Het gebruik van warmtepompen bij spuit-, druk- en kokille gietwerk

De warmteafvoer in kernen kan in sommige gevallen bepalend zijn voor de takttijd van de gietmachine en daardoor van invloed op de kostprijs. Door toepassing van zogenaamde warmtepijpen kan de warmteafvoer sterk worden vergroot.


Figuur 1 Schematische voorstelling van de werking van een warmtepijp

In figuur 1 is een schematische doorsnede van een warmtepijp weergegeven. De werking ervan berust op het feit dat bij verdamping van vloeistoffen veel warmte wordt opgenomen bij een constante temperatuur en omgekeerd bij condensatie weer wordt afgegeven. In de warme zone van de warmtepijp die in de metalen kern steekt treedt verdamping van de vloeistof op waarmee de warmtepijp gedeeltelijk is gevuld. Door de sterke vergroting van het volume ontstaat plaatselijk een drukverhoging waardoor de ontstane damp naar het andere einde van de buis tracht te ontwijken. Dat deel wordt echter gekoeld waardoor de damp weer condenseert en een onderdruk ontstaat waardoor het drukverschil tussen het warme en het koude deel van de warmtepijp gehandhaafd blijft. Om de weer ontstane vloeistof tegen dit drukverschil in naar het warme deel te transporteren heeft men de warmtepijp inwendig bekleed met een poreuze laag. Door de capillaire werking van deze laag op de ontstane vloeistof wordt deze weer naar het warme einde gezogen waarna de beschreven cyclus zich herhaalt. Omdat de temperatuur in de pijp nagenoeg constant blijft en deze dus niet 'vol loopt' met warmte wordt de stollingswarmte van het gietstuk snel afgevoerd en kan de matrijs na korte tijd worden geopend.

De samenstelling van de toegepaste vloeistof en de werking van de capillaire laag zijn bepalend voor het temperatuurgebied waarin de warmtepijp kann worden toegepast. Door nieuwe ontwikkelingen op dit gebied zijn warmtepijpen gemaakt die kunnen worden toegepast bij temperaturen aan het oppervlak van de pijp tussen 20 en 320C hetgeen neerkomt op respectievelijk 50 en 500C aan het te koelen oppervlak. Het beste resultaat wordt verkregen als het warmteopnemende deel ongeveer één derde van de totale pijplengte bedraagt.


Figuur 2 Uitvoering van een kern met warmtepijp

Figuur 2. De pijpdiameter moet minimaal de helft van die van de kern zijn. Bij grotere en / of niet cilindrische kernen kunnen verscheidene warmtepijpen worden ingebracht (figuur 3). Het gat in de kern moet slechts 0,05 tot 0,10 mm groter zijn dan de pijp om een goede warmteoverdracht te waarborgen. In de lengterichting moet rekening worden gehouden met een grotere uitzetting van ongeveer 0,3% van de warmtepijp ten opzichte van de metalen kern. De warmtepijpen kunnen tot dicht aan het kernoppervlak worden aangebracht. Omdat ze pas bij relatief hoge temperaturen effectief beginnen te werken is het gevaar van afschrikken en hoge spanningen in de matrijs veel kleiner dan bij waterkoeling. In tabel 1 zijn de standaardafmetingen weergegeven van pijpen, gefabriceerd door de firma Speckenheuer GmbH te Eslohe (D).


Figuur 3 Kern met verschillende warmtepijpen


Standaard
maten
Lengtes L +/-1
 
D
50
63
80
100
125
160
200
250
M
3
X X X X X X    
 
4
X X X X X X X  
2.5
5
X X X X X X X X
3
6
X X X X X X X X
3
8
  X X X X X X X
4
10
   X X X X X X
5
12
   X X X X X X
6
16
      X X X X X
8
Tabel 1 Standaard afmetingen van warmtepijpen (alle aangeven in mm)


6/2016
zurück