the area of the casting inlet unit 4 can be removed.
  • As part of a post-processing of the sprue is removed from the die-cast component and preferably remelted.

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Description

  • Die Erfindung betrifft eine Temperierungsvorrichtung für eine Druckgusseinrichtung, mit einem ersten Bauteil, einem zweiten Bauteil und mindestens einem in dem ersten Bauteil und/oder dem zweiten Bauteil ausgebildeten Fluidkanal. Die Erfindung betrifft weiterhin eine Druckgusseinrichtung.
  • Temperierungsvorrichtungen für Druckgusseinrichtungen sind aus dem Stand der Technik bekannt. Die Druckgusseinrichtung dient dabei dem Druckgießen. Das Druckgießen wird bevorzugt zum Gießen von Metall, insbesondere Nichteisenmetallen oder hochfesten Warmarbeitsstählen, oder Sonderwerkstoffen eingesetzt. Beim Druckgießen wird das geschmolzene Gießmaterial, die Schmelze, unter hohem Druck mit relativ großer Geschwindigkeit in eine Gießform - auch als Formeinsatz bezeichnet - gedrückt. Dabei werden Fließgeschwindigkeiten der Schmelze von 20 bis 160 m/s und kurze Schusszeiten zum Einbringen von 10 bis 100 ms erreicht. Die Gießform beziehungsweise Druckgussform besteht dabei beispielsweise aus Metall, bevorzugt aus einem Warmarbeitsstahl. Für das Druckgießen können das Warmkammer-Verfahren und das Kaltkammer-Verfahren unterschieden werden. Bei Ersterem bilden die Druckgusseinrichtung und ein Warmhalteofen für die Schmelze eine Einheit. Das Gießaggregat, welches die Schmelze der Gießform zuführt, befindet sich in der Schmelze; bei jedem Gießvorgang wird ein bestimmtes Volumen der Schmelze in die Gießform gedrückt. Bei dem Kaltkammer-Verfahren sind dagegen die Druckgusseinrichtung und der Warmhalteofen für die Schmelze getrennt angeordnet. Nur die für den jeweiligen Abguss erforderliche Menge wird in eine Gießkammer dosiert und von dort aus in die Gießform eingebracht.
  • Zur Temperierung, insbesondere zum Kühlen, zumindest eines Bereichs der Druckgusseinrichtung dient die Temperierungsvorrichtung. Diese kann insbesondere dazu verwendet werden, einen mit einem Gießmaterial beaufschlagbaren Bereich der Druckgusseinrichtung zu temperieren. Ein solcher Bereich ist beispielsweise ein Gießeinlass der Druckgusseinrichtung, entlang welchem oder durch welchen das Gießmaterial in Richtung einer Druckgussform der Druckgusseinrichtung gelangt. Dabei tritt jedoch bei aus dem Stand der Technik bekannten Temperierungsvorrichtungen das Problem auf, dass eine zuverlässige und gleichmäßige Temperierung des mit Gießmaterial beaufschlagbaren Bereichs nicht realisierbar ist. Die Temperierung beziehungsweise die Kühlung des Bereichs muss derart dimensioniert sein, dass eine zuverlässige Kühlung gegeben ist und gleichzeitig das Auskühlen eines herzustellenden Druckgussbauteils in der Druckgussform beziehungsweise des in dem Bereich verbliebenen Gießmaterials nicht durch zu schnelles und/oder zu ungleichmäßiges Abkühlen beeinträchtigt wird. Aus den Randbedingungen der ausreichenden Kühlung des Druckgussformteils und dem möglichst gleichmäßigen Abkühlen des Druckgussbauteils ergeben sich vergleichsweise niedrige Taktzeiten bei der Herstellung des Druckgussbauteils, um auf diese Weise eine gute Haltbarkeit des Druckgussbauteils zu erzielen. Das bedeutet jedoch, dass pro Zeiteinheit lediglich eine vergleichsweise niedrige Anzahl an Druckgussbauteilen herstellbar ist.
  • Aus der US 2005/274483 A1 ist eine Temperierungsvorrichtung der eingangs genannten Art bekannt, bei der ein Kühlblock aus mehreren Bauteilen zusammengesetzt ist. In den Bauteilen verlaufen Kühlungskanäle, um Gießmaterial in einem Angusskanal zu kühlen. Die erwähnten Bauteile sind derart zueinander angeordnet, dass die Kühlungskanäle den Kühlblock an verschiedenen Stellen durchsetzen, um eine gute Kühlung zu erzielen.
  • Aus der DE 10 2006 008 359 A1 ist ein Werkzeug bekannt, das eine mit Gießmaterial zu beaufschlagende Formschale aufweist. Das Werkzeug bildet einen mit dem Gießmaterial zu beaufschlagenden Bereich einer Druckgusseinrichtung.
  • Aus der DE 10 2007 054 723 A1 ist ein Formteil einer Druckgusseinrichtung mit einer mit Gießmaterial zu beaufschlagenden Oberfläche bekannt.
  • Es ist demgegenüber die Aufgabe der Erfindung, eine Temperierungsvorrichtung für eine Druckgusseinrichtung vorzustellen, welche die eingangs genannten Nachteile nicht aufweist, sondern gleichzeitig eine gute Auskühlungscharakteristik und einen hohen Durchsatz (Druckgussbauteile pro Zeiteinheit) ermöglicht.
