Sprühkopf zum Auftragen von Trennmittel auf eine Gussform

Abstract

 Die vorliegende Erfindung betrifft einen Düsenkopf (1), insbesondere für einen Sprühkopf (2) zum Auftragen und Verteilen von Trennmittel auf Druck- oder Spritzgussformen, mit einem Gehäusemantel (3), in dem ein Bearbeitungsraum (4) ausgebildet ist, der ein zwischen einer trichterförmigen Öffnung (5) und einem Kolben (6) angeordnetes Düsenmodul (7) aufweist, mindestens einem an dem Gehäusemantel (3) ausgebildeten Anschluss, um der trichterförmigen Öffnung (5) über das Düsenmodul (7) Trennmittel zuzuführen, mindestens einem an dem Gehäusemantel (3) ausgebildeten Anschluss, um der trichterförmigen Öffnung (5) Druckluft zuzuführen.

Beschreibung

[0001] Die vorliegende Erfindung betrifft einen Düsenkopf gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und einen Sprühkopf mit mindestens zwei erfindungsgemäßen Düsenköpfen.

[0002] Düsenköpfe der obengenannten Art sind bekannt und beispielsweise in der DE 32 49 545 C2 beschrieben. Die in dieser Druckschrift beschriebenen Düsenköpfe bestehen aus einem Gehäusemantel, in dem ein Bearbeitungsraum ausgebildet ist, der über einen einteilig mit dem Gehäusemantel ausgeführten düsenförmigen Ansatz mit einer trichterförmigen Öffnung kommuniziert. Am Düsenkopf ist ein Anschluss für das zu versprühende Trennmittel vorgesehen, der über eine Eintrittsöffnung mit dem Bearbeitungsraum in Verbindung steht. In dem Bearbeitungsraum ist ein druckluftbetätigbarer Kolben vorgesehen, der mit seiner der trichterförmigen Öffnung zugewandten Seite in einer geschlossenen Stellung in den Ansatz hineinragt, und die Eintrittsöffnung für das Trennmittel verschließt.

[0003] Nachteilig an dieser Anordnung ist, dass bei Förderung von Trennmitteln, die beispielsweise eine Kombination aus Flüssigkeiten und Feststoffe enthalten können, aufgrund der durch die Feststoffe geförderten Abrasionseigenschaften ein schnelles Auswaschen des in dem Gehäusemantel ausgebildeten, düsenförmigen Ansatzes begünstigt werden kann. Durch die Abrasion und die damit gesteigerte Neigung zur Korrosion des Werkstoffes des Ansatzes wird die Geometrie der Düse verändert, was eine Veränderung der Sprüheigenschaften des Düsenkopfes verändert und damit die Lebensdauer des Bauteils verkürzt.

[0004] Bei einer negativen Veränderung der Sprüheigenschaften oder sogar einem Versagen des Werkstoffes bei zu geringen Wanddicken an dem Ansatz muss der Gehäusemantel bzw. der Düsenkopf vollständig ausgetauscht werden.

[0005] Ferner ist der Ansatz für die Förderung von Flüssigkeiten, die Feststoffe enthalten, nur bedingt geeignet, da sich der Ansatz schnell mit entsprechenden Feststoffen zusetzen kann. Um den Düsenkopf weiter betreiben zu können, muss der Ansatz erst gereinigt werden, wodurch die Zykluszeiten für die Herstellung von Serien von Druckgussteilen aufgrund entsprechender Instandhaltungsmaßnahmen stark verlängert werden.

[0006] Das auf die metallischen Dauerform aufzubringende Trennmittel hat die Aufgabe, Bauteile leichter Entformen zu können und die Druckgussform vor thermischen oder mechanischen Einflüssen zu schützen. Die im Stand der Technik bekannten Trennmittel benetzen die Oberflächen der Druckgussformen lediglich in einem Bereich zwischen ca. 150°C und ca. 250°C . Bei der Entnahmen von Druckgegossenen Bauteilen haben die Druckgussformen eine Temperatur von ca. 350°C. Bei diesen Temperaturen besteht die Gefahr, dass das Trennmittel verdampft. Daher müssen die Druckgussformen zunächst auf 150°C bis 250°C abgekühlt werden. Zur Abkühlung ist im Stand der Technik bekannt, ein Gemisch aus Trennmittel und Wasser auf die Druckgussform aufzubringen, um die Temperatur der Druckgussform auf den für die Benetzung geeigneten Wert von 150 °C bis 250°C abzukühlen. Bei diesem Vorgang wird ein Großteil des aufgebrachten Trennmittel-Wassergemisches verdampft, was mit einem hohen Verbrauch des Trennmittels einhergeht. Wenn die Temperatur der Druckgussform hingegen bei der Abkühlung unter 150°C fällt, wird das Trennmittel durch das darin enthaltene, nicht verdunstete Wasser von den Wänden der zu benetzenden Druckgussform abgewaschen und verbleibt nicht in der Druckgussform.

