11 FAKTOREN FÜR EINE EFFIZIENTE KÜHLUNG VON ... · 11 FAKTOREN FÜR EINE EFFIZIENTE KÜHLUNG VON SPRITZGUSSWERKZEUGEN Kürzere Zykluszeiten durch Optimierung von Geschwindigkeit

11 FAKTOREN FÜR EINE EFFIZIENTE KÜHLUNG VON SPRITZGUSSWERKZEUGENKürzere Zykluszeiten durch Optimierung von Geschwindigkeit und Qualität

EINFÜHRUNG

Schnellere Kühlung = höherer GewinnEiner der grundlegenden Faktoren, die entscheiden, ob Kunststoffteile rentabel produziert werden können oder nicht, ist die Zykluszeit – und ein sehr bedeutender Teil davon entfällt auf die Kühlung. Werkzeug- und Bauteilkonstrukteure wissen das und verlassen sich bei der Entwicklung von Kühlsystemen auf eine Kombination aus Fachwissen, Erfahrung, Intuition, Prototypen und Berechnungen mit CAE-Software.

Mit einem solchen Ansatz können Ingenieure produktiver arbeiten. Wenn Sie Kühlsysteme entwickeln, die funktionieren und für Ihre Anwendungen zuverlässige Ergebnisse liefern, haben Sie mehr Zeit, um sich auf die Konstruktion hochwertiger Werkzeuge zu konzentrieren.

Aber Zeit- und Kostendruck steigen. Wenn es Ihnen gelingt, unter Beibehaltung Ihrer strikten Qualitätsansprüche die Zykluszeiten zu verkürzen und Ihre Kunststoffteile zu geringeren Stückkosten zu produzieren, verschaffen Sie sich einen ganz klaren Wettbewerbsvorteil.

2 | 11 FAKTOREN FÜR EINE EFFIZIENTE KÜHLUNG VON SPRITZGUSSWERKZEUGEN

Abbildung 1: Die Formkühlung kann mehr als zwei Drittel der gesamten Zykluszeit in der Herstellung von Kunststoffspritzgussteilen ausmachen.

Öffnen des Werkzeugs

Entformen

Schließen des Werkzeugs Füllzeit

Nachdruckzeit

Abkühlzeit

Der Spritzgusszyklus

Die Kühlung spielt eine entscheidende Rolle: Selbst kleinste Änderungen im Kühlsystem können weitreichende Folgen für die Zykluszeit haben. In diesem E-Book finden Sie ein paar einfache Ideen und Anregungen für die Konzeption von neuartigen Kühlsystemen und die effizientere Nutzung traditioneller Kühlverfahren. So können Sie hochwertige Spritzgussteile in kürzerer Zeit fertigen und damit die finanzielle Position Ihres Unternehmens stärken.

EINFÜHRUNG

Schnellere Kühlung = höherer Gewinn


INHALTDIE ZIELE BEI DER KÜHLUNG01:

• Einheitliche Temperatur• Einheitlicher Druck• Werkzeugtemperatur

Seiten 5–10

GRUNDLEGENDE KÜHLVERFAHREN02:• Platzierung der Kühlkanäle• Gestaltung des Kühlkreislaufs• Trennbleche, Kühlfinger und thermische Stifte

Seiten 11–16

FORTGESCHRITTENE KÜHLVERFAHREN03:• Einsätze mit hoher Wärmeleitfähigkeit• Konturnahe Kühlung• Schnelle Erwärmung

Seiten 17–19

DIE KÜHLUNG BEEINFLUSSENDE FAKTOREN IN DER PRODUKTION04:• Korrosion und Ablagerungen• Identische Rüstung

Seiten 20–22

FAZIT05:• Die Rolle der Simulation• Abschließende Bemerkungen• Quellen

Seite 23


DIE ZIELE BEI DER KÜHLUNGDie Leistungsfähigkeit eines Kühlsystems hängt maßgeblich davon ab, ob es gelingt, das ideale Gleichgewicht zwischen

der Temperatur des Werkzeugs und dem Druck des Kühlmittels zu finden.