  • Dies wird erfindungsgemäß mit einer Temperierungsvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 erreicht. Dabei ist vorgesehen, dass diese ein erstes Bauteil, ein zweites Bauteil und mindestens einen in dem ersten Bauteil und/oder dem zweiten Bauteil ausgebildeten Fluidkanal aufweist, wobei das erste Bauteil und/oder das zweite Bauteil zumindest eine Aufnahme für einen mit einem Gießmaterial beaufschlagbaren Bereich der Druckgusseinrichtung, insbesondere eines Gießeinlasses, aufweisen, und wobei der Fluidkanal in mindestens eine Wärmetauschkammer mündet, die als randoffene Ausnehmung in dem ersten Bauteil zumindest bereichsweise vorliegt und mit dem zweiten Bauteil verschließbar ist. Die Temperierungsvorrichtung für die Druckgusseinrichtung ist demnach zumindest zweiteilig ausgeführt. Sie setzt sich aus dem ersten und dem zweiten Bauteil zusammen.
  • Der zur Temperierung des Bereichs der Druckgusseinrichtung, also insbesondere des mit Gießmaterial beaufschlagbaren Bereichs, ist zumindest teilweise in der Aufnahme anordenbar. Der mit Gießmaterial beaufschlagbare Bereich der Druckgusseinrichtung ist beispielsweise der Gießeinlass, welcher in Form eines Strömungskanals vorliegen kann oder diesen mit ausbildet. Entlang des Strömungskanals kann während des Druckgussvorgangs Gießmaterial, also Schmelze, in Richtung der Druckgussform strömen, aus welcher nachfolgend das Druckgussbauteil entnommen werden kann. Die Aufnahme der Temperierungsvorrichtung kann entweder von dem ersten Bauteil, dem zweiten Bauteil oder von beiden Bauteilen gemeinsam ausgebildet sein.
  • Zur Temperierung ist die Temperierungsvorrichtung mit einem Temperierungsfluid, insbesondere Kühlfluid, beaufschlagbar. Dieses Temperierungsfluid durchströmt während eines Betriebs der Temperierungsvorrichtung den zumindest einen Fluidkanal, welcher in dem ersten Bauteil und/oder dem zweiten Bauteil ausgebildet ist. Der Fluidkanal mündet beispielsweise in einen Fluidanschluss der Temperierungsvorrichtung, über welchen das Temperierungsfluid in den Fluidkanal einbringbar beziehungsweise aus diesem entnehmbar ist. Um die Temperierungseffizienz der Temperierungsvorrichtung zu erhöhen, ist die Wärmetauschkammer vorgesehen. Die Wärmetauschkammer liegt als randoffene Ausnehmung in dem ersten Bauteil vor und ist mit Hilfe des zweiten Bauteils verschließbar. Das bedeutet, dass das zweite Bauteil derart an dem ersten Bauteil angeordnet werden kann, dass die randoffene Ausnehmung verschlossen und die Wärmetauschkammer ausgebildet ist.
  • Die randoffene Ausnehmung ist demnach zu dem zweiten Bauteil hin offen ausgebildet, wobei die Öffnung der Ausnehmung mit dem zweiten Bauteil abdeckbar beziehungsweise verschließbar ist. Über den Fluidkanal ist so weiterhin eine Versorgung der Wärmetauschkammer mit Temperierungsfluid gewährleistet. Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Wärmetauschkammer ausschließlich von der randoffenen Ausnehmung in dem ersten Bauteil gebildet ist, also keine weitere Vertiefung vorgesehen ist.
  • Durch das Einbringen des auf eine bestimmte Temperatur eingestellten Temperierungsfluid in die Wärmetauschkammer, kann die Temperatur des mit Gießmaterial beaufschlagbaren Bereichs der Druckgusseinrichtung zumindest näherungsweise steuernd und/oder regelnd eingestellt werden. Zu diesem Zweck kann an beziehungsweise in der Temperierungsvorrichtung mindestens ein Temperatursensor vorgesehen sein, mit welchem ihre Temperatur und/oder die Temperatur des beaufschlagbaren Bereichs zumindest näherungsweise bestimmbar ist. Aufgrund dieser bestimmten Temperatur kann anschließend die Temperatur und/oder der Durchsatz (Volumen beziehungsweise Masse pro Zeiteinheit) des Temperierungsfluids gewählt beziehungsweise eingestellt werden. Das Temperierungsfluid durchströmt die Wärmetauschkammer und überströmt dabei beispielsweise eine Wärmeübertragungsfläche. Wenn diese thermisch beziehungsweise wärmeübertragend dem mit Gießmaterial beaufschlagbaren Bereich zugeordnet ist, erfolgt auf diese Weise eine Temperierung des Bereichs.
  • Üblicherweise ist die Temperatur des Temperierungsfluids dabei deutlich kleiner als die Temperatur der Temperierungsvorrichtung beziehungsweise des beaufschlagbaren Bereichs, so dass diese möglichst schnell abgekühlt werden können und das herzustellende Druckgussbauteil der Druckgusseinrichtung entnommen werden kann. Im Unterschied zu aus dem Stand der Technik bekannten Temperierungsvorrichtungen ist hier demnach die Wärmetauschkammer zumindest teilweise in dem ersten Bauteil ausgebildet, was ein zuverlässigeres Beaufschlagen der Wärmeübertragungsfläche mit dem Temperierungsfluid und folglich eine bessere Abkühlcharakteristik beziehungsweise ein schnelleres Abkühlen des beaufschlagbaren Bereichs ermöglicht.
  • Mit der erfindungsgemäßen Ausgestaltung der Temperierungsvorrichtung ist es dabei gleichzeitig möglich, die zum Abkühlen des Druckgussbauteils benötigte Zeit deutlich zu verringern und so eine Steigerung des Durchsatzes für die Druckgussbauteile zu erzielen. Bei Versuchen mit einem bestimmten Druckgussbauteil wurde beispielsweise eine Reduzierung der für das Gießen und das anschließende Abkühlen benötigten Zeit von 31 s auf 21 s realisiert. Demnach lässt sich mit der hier beschriebenen Temperierungsvorrichtung eine deutliche Steigerung des Durchsatzes und folglich eine Reduzierung der Herstellungskosten des Druckgussbauteils erzielen. Es soll an dieser Stelle ausdrücklich erwähnt sein, dass die Temperierungsvorrichtung sowohl für eine Druckgusseinrichtung vorgesehen ist, welche gemäß dem Warmkammer-Verfahren arbeitet, als auch für eine solche, die das Kaltkammer-Verfahren umsetzt. Auch können beliebige Materialzusammensetzungen der Schmelze verwendet werden.
  • Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Wärmetauschkammer teilweise von einer Fluidleitvertiefung des zweiten Bauteils mit ausgebildet ist. Die Fluidleitvertiefung des zweiten Bauteils ist dabei zu dem ersten Bauteil hin offen ausgebildet. Sie kann demnach mit der randoffenen Ausnehmung des ersten Bauteils gemeinsam die Wärmetauschkammer bilden. Üblicherweise ist das Volumen der randoffenen Ausnehmung des ersten Bauteils größer als das Volumen der Fluidleitvertiefung. Es kann jedoch auch vorgesehen sein, dass die Fluidleitvertiefung ein größeres Volumen aufweist als die Ausnehmung des ersten Bauteils, also einen größeren Anteil an der Wärmetauschkammer hat.
  • Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Wärmetauschkammer einen größeren Querschnitt aufweist als der Fluidkanal. Der Querschnitt liegt dabei in einer Schnittebene, welche senkrecht auf der Richtung der größte Erstreckung des Fluidkanals steht. Dies gilt sowohl für den Fluidkanal als auch für die Wärmetauschkammer. Die Wärmetauschkammer weist demnach, im Querschnitt gesehen, eine größere, zur Temperierung der Druckgusseinrichtung beitragende Fläche auf. An der Mündungsstelle des Fluidkanals in die Wärmetauschkammer soll also eine Aufweitung vorliegen. Strömt aus den Fluidkanal Temperierungsfluid in die Wärmetauschkammer ein, so bildet sich eine Art Freistrahl in der Wärmetauschkammer.
  • Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass mehrere Fluidkanäle in die Wärmetauschkammer münden, wobei zumindest einer der Fluidkanäle ein mit einem Fluidzuführanschluss verbundener Fluidzuführkanal und mindestens ein weiterer der Fluidkanäle ein mit einem Fluidabführanschluss verbundener Fluidabführkanal ist. Durch den Fluidzuführkanal kann der Wärmetauschkammer das Temperierungsfluid zugeführt und über den Fluidabführkanal der Wärmetauschkammer entnommen werden. Der Fluidzuführanschluss und der Fluidabführanschluss, mit welchen der Fluidzuführkanal und der Fluidabführkanal verbunden beziehungsweise fluidverbunden sind, sind an der Temperierungsvorrichtung derart angeordnet, dass ein einfaches Anschließen an eine Zuführeinrichtung vorgenommen werden kann. Die Zuführeinrichtung dient beispielsweise der Versorgung mit Temperierungsfluid und/oder dessen Temperierung auf eine bestimmte Temperatur.
  • Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass der Fluidabführkanal, insbesondere in axialer Richtung der Temperierungsvorrichtung, versetzt zu dem Fluidzuführkanal in die Wärmetauschkammer mündet. Das bedeutet, dass der Fluidabführkanal und der Fluidzuführkanal in ihrer axialen Richtung gesehen nicht gegenüberliegend, sondern vielmehr versetzt zueinander in die Wärmetauschkammer einmünden. So trifft durch den Fluidzuführkanal in die Wärmetauschkammer einströmendes Temperierungsfluid nicht unmittelbar auf den Fluidabführkanal beziehungsweise dessen Mündungsstelle in die Wärmetauschkammer. Auf diese Weise wird eine Zirkulation des Temperierungsfluids in der Wärmetauschkammer erreicht. Besonders vorteilhaft ist es, wenn dem Fluidzuführkanal eine Wandung, insbesondere eine Wärmeübertragungsfläche, der Wärmetauschkammer gegenüber liegt.
  • Auf diese trifft das durch den Fluidzuführkanal in die Wärmetauschkammer einströmende Temperierungsfluid bei seinem Eintreten in die Wärmetauschkammer demnach unmittelbar im Sinne einer Prallkühlung auf. Durch dieses Auftreffen wird ein hoher Wärmeübertragungskoeffizient erzielt. Erst nachfolgend strömt das Temperierungsfluid durch den Fluidabführkanal wieder aus der Wärmetauschkammer ab. Anders ausgedrückt soll die Einströmungsrichtung des Temperierungsfluids aus dem Fluidzuführkanal in die Wärmetauschkammer in ihrer lateralen Richtung versetzt zu einer Ausströmungsrichtung des Temperierungsfluids durch den Fluidabführkanal aus der Wärmetauschkammer angeordnet sein. Unter lateraler Richtung ist dabei eine Richtung zu verstehen, welche auf der jeweiligen Strömungsrichtung senkrecht steht. Beispielsweise kann diese Richtung einer axialen Richtung der Temperierungsvorrichtung entsprechen.
  • Es ist vorgesehen, dass die Wandung der Wärmetauschkammer mindestens eine Wärmeübertragungsfläche aufweist, welche einer Druckzone, die mit dem beaufschlagten Bereich der Druckgusseinrichtung assoziiert ist, thermisch zugeordnet ist. Die Druckzone ist demnach ein Bereich, welcher entweder selbst unmittelbar mit dem Gießmaterial beaufschlagt beziehungsweise beaufschlagbar ist oder zumindest dem beaufschlagten Bereich der Druckgusseinrichtung zugeordnet ist. Die Wärmeübertragungsfläche ist der Druckzone thermisch zugeordnet, was bedeutet, dass zwischen der Wärmeübertragungsfläche und Druckzone Wärme übertragbar ist beziehungsweise übertragen wird. Beispielsweise liegen die Druckzone auf einer Seite der Wandung der Temperierungsvorrichtung und die Wärmeübertragungsfläche auf der gegenüberliegenden Seite der Wandung vor.