[0007] Ein weiterer Nachteil bei der notwendigen Abkühlung ist zum einen, dass ein relativ großer Temperaturgradient an den Wänden der Druckgussform entsteht, was zu vermehrten Eigenspannungen im Werkstoff führen kann. Außerdem wird es anschließend notwendig, die Druckgussform auf eine Bearbeitungstemperatur wieder aufzuheizen, was mit einem gesteigerten Energiebedarf einhergeht.

[0008] Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Düsenkopf bzw. ein Sprühkopf bereitzustellen, der flexible einsetzbar und auch für das Mikrosprühen von Trennmitteln mit unterschiedlichen Zusammensetzungen geeignet ist. Mikrosprühen im Sinne der Erfindung bedeutet, dass die Gesamtmenge des zu versprühenden Trennmittels gegenüber dem Stand der Technik um einen Faktor von bis zu 100 verringert ist, da das Trennmittel unverdünnt bzw. nahezu unverdünnt auf die Druckgussform aufgesprüht werden kann.

[0009] Ferner ist es Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren bereitzustellen, welches geringere Taktzeiten des Druckgussprozesses ermöglicht und gleichzeitig die Material-Energie- und Entsorgungskosten verringert.

[0010] Diese Aufgaben werden zum einen durch einen Düsenkopf gelöst, dessen Düsenmodul lösbar in dem Gehäusemantel befestigt ist.

[0011] Mit anderen Worten basiert die Erfindung einerseits auf dem Grundgedanken, dass das Düsenmodul auf einfache Weise in dem Düsenkopf montiert bzw. demontiert werden kann, beispielsweise um es auszutauschen, wenn das Düsenmodul durch die Förderung eines Trennmittels nach einiger Zeit ausgewaschen ist und sich dadurch die Sprüheigenschaften des Düsenkopfes nachteilig verändert haben.

[0012] Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, die Fördermenge des Trennmittels durch eine geeignete Wahl der Geometrie des Düsenmoduls zu steuern. Auch der Druck , mit dem das Trennmittel in den Bearbeitungsraum eingeleitet wird, kann zur Steuerung der Fördermenge pro Zeit genutzt werden. Allerdings ist es auch möglich, das Trennmittel drucklos zu fördern.

[0013] Die Förderung des Trennmittels kann dabei beispielsweise durch die Kolbenbewegung erfolgen. Soll eine größere Fördermenge des Trennmittels der trichterförmigen Öffnung zugeführt werden, kann der Durchmesser des Düsenmoduls bzw. das vom Düsenmodul eingeschlossene Einspritzvolumen größer gewählt werden. Soll anschließend eine geringere Fördermenge pro Druckgusszyklus der trichterförmigen Öffnung zugeführt werden, kann das Düsenmodul durch ein anderes Düsenmodul ersetzt werden, welches ein geringeres Einspritzvolumen umgibt bzw. einen geringeren Austrittsdurchmesser aufweist.

[0014] Der Durchmesser der Düse liegt vorteilhaft zwischen 0,1 und 5mm, noch bevorzugter zwischen 0,5 und 3mm und am bevorzugten bei 1,5mm.

[0015] Der Verfahrensdruck der Druckluft zur Förderung des Trennmittels beträgt zwischen 0,1 und 25bar, bevorzugt 0,1 bis 16bar noch bevorzugter 0,2 bis 3bar und insbesondere 0,5bar.

[0016] Um eine flexible Einsetzbarkeit des Düsenkopfes an unterschiedliche Druckgussprozesse zu erreichen, ist in einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung das Düsenmodul durch Wahl eines geeigneten Werkstoffs an das zuzuführende Trennmittel anpassbar ausgebildet. So kann das Düsenmodul einfach ausgetauscht werden, wenn ein Trennmittel gefördert werden soll, das eine Komponente enthält, welche beispielsweise die Korrosion des Werkstoffes des einen Düsenkörpers begünstigen würde aber keinen Einfluss auf das Werkstoffverhalten eines Düsenkopfes mit einer anderen Werkstoffzusammensetzung zeigt.

