Schlaucharmaturen Beim Druckgießen sind die Anforderungen an Schnellverschlusskupplungen sehr hoch

Schnellverschlusskupplungen für Temperierflüssigkeiten werden beim Druckgießen extrem belastet. Dazu kommen Gussspritzer und Ablagerungen von Sprühmitteln, die das Entriegeln der Kupplungen blockieren können. Daher hat Stäubli Connectors, Bayreuth, für robuste Anwendungen Schnellverschlusskupplungen entwickelt, Trotz kompakter Abmessungen sind sie für einen hohen Durchfluss ausgelegt.

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Kennzeichnend für die Herstellung von Druckgussteilen sind sinkende Stückzahlen pro Losgröße bei unverkennbar zunehmender Teilevielfalt. Dadurch steigt die Anzahl der Rüstvorgänge und damit die Notwendigkeit, die beim Umrüsten anfallenden Kosten zu minimieren.

Einen Ansatz dazu bieten Schnellverschlusskupplungen zum rationellen Anschließen von Temperier- und Kühlschläuchen. Jedoch werden sie beim Druckgießen extrem rauen Umgebungsbedingungen ausgesetzt.

Das erfordert hohe Werkstoffqualität und eine anwendungsspezifische Auslegung der Kupplungen, wie jüngste Tests und Entwicklungen des Herstellers Stäubli Connectors, Bayreuth, zeigen (Bilder 1 und 2).

Das Einsparpotenzial von Schnellverschlusskupplungen hinsichtlich der Rüstkosten ist immens. Basis dafür ist die Zeiteinsparung aufgrund eines schnellen und einfachen Ein- und Auskuppelvorgangs bei hoher Funktionssicherheit.

Schnellverschlusskupplungen senken Rüstzeiten deutlich

So können Temperier- und Kühlschläuche in Sekundenschnelle mit einer Hand miteinander verbunden oder entkoppelt werden. Beim Ein- und Auskuppeln ist Leckagefreiheit garantiert. Der Grund dafür liegt in der Ventiltechnik, die Voraussetzung für ein spritzfreies Kuppeln ist.

Dadurch können Schnellverschlusskupplungen ein- oder beidseitig absperrend konzipiert werden oder ohne Absperrung sein. Das hängt vom Gefährdungspotenzial der Temperier- oder Kühlflüssigkeiten und den Druckverhältnissen in den Schläuchen ab. Sie entscheiden über die Ausstattung von Kupplungselement und Stecknippel mit oder ohne Ventil.

Baukastensystem als Basis für Weiterentwicklung und Anpassung

Grundlage für eine anwendungsspezifische Auslegung ist ein Baukastensystem. Es ermöglicht, die Baugröße, den Druckbereich, die Dichtung sowie die Art der Absperrung zu variieren. Dazu kommt eine optionale Ausstattung, die zum Beispiel Codierungen und Schutzhüllen umfasst. Mit diesen Optionen wird die Sicherheit in der Handhabung erhöht.

Das Ergebnis sind Schnellverschlusskupplungen, die sehr spezifisch der jeweiligen Anwendung angepasst sind. Das ist zum Beispiel bei der Kupplungsreihe RBE von Stäubli Connectors der Fall, bei der ein Druckbolzen für die erforderliche Verriegelung zwischen Kupplungselement und Stecknippel sorgt (Bild 1). Bei anderen Baureihen übernimmt eine Verriegelungshülse diese Funktion.

Außerdem vereinfacht das Baukastenprinzip die Integration von Weiterentwicklungen. So sind die hohen Prozesstemperaturen beim Druckgießen eine Herausforderung für jede Dichtung. Dazu kommen Gussspritzer und Ablagerungen von Sprühmitteln als Verunreinigung. Diese Verschmutzungen führen nicht selten zu einer starken äußeren Verkrustung auf den Schnellverschlusskupplungen (Bild 3).

Dadurch besteht die Gefahr, dass die Verriegelung blockiert. Ein Entriegeln ist dann nur noch mit hohem Kraftaufwand oder mit Hilfe von Werkzeugen möglich. Insbesondere bei diesen Bedingungen kommen die Vorteile des Druckbolzen-Verriegelungsprinzips zum Tragen.