  • Vorzugsweise besteht die Wandung dabei aus einem gut wärmeleitenden Material. Über die Wärmeübertragungsfläche ist demnach die Druckzone beziehungsweise der mit Gießmaterial beaufschlagbare Bereich der Druckgusseinrichtung temperierbar. Dies gilt insbesondere, wenn die Wärmeübertragungsfläche mit Temperierungsfluid überströmbar beziehungsweise anströmbar ist. Besonders vorteilhaft ist es dabei, wenn der Fluidzuführkanal der Temperierungsvorrichtung auf die Wärmeübertragungsfläche gerichtet ist, so dass durch den Fluidzuführkanal in die Wärmetauschkammer einströmendes Temperierungsfluid die Wärmeübertragungsfläche direkt überströmt beziehungsweise auf diese aufprallt.
  • Es ist ferner vorgesehen, dass die Kontur der Wärmeübertragungsfläche zumindest bereichsweise an eine, insbesondere dreidimensionale Kontur der Druckzone angenähert ist oder ihr entspricht. Dies kann beispielsweise durch eine gleichmäßige Wandstärke der Wandung erreicht werden, welcher sowohl die Druckzone als auch die Wärmeübertragungsfläche auf jeweils gegenüberliegenden Seiten zugeordnet sind. Alternativ kann über eine entsprechende Wahl der Wandstärke jedoch auch eine gewünschte Wärmeleitrate in dieser erzielt werden beziehungsweise für bestimmte Bereiche gezielt eingestellt werden. Beispielsweise kann es vorgesehen sein, dass die Wandstärke der Wandung in Strömungsrichtung des Fluids abnimmt, da sich das Fluid bei dem Durchströmen aufwärmt und somit seine Kühlwirkung auf die Wärmeübertragungsfläche beziehungsweise die Druckzone abnimmt. Um dies auszugleichen, kann es notwendig sein, die Wärmeleitfähigkeit der Wandung zu erhöhen, was üblicherweise durch eine geringere Wandstärke erzielbar ist. Unter der dreidimensionalen Kontur ist dabei zu verstehen, dass die Kontur der Wärmeübertragungsfläche in allen Raumrichtungen an die Kontur der Druckzone angenähert ist beziehungsweise ihr entspricht.
  • Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Aufnahme eine kegelstumpfförmige und zentral in dem ersten Bauteil ausgebildete Ausnehmung ist. Die Aufnahme liegt demnach in dem ersten Bauteil vor. Sie ist als Ausnehmung ausgebildet und durchgreift vorzugsweise das erste Bauteil vollständig, ist also beidseitig randoffen ausgebildet. In der Ausnehmung kann, wie bereits vorstehend beschrieben, der mit Gießmaterial beaufschlagbare Bereich der Druckgusseinrichtung angeordnet werden. Alternativ bildet die Aufnahme beziehungsweise Ausnehmung den Bereich mit aus. Beispielsweise wird der Strömungskanal für das Gießmaterial durch ein Zusammenwirken der Aufnahme und eines Gegenelements, insbesondere eines Gießmaterialleitfortsatzes, der Druckgusseinrichtung erreicht. Wie erwähnt, ist die Ausnehmung kegelstumpfförmig ausgebildet, weist also sich in Längsrichtung verkleinernde oder vergrößernde Abmessungen auf. Dabei ist vorgesehen, dass die Ausnehmung zentral, also mittig, in dem ersten Bauteil ausgebildet ist.
  • Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass das zweite Bauteil im Wesentlichen plattenförmig ausgebildet ist. Das zweite Bauteil dient demnach beispielsweise als Verschlussplatte für die randoffene Ausnehmung des ersten Bauteils. Unter plattenförmig ist dabei zu verstehen, dass das zweite Bauteil im Vergleich zu seinen lateralen Erstreckungen lediglich eine geringe Stärke aufweist. Auch kann es vorgesehen sein, dass die dem ersten Bauteil zugewandte Seite des zweiten Bauteils im Wesentlichen eben ausgebildet ist. In diesem Fall wird die Wärmetauschkammer allein von der randoffenen Ausnehmung des ersten Bauteils ausgebildet. Das zweite Bauteil weist demnach keine Fluidleitvertiefung auf, welche die Wärmetauschkammer zumindest teilweise mit ausbildet.
  • Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass das zweite Bauteil in einer Aufnahmevertiefung des ersten Bauteils anordenbar ist. Das erste Bauteil weist demnach eine Vertiefung auf, welche einer Form beziehungsweise einem Umriss des zweiten Bauteils zumindest im Wesentlichen entspricht. Insbesondere ist es dabei vorteilhaft, wenn die Aufnahmevertiefung eine Tiefe aufweist, welche der Stärke des zweiten Bauteils im Wesentlichen entspricht oder größer ist. Somit kann das zweite Bauteil derart an dem ersten Bauteil angeordnet werden, dass eine plane Oberfläche gebildet ist beziehungsweise das zweite Bauteil nicht über das erste Bauteil übersteht. Auf diese Weise wird eine gute Handhabbarkeit der Temperierungsvorrichtung erreicht.