[0017] Der Werkstoff des Düsenmoduls besteht dabei vorteilhafter Weise aus einem verschleißfesten Material gewählt aus einer Gruppe beinhaltend eine Keramik, ein Edelstahl oder ein gehärteter Stahl, so dass auch Trennmittel eingesetzt werden können, die aus einem Gemisch aus Flüssigkeit und Foststoffen besteht, die durch die Beschleunigung der Feststoffe bei zu weichen Werkstoffen Abrasionen hervorrufen können. Durch das verschleißfeste Material wird ein Auswaschen durch Abrasion am Düsenmodul durch die Beschleunigung der Feststoffe verringert bzw. ganz verhindert.

[0018] Es ist nicht notwendig, dass das Düsenmodul vollständig aus dem verschleißfesten Material besteht. Vielmehr ist es auch möglich, lediglich die dem Kolben zugewandte Oberfläche des Düsenmoduls mit einer gehärteten Oberfläche oder einer Beschichtung zu versehen. Ferner ist es möglich, den Werkstoff diversen im Stand der Technik bekannten Wärmebehandlung zu unterziehen, um seine Härte noch weiter zu erhöhen.

[0019] Um eine Abrasion oder eine Korrosion zu verhindern, die beispielsweise hervorgerufen werden kann, wenn ein in dem Trennmittel vorhandener Stoff den Werkstoff, aus dem das Düsenmodul hergestellt ist, in ungünstiger Weise beeinflusst, kann verhindert werden, indem die dem Kolben zugewandte Oberfläche des Düsenmoduls mit einer entsprechenden schützenden Beschichtung wie beispielsweise eine TiN- Beschichtung versehen ist.

[0020] Um eine besonders kompakte Bauweise zu ermöglichen und auch Druckgussformen mit komplizierten Geometrien mit ausreichend Trennmittel gleichmäßig besprühen zu können, können die erfindungsgemäßen Düsenköpfe in dem Sprühkopf auf einem gemeinsamen Verteilerblock derart montierbar sein, dass den Düsenköpfen über gemeinsame Anschlüsse jeweils Trennmittel oder Druckluft zugeführt werden.

[0021] Hinsichtlich weiterer vorteilhafter Ausgestaltungen und Weiterbildung der Erfindung wird auf die Unteransprüche sowie die nachfolgende Beschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand der beiliegenden Zeichnung verwiesen. In der Zeichnung zeigt:

Figur 1

eine Schnittdarstellung durch ein erfindungsge- mäßen Düsenkopf; und

Figur 2

einen Sprühkopf mit zwei auf einer gemeinsamen Grundplatte montierten Düsenköpfen.

[0022] Figur 1 zeigt einen Querschnitt durch einen erfindungsgemäßen Düsenkopf 1 zum Einsatz in einen Sprühkopf 2 zum Auftragen und Verteilen von Trennmittel auf Druck- oder Spritzgussformen.

[0023] Der Düsenkopf 1 weist einen Gehäusemantel 3 auf, in dem ein Bearbeitungsraum 4 ausgebildet ist, der ein zwischen einer trichterförmigen Öffnung 5 und einem Kolben 6 angeordnetes Düsenmodul 7 aufweist. Das Düsenmodul 7 ist an seinem dem Kolben 6 zugewandten Ende ein Außengewinde 8 versehen, mit welchem es in den Gehäusemantel 3 eingeschraubt ist. Der Kolben 6 reicht mit seiner der trichterförmigen Öffnung 5 zugewandten Seite in einer geschlossenen Stellung in das Düsenmodul 7 hinein und verschließt dabei eine in dem Gehäusemantel 3 ausgebildete, nicht dargestellte Eintrittsöffnung, über die ein ebenfalls nicht dargestellter in dem Gehäusemantel 3 ausgebildeter Anschluss mit dem Bearbeitungsraum 4 kommuniziert. Zur Führung des druckluftbetätigbaren Kolbens 6 ist in diesem Ausführungsbeispiel eine Führungsbuchse 9 in dem Gehäusemantel 3 angeordnet.