kann. Der Druck des Kühlmittels bestimmt Fließgeschwindigkeiten und Turbulenzen und lässt Heißstellen entstehen. Das Werkzeugmaterial hat entscheidenden Einfluss auf die Wärmeübertragung. Und auch wenn vor sechs Wochen alles perfekt funktioniert hat, kann es diesmal ganz anders sein: ein leicht veränderter Werkstoff, ein anderes Kühlmittel, Rost oder Ablagerungen im Kühlkanal oder eine kleine undichte Stelle im Werkzeug.

Mit einem effizienten Kühlsystem können Sie Probleme dieser Art umgehen und die richtige Mischung aus Temperatur, Druck und Zeit finden, um das ultimative Ziel zu erreichen: die Verkürzung der Zykluszeit. Die folgenden drei Faktoren sollten Sie bei der Konstruktion Ihrer Werkzeuge berücksichtigen.

In der Theorie geht Spritzguss so: Die Schnecke drückt den Kunststoff durch die Düse, das Polymer fließt mit Glasübergangstemperatur in das Werkzeug, der gewünschte Druck wird erreicht und das Werkzeug wird gefüllt. Ein paar Augenblicke später ist das heiße Polymer ausgekühlt und hat eine homogene Entformungstemperatur erreicht.

Die Praxis sieht leider etwas anders aus, denn hier greifen die Gesetze der Physik ein.

Es ist praktisch unmöglich, dass die Kunststoffschmelze den Zylinder der Spritzeinheit mit perfekt einheitlicher Temperatur verlässt. Komplexe Spritzgussteile bestehen aus dickeren und dünneren Bereichen, Asymmetrien und Kernen, die verhindern, dass die Wärme einheitlich übertragen und das Gussteil gleichmäßig auskühlen

DIE ZIELE BEI DER KÜHLUNG

Auf das Gleichgewicht kommt es an


Unterschiede von mehr als 5 ºC zwischen Kern und Kavität sollten auf jeden Fall vermieden werden. Hier spielen mehrere Faktoren eine Rolle, aber der wichtigste ist das Material. Mit der Wärmeleitfähigkeit des Werkzeugs ändert sich auch der Temperaturunterschied.

Ingenieure müssen hier einen Kompromiss zwischen Geschwindigkeit und Qualität finden. Kürzere Zykluszeiten steigern das Risiko des Formteilverzugs bei preiswerteren Werkzeugmaterialien wie Werkzeugstahl H13 oder rostfreiem Edelstahl 420 (siehe Abb. 2). Längere Zykluszeiten reduzieren das Verzugsrisiko bei allen Materialien, erhöhen aber die Produktionskosten.

Die Zykluszeit reagiert am sensibelsten auf Änderungen der Werkzeugtemperatur. Das ist der Grund, warum einheitliche Temperaturen für Werkzeugkonstrukteure eine so wichtige Rolle spielen. Eine der größten Herausforderungen hier ist der Temperaturunterschied zwischen Kern und Kavität.

Beim Auskühlen schwindet die Polymerschmelze für gewöhnlich in Richtung Kernseite. Weil mehr Material mit dem Kern in Kontakt ist als mit der Kavität, entweicht auch mehr Wärme über den Kern. Daher muss die Kernseite besser gekühlt werden. Wenn der Temperaturunterscheid zu hoch ist, führt dies unweigerlich zu Verzug.


Einheitliche Temperatur


Bei Bauteilen mit gröberer Toleranz, bei denen Temperaturunterschiede von über 5 ºC mit entsprechendem Verzug in Kauf genommen werden können, kann bedenkenlos auf günstigere Werkzeugmaterialien zurückgegriffen werden. Für Kunststoffteile mit sehr engen Toleranzwerten oder höheren Gesamtvolumen brauchen Sie entweder längere Zykluszeiten oder ein teureres Werkzeugmaterial, um unter den 5 ºC zu bleiben.