  • Nach dem Einsetzen des zweiten Bauteils in die Aufnahmevertiefung ist es vorzugsweise derart von dem ersten Bauteil umgriffen, dass es zumindest in lateraler Richtung festgesetzt ist, also kein Verrutschen des zweiten Bauteils gegenüber dem ersten Bauteils in lateraler Richtung möglich ist. In der Aufnahmevertiefung kann auch eine Dichtung vorgesehen sein, mit welcher eine Dichtwirkung zwischen dem ersten Bauteil und dem zweiten Bauteil erzielt wird, so dass die Wärmetauschkammer mittels des zweiten Bauteils dichtend abgeschlossen ist.
  • Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass das erste und/oder das zweite Bauteil mindestens einen in die Wärmetauschkammer hineinragenden Fluidleitvorsprung aufweisen. Ist der Fluidleitvorsprung an dem ersten Bauteil vorgesehen, so weist er üblicherweise in Richtung des zweiten Bauteils. Ist er umgekehrt an dem zweiten Bauteil vorgesehen, so weist er in Richtung des ersten Bauteils. Mittels des Fluidleitvorsprungs ist eine Konturierung des ersten beziehungsweise des zweiten Bauteils und damit einer Wandung der Wärmetauschkammer erzielt. Mit einer solchen Konturierung können die Anströmung der Wärmeübertragungsfläche mit dem Temperierungsfluid verbessert beziehungsweise gezielt Bereiche der Wärmeübertragungsfläche mit Temperierungsfluid beaufschlagt werden. Auf diese Weise ist die bessere Abkühlcharakteristik beziehungsweise das schnellere Abkühlen erzielbar. Durch eine gezielte Anordnung eines oder mehrerer Fluidleitvorsprünge an dem ersten und/oder dem zweiten Bauteil kann demnach eine gleichmäßige Temperaturverteilung beziehungsweise eine gleichmäßige Kühlwirkung der Temperierungsvorrichtung beziehungsweise auf die Wärmeübertragungsfläche erzielt werden.
  • Beispielsweise ist dies für Bereiche der Wärmeübertragungsfläche vorgesehen, welche mit thermisch besonders hoch belasteten Bereichen des beaufschlagbaren Bereichs korrespondieren. Vorzugsweise ist die Wärmeübertragungsfläche derart konturiert, dass ein möglichst gleichmäßiges Abkühlen erzielt wird. Auf diese Weise werden Spannungen in dem Gießmaterial vermieden und somit eine hohe Stabilität des Druckgussbauteils erreicht.
  • Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass das erste Bauteil mit dem zweiten Bauteil, insbesondere mittels einer Schraubverbindung, lösbar verbunden ist. Es ist demnach vorgesehen, dass das zweite Bauteil getrennt von dem ersten Bauteil ausgebildet wird. Anschließend werden die beiden Bauteile zu der Temperierungsvorrichtung zusammengesetzt und lösbar miteinander verbunden. Dabei wird die Wärmetauschkammer ausgebildet. Die lösbare Verbindung kann prinzipiell beliebig hergestellt sein. Bevorzugt ist jedoch eine Schraubverbindung mit wenigstens einer Schraube oder einem Gewindebolzen.
  • Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass zwischen dem ersten Bauteil und dem zweiten Bauteil eine die Wärmetauschkammer abdichtende Dichtung vorgesehen ist. Um ein unvorgesehenes Austreten des Temperierungsfluids aus der Wärmetauschkammer zu verhindern, ist dieser die Dichtung zugeordnet. Die Dichtung kann dabei beispielsweise als O-Ring ausgelegt sein und die Wärmetauschkammer in Umfangsrichtung im Wesentlichen umgreifen. Ein Austausch des in der Wärmetauschkammer befindlichen Temperierungsfluids ist selbstredend weiterhin mittels des Fluidkanals möglich.
  • Die Erfindung betrifft weiterhin eine Druckgusseinrichtung, mit mindestens einer Temperierungsvorrichtung, insbesondere gemäß den vorstehenden Ausführungen, wobei die Temperierungsvorrichtung über ein erstes Bauteil, ein zweites Bauteil und mindestens einen in dem ersten Bauteil und/oder dem zweiten Bauteil ausgebildeten Fluidkanal verfügt, wobei das erste Bauteil und/oder das zweite Bauteil zumindest eine Aufnahme für einen mit einem Gießmaterial beaufschlagbaren Bereich der Druckgusseinrichtung, insbesondere eines Gießeinlasses, aufweisen, und wobei der Fluidkanal in mindestens eine Wärmetauschkammer mündet, die als randoffene Ausnehmung in dem ersten Bauteil zumindest bereichsweise vorliegt und mit dem zweiten Bauteil verschließbar ist. Die Druckgusseinrichtung ist beispielsweise eine Druckgussmaschine und ist demnach zur Herstellung von Druckgussbauteilen ausgebildet. Sie verfügt neben weiteren, allgemein bekannten Elementen über mindestens eine Temperierungsvorrichtung, welche gemäß den vorstehenden Ausführungen aus- beziehungsweise weitergebildet ist.
  • Die Erfindung wird im Folgenden anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert, ohne dass eine Beschränkung der Erfindung erfolgt. Es zeigen:
    • Figur 1 eine Explosionsdarstellung einer Druckgusseinrichtung mit einer Gießformeinheit, einer Angusseinheit und einer Gießeinlasseinheit, wobei diese jeweils eine aus zwei Druckgussformteilen bestehende Druckgussform aufweisen,
    • Figur 2 eine seitliche Schnittdarstellung der Druckgusseinrichtung, wobei die Gießeinlasseinheit und eine Temperierungsvorrichtung im Detail dargestellt sind, und
    • Figur 3 eine schematische Darstellung der Temperierungsvorrichtung für die Druckgusseinrichtung, welche der Gießeinlasseinheit zugeordnet ist.