[0024] Um den Kolben 6 in eine geöffnete Stellung zu bringen und so die Eintrittsöffnung für die Zufuhr von Trennmittel in den Bearbeitungsraum 4 freizugeben, ist ein Anschluss für Druckluft in dem Gehäusemantel 3 ausgebildet, die über eine nicht dargestellte Druckluft-Eintrittsöffnung mit dem Druckluftraum 10a verbunden ist. Der Kolben 6 wird in diesem Ausführungsbeispiel allein durch die Federkraft der Feder 12 in die geschlossene Stellung zurückgeführt, indem die Druckluftzufuhr zu dem Druckluftraum 10a unterbrochen wird. In dem Gehäusemantel 3 ist eine mit dem Druckluftraum 10b kommunizierende Entlüftungsöffnung ausgebildet, damit die im Druckluftraum 10b vorhandene Luft bei der Rückführung des Kolbens entsprechend der damit verbundenen Volumenverkleinerung entweichen kann.

[0025] Der Druckluftraum 10a, 10b und der Bearbeitungsraum 4 sind über ein Dichtmittel 11, wie beispielsweise ein O-Ring, gegeneinander abgedichtet, so dass weder die Druckluft zur Steuerung des Kolbens 6 in den Bearbeitungsraum 4 gelangen kann, noch Trennmittel in den Druckluftraum 10a, 10b.

[0026] Wird nun Druckluft über den Druckluftanschluss durch die Druckluft-Eintrittsöffnung in den Druckluftraum 10a geleitet, so wird der Kolben entgegen der Federkraft einer Rückstellfeder 12 aus dem Modul 7 hinausbewegt, wodurch die nicht dargestellte Eintrittsöffnung für das Trennmittel durch den Kolben 6 freigegeben wird. Das Trennmittel kann dadurch in den Bearbeitungsraum 4 gelangen und für den Fall, dass das Trennmittel drucklos gefördert wird, über eine Rückstellbewegung des Kolbens 6 über das Düsenmodul 7 der trichterförmigen Öffnung 5 zugeführt werden. Dazu ist es lediglich notwendig, die Einleitung der Druckluft in den Druckluftraum 10a zu unterbrechen.

[0027] Um eine Prozesssteuerung durch eine gezielte Trennmittelzufuhr zu ermöglichen, beispielsweise, indem die Eintrittsöffnung des Trennmittels nur teilweise von dem Kolben 6 freigegeben wird, oder die Überführung des Kolbens 6 von der geöffneten Stellung in die geschlossene Stellung zu beschleunigen, ist in einem nicht dargestellten Ausführungsbeispiel ein weiterer Druckluftanschluss im Gehäusemantel 3 ausgebildet, der über eine weitere Eintrittsöffnung mit dem Druckluftraum 10b kommuniziert. Der Kolben 6 wird in diesem Ausführungsbeispiel in die gewünschte Stellung bewegt, indem Druckluft in den Druckluftraum 10b eingeleitet wird, welche entweder die Federkraft der Feder 12 unterstützt, den Kolben 6 schneller in die geschlossene Stellung zu verfahren, oder die Position des Kolbens 6 solange verändert bis sich ein Druckgleichgewicht zwischen den Drucklufträumen 10a, 10b einstellt, um den Kolben 6 in einer Zwischenstellung zu halten und so die Eintrittsöffnung des Trennmittels nur teilweise zu öffnen. Natürlich ist es auch in diesem Ausführungsbeispiel möglich, den Kolben 6 allein durch die Federkraft der Feder 12 zurückzustellen, indem lediglich die Druckluftzufuhr zu dem Druckluftraum 10a unterbrochen wird, ohne dass zusätzlich Druckluft dem Druckluftraum 10b zugeführt wird.

[0028] Die Zuführung des Trennmittels zu der Trichterförmigen Öffnung5 über das Düsenmodul 7 kann aber auch kontinuierlich ohne Rückstellbewegung des Kolbens 6 erfolgen, indem das Trennmittel druckbeaufschlagt in den Bearbeitungsraum 4 eingeleitet wird. Der Kolben 6 wirkt in diesem Fall nicht dosierend, sondern dient lediglich zur Steuerung des Anfangs der Zuführung des Trennmittels und damit des Sprühvorgangs und beendet die Zuführung des Trennmittels am Ende eines Sprühzyklusses durch eine entsprechend eingeleitete Rückstellbewegung mittels Steuerung der Druckluftzufuhr in den Druckluftraum 10a, 10b.