Thermisch und chemisch ist die Belastung der Kupplungen extrem hoch

Beim Druckgießen werden die Formwerkzeuge auf bis zu bis zu 300 °C temperiert. Dazu sind als Wärmeträger Temperieröle erforderlich, die diese Temperatur ins Werkzeug transportieren. Beides setzt den Dichtungswerkstoffen zu: die thermische Belastung und die chemische Beanspruchung aufgrund der Öleigenschaften.

Üblicherweise kommen als Dichtungswerkstoff Elastomere zur Anwendung. Viele Elastomere werden im Laufe der Zeit jedoch hart. Undichte Kupplungen im gekuppelten oder ausgekuppelten Zustand sind die Folge.

Metall-Dichtungen können Elastomere noch nicht ersetzen

Vor kurzem wurden bei Stäubli Connectors metallische Dichtungswerkstoffe getestet. Die Ergebnisse zeigen, dass sie zwar bei hohen Temperaturen über eine lange Betriebszeit dicht halten, jedoch auch Nachteile haben.

So ist die Fertigung hochwertiger metallischer Dichtungen sehr teuer. Außerdem erfordern sie eine sehr hohe Kuppelkraft. Aufgrund der häufigen Wechsel der Druckgussformen und der heutigen Preissituation sind Metalldichtungen noch kein effizienter Elastomerersatz.

So wird die Auswahl passender Dichtungswerkstoffe weiterhin nicht einfach sein. Sie setzt umfangreiche Tests voraus – und viel Erfahrung im Umgang mit Dichtungswerkstoffen, um das Optimum zwischen Standzeit und Kosten zu erreichen, auf das auch die Lagerung des Verschlussnippels in den Kupplungen wesentlichen Einfluss hat.

Daher hat Stäubli Connectors verschiedene Abdichtkonzepte entwickelt, die je nach Anforderung angepasst werden können. Als preislich günstigste und effiziente Lösung für Schnellverschlusskupplungen hat sich die Kombination aus unterschiedlichen Elastomeren herausgestellt.

12 bis 14 mm Innendurchmesser haben sich als ideal für Schnellverschlusskupplungen erwiesen

Ein erstes Auswahlkriterium bei Schnellverschlusskupplungen ist der Durchfluss. Bei einem vorgegebenen Wärmeträger bestimmt er wesentlich die Geschwindigkeit der Wärmezu - oder -abfuhr und damit das Temperierverhalten von Druckgussformen.

Bei der Auslegung der Temperierung werden die größten Fehler gemacht. Für die Temperaturdifferenzen zwischen Ein- und Ausgang des Wärmeträgers sind drei Faktoren entscheidend: ein gleichmäßiger Wärmeabtransport, der Volumenstrom und die Strömungsgeschwindigkeit der Trägerflüssigkeit.

Gemäß jüngster Erkenntnisse hat sich ein Innendurchmesser bei den Werkzeugtemperierkanälen, Schläuchen und Kupplungen von 12 bis 14 mm als ideal herausgestellt. Ermittelt wurden er bei Verwendung derzeit gebräuchlicher Temperiergeräte. Dieser große Innendurchmesser ist bei Temperieröl notwendig.

Wärmeübergang von Druckgussform auf Temperieröl genau steuern

Der Grund dafür liegt in der niedrigen Wärmeleitfähigkeit von Öl. So ist der Wärmeleitwert von Temperieröl mit 0,13 niedriger als der von Wasser (Wärmeleitwert 0,6). Das hat Einfluss auf die Wärmeübergangsgeschwindigkeit zwischen der Druckgussform und der Trägerflüssigkeit.

Für das Druckgießen werden daher Schnellverschlusskupplungen benötigt, die einen hohe Durchflussgeschwindigkeit ermöglichen. Aufgrund der begrenzten Platzverhältnisse an der Druckgussform müssen sie dennoch kleinstmögliche Außenabmessungen haben.

Diese Kombination ist nun Stäubli Connectors gelungen. Entwickelt wurde die Baureihe CBI für Hochtemperatur-Anwendungen (Bild 2). Als Clean-Break-Konstruktion wird beim Ein- und Auskuppeln ein Verschmutzen der Maschinen und Werkzeuge verhindert – ein entscheidender Beitrag für mehr Sicherheit am Arbeitsplatz.

Andreas Lanßky ist Verkaufsleiter im Geschäftsbereich Connectors bei der Stäubli Tec-Systems GmbH in Bayreuth.

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