  • Die Figur 1 zeigt eine Druckgusseinrichtung 1, beispielsweise eine Druckgussmaschine beziehungsweise einen Teil einer solchen. Die Druckgusseinrichtung 1 dient der Herstellung eines oder mehrerer Druckgussbauteile (nicht dargestellt). Sie verfügt über eine Gießformeinheit 2, eine Angusseinheit 3 und eine Gießeinlasseinheit 4. Die Gießformeinheit 2 besteht aus einer ersten Druckgussform 5, die Angusseinheit 3 aus einer zweiten Druckgussform 6 und die Gießeinlasseinheit 4 aus einer dritten Druckgussform 7. Die erste Druckgussform 5 setzt sich aus zwei Druckgussformteilen 8 und 9 und die zweite Druckgussform aus Druckgussformteilen 10 und 11 zusammen. Die dritte Druckgussform 7 besteht aus einem Druckgussformteil 12.
  • Die Gießformeinheit 2 verfügt über eine Gießform 13. Die Gießform 13 weist im Wesentlichen eine Form auf, welche ein Negativ eines herzustellenden Druckgussbauteils wiedergibt. Bei einem mit der Druckgusseinrichtung 1 durchgeführten Gießvorgang wird demnach Gießmaterial beziehungsweise Schmelze in die Gießform 13 eingebracht und nach einem Abkühlen und Erstarren der Schmelze das Druckgussbauteil aus der Gießform 13 entnommen. Zu diesem Zweck ist das Druckgussformteil 8 und/oder das Druckgussformteil 9 in vertikaler Richtung von dem jeweils anderen Druckgussformteil 9 oder 8 fortverlagerbar. Zu diesem Zweck ist demnach eine entsprechende Verlagerungsvorrichtung vorgesehen.
  • Die Figur 1 zeigt weiterhin die Gießeinlasseinheit 4 mit der dritten Druckgussform 7. Der Gießeinlasseinheit 4 ist eine als Kühlring 14 ausgebildete Temperierungsvorrichtung zugeordnet, welche eine Wärmetauschkammer 15 aufweist. Der Kühlring 14 beziehungsweise die Temperierungsvorrichtung besteht dabei aus einem ersten Bauteil 16 und einem zweiten Bauteil 17. Der Kühlring 14 beziehungsweise das erste Bauteil 16 weisen eine Aufnahme 18 für einen mit Gießmaterial beaufschlagbaren Bereich der Druckgusseinrichtung 1 auf. Die Aufnahme 18 ist als zentrale Ausnehmung 19 ausgebildet, in welche ein Gießmaterialleitfortsatz 20 des Druckgussformteils 12 eingreift. Auf dem Gießmaterialleitfortsatz 20 ist ein Strömungskanal als Gießeinlass 21 ausgebildet, der sich bis hin zu der Angusseinheit 3 erstrecken kann. Entlang dieses Gießeinlasses 21 kann geschmolzenes Gießmaterial (Schmelze) strömen, um durch die Angusseinheit 3 in die Gießformeinheit 2 zu gelangen. Der Gießeinlass 21 wird, wenn der Gießmaterialleitfortsatz 20 in der Aufnahme 18 angeordnet ist, von einer Wandung 22 der Aufnahme 18 und dem Gießeinlass 21 des Gießmaterialleitfortsatzes 20 gemeinsam ausgebildet. Das bedeutet, dass sowohl der Gießeinlass 21 als auch die Wandung 22 bei einem Druckgießen mit der Druckgusseinrichtung 1 mit Gießmaterial beaufschlagbar beziehungsweise beaufschlagt sind.
  • Die Wärmetauschkammer 15 liegt als randoffene Ausnehmung 23 in dem ersten Bauteil 16 zumindest bereichsweise vor. Randoffen bedeutet dabei, dass die Ausnehmung 23 eine Außenwand des Kühlrings 14 zumindest teilweise durchgreift. Die randoffene Ausnehmung 23 beziehungsweise die durch das Durchgreifen der Außenwand vorliegende Öffnung ist mittels des zweiten Bauteils 17 verschließbar. Dabei weist das erste Bauteil 16 eine Aufnahmevertiefung 24 auf, welche eine der Stärke des zweiten Bauteils 17 entsprechende Tiefe aufweist. Das zweite Bauteil 17 kann also vollständig in der Aufnahmevertiefung 24 aufgenommen werden. Das erste Bauteil 16 und das zweite Bauteil 17 sind mittels einer Schraubverbindung 25 miteinander verbunden. Dazu sind vier Schrauben vorgesehen, welche in der Figur 1 jedoch nicht dargestellt sind.
  • In der Aufnahmevertiefung 24 ist eine Auflagefläche 26 für das zweite Bauteil 17 vorgesehen, welche als um die Wärmetauschkammer 15 umlaufender Auflagesteg ausgebildet ist. Die Aufnahmevertiefung 24 ist derart ausgebildet, dass das erste Bauteil 16 das zweite Bauteil 17 vollständig aufnehmen kann, so dass das zweite Bauteil 17 zumindest bereichsweise auf der Auflagefläche 26 aufliegt, wodurch eine Dichtwirkung zwischen dem ersten Bauteil 16 und dem zweiten Bauteil 17 erzielt wird. Zusätzlich kann in der Auflagefläche 26 selbstverständlich eine Dichtung vorgesehen werden, welche beispielsweise als O-Ring ausgebildet ist und die Dichtwirkung zwischen dem ersten Bauteil 16 und dem zweiten Bauteil 17 weiter erhöht.