[0029] Durch die Austauschbarkeit des Düsenmoduls 7 in dem Gehäusemantel 3 ist es möglich, die Fördermenge des Trennmittels bei kontinuierlicher Förderung beispielsweise über den anzuwählenden Durchmesser des Düsenmoduls 7 zu steuern. Ferner kann das Düsenmodul 7 aus einem anderen, an die Zusammensetzung des Trennmittel angepassten Werkstoff hergestellt sein als die restlichen Bestandteile des Düsenkopfes 1. Beispielsweise kann der Düsenkopf 1 aufgrund des zu bevorzugenden geringeren Gewichts und der damit verbundenen einfacheren Verfahrbarkeit aufgrund geringerer Trägheitskräfte vorwiegend aus Aluminium bestehen und das Düsemodul 7 beispielsweise aus einem Edelstahl, um die Neigung zur Abrasion durch das zu fördernde Trennmittel an dem Düsenmodul 7 zu verringern bzw. ganz zu verhindern, was notwendig wird, wenn das Trennmittel beispielsweise Feststoffe oder andere abrasions- oder korrosionsfördernde Stoffe beinhaltet.

[0030] Die Figur 2 zeigt einen erfindungsgemäßen Sprühkopf 2 mit zwei auf einem gemeinsamen Verteilerblock 13 montierten Düsenköpfen 1. Die Düsenköpfe 1 sind in Flanschbauweise montiert, was eine besonderes kompakte Bauweise und das Anordnen mehrerer Düsenköpfe 1 in geringen Abständen ermöglicht, so dass auch Druckgussformen mit komplizierteren Geometrien mit ausreichend Trennmittel gleichmäßig und gezielt besprüht werden können.

Ansprüche

1. Düsenkopf (1), insbesondere für einen Sprühkopf (2) zum Auftragen und Verteilen von Trennmittel auf Druckoder Spritzgussformen, mit

- einem Gehäusemantel (3), in dem ein Bearbeitungsraum (4) ausgebildet ist, der ein zwischen einer trichterförmigen Öffnung (5) und einem Kolben (6) angeordnetes Düsenmodul (7) aufweist,

- mindestens einem an dem Gehäusemantel (3) ausgebildeten Anschluss, um der trichterförmigen Öffnung (5) über das Düsenmodul (7) Trennmittel zuzuführen,

- mindestens einem an dem Gehäusemantel (3) ausgebildeten Anschluss, um der trichterförmigen Öffnung (5) Druckluft zuzuführen,

wobei der Kolben (6) mit seiner der trichterförmigen Seite (5) zugewandten Seite in einer geschlossenen Stellung in das Düsenmodul (7) hineinragt und eine in dem Gehäusemantel (3) ausgebildete Eintrittsöffnung für das Trennmittel verschließt und in einer geöffneten Stellung die Eintrittsöffnung für das Trennmittel freigibt, dadurch gekennzeichnet, dass das Düsenmodul lösbar in dem Gehäusemantel (3) befestigt ist.

2. Düsenkopf (1), insbesondere für einen Sprühkopf (2) zum Auftragen und Verteilen von Trennmittel auf Druckund Spritzgussformen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die dem Kolben (6) zugewandte Oberfläche des Düsenmoduls (7) eine gehärtete Oberfläche aufweist.

3. Düsenkopf (1) insbesondere für einen Sprühkopf (2) zum Auftragen und Verteilen von Trennmittel auf Druckoder Spritzgussformen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die dem Kolben (6) zugewandte Oberfläche des Düsenmoduls (7) mit einer Beschichtung, insbesondere eine TiN-Beschichtung, versehen ist.

4. Düsenkopf (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchmesser der Düse des Düsenmoduls (7) zwischen 0,1 und 5 mm, bevorzugt zwischen 0,5 und 3 mm und am bevorzugten 1,5 beträgt.

5. Düsenkopf (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass er aus einem Material gewählt aus einer Gruppe beinhaltend eine Keramik, einen Edelstahl oder einen gehärteten Stahl gebildet ist.

6. Sprühkopf (2) mit mindestens zwei Düsenköpfen (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Düsenköpfe (1) an einem gemeinsamen Verteilerblock (13) derart montierbar sind, dass den Düsenköpfen (1) über mindestens einen gemeinsamen Anschluss das Trennmittel und/oder die Druckluft zuführbar ist.

Zeichnung