  • Die Figur 2 zeigt eine seitliche Schnittdarstellung der Druckgusseinrichtung 1, wobei die Gießeinlasseinheit 4 und die Temperierungsvorrichtung beziehungsweise der Kühlring 14 im Detail dargestellt sind. Dabei ist der Gießmaterialleitfortsatz 20 in der Aufnahme 18 angeordnet, so dass der Gießeinlass 21 gemeinsam von dem Gießmaterialleitfortsatz 20 und der Wandung 22 ausgebildet ist. Die Wandung 22 der Wärmetauschkammer 15 weist demnach eine Druckzone 27 auf, welche mit Gießmaterial beaufschlagbar ist beziehungsweise den mit Gießmaterial beaufschlagbaren Bereich der Druckgusseinrichtung 1 darstellt. Die Druckzone 27 ist auf einer Seite der Wandung 22, außerhalb der Wärmetauschkammer 15, angeordnet. Auf der gegenüberliegenden Seite der Wandung 22 liegt eine Wärmeübertragungsfläche 28 vor. Die Wärmeübertragungsfläche 28 begrenzt zumindest teilweise die Wärmetauschkammer 15. Sie ist zudem der Druckzone 27 thermisch zugeordnet. Das bedeutet, dass zwischen der Druckzone 27 und der Wärmeübertragungsfläche 28 Wärme übertragbar ist. Anders gesagt sind Druckzone 27 und Wärmeübertragungsfläche 28 wärmeübertragend einander zugeordnet. Durch eine Temperierung der Wärmeübertragungsfläche 28 kann demnach auch die Druckzone 27 temperiert werden.
  • Die Figur 3 zeigt eine schematische Darstellung der Temperierungsvorrichtung beziehungsweise des Kühlrings 14. Dabei ist lediglich das erste Bauteil 16, nicht jedoch das zweite Bauteil 17 dargestellt. Es wird deutlich, dass das erste Bauteil 16 mehrere Fluidkanäle 29 aufweist, durch welche ein Temperierungsfluid den Kühlring 14 durchströmen kann. Durch dieses Durchströmen wird der Kühlring 14 und damit die Druckzone 27 beziehungsweise der mit Gießmaterial beaufschlagbare Bereich der Druckgusseinrichtung 1 temperiert, insbesondere gekühlt. Die Figur 3 zeigt, dass mehrere der Fluidkanäle 29 in die Wärmetauschkammer 15 einmünden. Dabei ist einer der Fluidkanäle 29 ein Fluidzuführkanal 30 und ein weiterer der Fluidkanäle 29 ein Fluidabführkanal 31. Durch den Fluidzuführkanal 30 kann Temperierungsfluid in die Wärmetauschkammer 15 eingebracht werden, während es ihr durch den Fluidabführkanal 31 entnehmbar ist.
  • Die Bezeichnung Fluidzuführkanal 30 und Fluidabführkanal 31 ist hier rein beispielhaft zu verstehen. Selbstverständlich kann das Temperierungsfluid durch einen beliebigen der Fluidkanäle 29 in die Wärmetauschkammer 15 eingebracht und durch einen beliebigen wieder entnommen werden. Der Fluidzuführkanal 30 ist mit einem Fluidzuführanschluss 32 und der Fluidabführkanal 31 mit einem Fluidabführanschluss 33 fluidverbunden. Diese können beispielsweise mit einer Zuführeinrichtung verbunden werden, welche über den Fluidzuführanschluss 32 den Kühlring 14 temperiertes Temperierungsfluid zuführt und durch den Fluidabführanschluss 33 wieder entnimmt.
  • Die Figur 3 zeigt eindeutig, dass die Wärmetauschkammer 14 einen größeren Querschnitt aufweist als die Fluidkanäle 29. Das bedeutet, dass an der Mündungsstelle der Fluidkanäle 29 in die Wärmetauschkammer 15 in Richtung der Wärmetauschkammer 15 eine Aufweitung des Strömungsquerschnitts vorliegt.
  • Es ist zudem erkennbar, dass der Fluidabführkanal 31 versetzt zu dem Fluidzuführkanal 30 in die Wärmetauschkammer 15 mündet. Das bedeutet, dass eine Mündungsstelle des Fluidabführkanals 31 in die Wärmetauschkammer 15 nicht gegenüberliegend einer Mündungsstelle des Fluidzuführkanals 30 in die Wärmetauschkammer 15 angeordnet ist. Auf diese Weise wird der Fluidabführkanal 31 nicht unmittelbar von durch den Fluidzuführkanal 30 in die Wärmetauschkammer 14 einströmendem Temperierungsfluid angeströmt. Vielmehr wird eine Durchströmung der Wärmetauschkammer 15 und damit eine effiziente Temperierung der Wärmeübertragungsfläche 28 erreicht. In dem in der Figur 3 dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Mündungsstellen von Fluidzuführkanal 30 und Fluidabführkanal 31 in die Wärmetauschkammer 15 derart angeordnet, dass die Wärmeübertragungsfläche 28 über den größten Teil beziehungsweise ihre gesamte Längserstreckung von dem Temperierungsfluid überströmbar ist. Somit wird eine gleichmäßige Temperierung der Druckzone 27 beziehungsweise des mit Gießmaterial beaufschlagbaren Bereichs der Druckgusseinrichtung 1 erreicht.
  • Die in der Figur 1 dargestellte Druckgusseinrichtung 1 dient dem Herstellen von Druckgussbauteilen aus Gießmaterial, welches in Form der Schmelze vorliegt. Zum Herstellen des Druckgussbauteils werden die Druckgussformteile 8 und 9 und die Druckgussformteile 10 und 11 aufeinander zu bewegt, sodass die Gießform 13 beziehungsweise ein Angussbereich der Angusseinheit 3 abgedichtet sind. Anschließend wird durch eine Öffnung der Gießeinlasseinheit 4 die unter Druck stehende Schmelze zugeführt, welche entlang des Gießeinlasses 21 in Richtung der Angusseinheit 3 läuft und in deren Angussbereich beziehungsweise Strömungskanäle einströmt. Die Strömungskanäle sorgen für eine Auffächerung des Stroms aus Schmelze, sodass der Gießform 13 die Schmelze in lateraler Richtung gesehen an verschiedenen Positionen zuführbar ist. Der Gießeinlasseinheit 4 wird solange Schmelze zugeführt, bis die Gießform 13 gefüllt ist.
  • Anschließend wird die Schmelze abgekühlt, wozu Fluid in Wärmetauschkammern der Druckgussformteile 8, 9, 10, 11 und 12 sowie die Wärmetauschkammer 15 eingebracht wird. Die Temperatur des Fluids beziehungsweise dessen Massenstrom wird derart gewählt, dass eine möglichst gute Abkühlcharakteristik des Druckgussbauteils vorliegt. Dazu ist es insbesondere notwendig, dieses möglichst gleichmäßig abzukühlen, um eine ausreichend hohe Stabilität des Druckgussbauteils zu gewährleisten. Ein weiteres Ziel ist das möglichst rasche Abkühlen, um einen hohen Durchsatz der Druckgussbauteile und damit geringere Produktionskosten zu erzielen.
  • Nach dem Erstarren beziehungsweise Abkühlen der Schmelze werden die Druckgussformteile 8 und 9 und die Druckgussformteile 10 und 11 jeweils voneinander wegverlagert, sodass die Gießform 13 und der Angussbereich freigegeben sind. Ebenso wird der Kühlring 14 von der Gießeinlasseinheit 4 entfernt. Anschließend kann das hergestellte Druckgussbauteil mitsamt dem in dem Angussbereich verbliebenen Anguss und dem im Bereich der Gießeinlasseinheit 4 verbliebenen Gießmaterial der Druckgusseinrichtung 1 entnommen werden. Im Rahmen einer Nachbearbeitung wird der Anguss von dem Druckgussbauteil entfernt und vorzugsweise erneut eingeschmolzen.

Claims (13)

  1. Temperierungsvorrichtung (14) für eine Druckgusseinrichtung (1), mit einem ersten Bauteil (16), einem zweiten Bauteil (17) und mindestens einem in dem ersten Bauteil (16) und/oder dem zweiten Bauteil (17) ausgebildeten Fluidkanal (29), und wobei der Fluidkanal (29) in mindestens eine Wärmetauschkammer (15) mündet, die als randoffene Ausnehmung (23) in dem ersten Bauteil (16) zumindest bereichsweise vorliegt und mit dem zweiten Bauteil (17) verschließbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Bauteil (16) und/oder das zweite Bauteil (17) zumindest eine Aufnahme (18) für einen mit einem Gießmaterial beaufschlagbaren Bereich (27) der Druckgusseinrichtung (1), insbesondere eines Gießeinlasses (21), aufweisen.
  2. Temperierungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmetauschkammer (15) teilweise von einer Fluidleitvertiefung des zweiten Bauteils (17) mit ausgebildet ist.
  3. Temperierungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmetauschkammer (15) einen größeren Querschnitt aufweist als der Fluidkanal (29).
  4. Temperierungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Fluidkanäle (29) in die Wärmetauschkammer (15) münden, wobei zumindest einer der Fluidkanäle (29) ein mit einem Fluidzuführanschluss (32) verbundener Fluidzuführkanal (30) und mindestens ein weiterer der Fluidkanäle (29) ein mit einem Fluidabführanschluss (33) verbundener Fluidabführkanal (31) ist.
  5. Temperierungsvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Fluidabführkanal (31), insbesondere in axialer Richtung der Temperierungsvorrichtung (14), versetzt zu dem Fluidzuführkanal (30) in die Wärmetauschkammer (15) mündet.
  6. Temperierungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufnahme (18) eine kegelstumpfförmige und zentral in dem ersten Bauteil (16) ausgebildete Ausnehmung (19) ist.
  7. Temperierungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Bauteil (17) im Wesentlichen plattenförmig ausgebildet ist.
  8. Temperierungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Bauteil (17) in einer Aufnahmevertiefung (24) des ersten Bauteils (16) anordenbar ist.
  9. Temperierungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Bauteil (16) und/oder das zweite Bauteil (17) mindestens einen in die Wärmetauschkammer (15) hineinragenden Fluidleitvorsprung aufweist.
  10. Temperierungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in der Wandung (22), insbesondere zwischen Wärmeübertragungsfläche (28) und Druckzone (27), mindestens eine Sensoraufnahme für einen Temperatursensor vorgesehen ist.
  11. Temperierungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Bauteil (16) mit dem zweiten Bauteil (17), insbesondere mittels einer Schraubverbindung (24), lösbar verbunden ist.
  12. Temperierungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem ersten Bauteil (16) und dem zweiten Bauteil (17) eine die Wärmetauschkammer (15) abdichtende Dichtung vorgesehen ist.
  13. Druckgusseinrichtung (1), mit mindestens einer Temperierungsvorrichtung (14), insbesondere gemäß einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Temperierungsvorrichtung (14) über ein erstes Bauteil (16), ein zweites Bauteil (17) und mindestens einen in dem ersten Bauteil (16) und/oder dem zweiten Bauteil (17) ausgebildeten Fluidkanal (29) verfügt, und wobei der Fluidkanal (29) in mindestens eine Wärmetauschkammer (15) mündet, die als randoffene Ausnehmung (23) in dem ersten Bauteil (16) zumindest bereichsweise vorliegt und mit dem zweiten Bauteil (17) verschließbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Bauteil (16) und/oder das zweite Bauteil (17) zumindest eine Aufnahme (18) für einen mit einem Gießmaterial beaufschlagbaren Bereich der Druckgusseinrichtung (1), insbesondere eines Gießeinlasses (21), aufweisen.
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