Abbildung 2: Das Material, aus dem der Kern gefertigt ist, hat großen Einfluss auf den Formteilverzug in den ersten 10 Sekunden der Abkühlzeit.


Einheitliche Temperatur

Zykluszeit (Sek.)

12

H13 (Werkzeugstahl)

LEGENDE

420 (Edelstahl)

C17200 (Berylliumkupfer)

C18000 (Kupfer-Chrom-Nickel-Silizium)

C17510 (Berylliumkupfer)

Form

teilv

erzu

g (m

m)

0.4

0.0

0.8

1.2

1.6

2.0

6 7 8 9 10 11


Wärmeübertragung stünde in keinem angemessenen Verhältnis zu dem höheren Druckverlust in den Kühlkanälen und dem Bedarf an höherer Pumpenleistung.

Für Reynolds-Zahlen über 10.000 brauchen Sie bei einem 3/8-Zoll-Rohr (NPT) eine Fließgeschwindigkeit von 8,9 Litern pro Minute. Beachten Sie, dass bei Zumischung von 50 % Glykol die Fließgeschwindigkeit verdoppelt werden muss. Natürlich hängt die erforderliche Fließgeschwindigkeit in jeder konkreten Anwendung von der Kühlmitteltemperatur und dem Rohrdurchmesser ab.

Die Einlässe sollten den gleichen Durchmesser aufweisen wie die Kühlleitungen, damit ein einheitlicher Druck gewahrt wird. Bei komplexen Formteilgeometrien können Kühlkanäle mit Kühlfingern oder Trennblechen zur Vereinheitlichung der Werkzeugtemperatur beitragen. Auch hier muss auf den gleichen Durchmesser wie bei den Kühlleitungen geachtet werden, damit keine Druckverluste entstehen, die sich auf die Fließgeschwindigkeit auswirken können.

Wie die Temperatur muss auch der Druck in den Kühlleitungen so einheitlich wie möglich gehalten werden. Im Idealfall sollte der Druckverlust im Werkzeug nicht mehr als 0,35 bar betragen. Ein einheitlicher Druck in allen Leitungen des Kühlsystems sorgt für eine ausreichend turbulente Strömung des Kühlmittels und erleichtert das Erkennen von Engstellen. Bei einem Druckverlust von über 0,35 bar fällt die Reynolds-Zahl unter das gewünschte Niveau. Es entstehen Heißstellen, die eine gleichmäßige Temperaturverteilung verhindern.

Eine ausreichende Turbulenz ist maßgeblich für eine effiziente Kühlung. Im Unterschied zur laminaren Strömung, die Wärme nur durch Wärmeleitung überträgt, transportiert die turbulente Strömung Wärme sowohl durch Leitung als auch durch Konvektion, was die Kühleffizienz enorm erhöht.

Das Ziel ist eine Reynolds-Zahl höher als 10.000. Sobald ein Turbulenzgrad dieser Größenordnung erreicht ist, nimmt der Wärmeabtransport mit steigender Kühlmittelströmung nur noch wenig zu, sodass es sinnlos scheint, weitere Energie aufzuwenden. In anderen Worten: Eine geringfügige Verbesserung der


Einheitlicher Druck


Der Temperaturunterschied zwischen dem heißen Polymer in der Form und der Form selbst ist ein weiterer Faktor, der bei der Planung eines effizienten Kühlsystems berücksichtigt werden muss.

Im Idealfall sollte dieser Unterschied nicht mehr als 25 % betragen. Je näher die Temperatur von Form und Schmelze beieinanderliegen, desto besser ist die zu erwartende Qualität des Formteils. Bei Unterschieden über 25 % können Sie davon ausgehen, dass die Oberflächengüte Ihren Qualitätskriterien nicht entsprechen wird.

Dies gibt Werkzeugkonstrukteuren die Möglichkeit, das Kühlverfahren je nach Anwendung unterschiedlich zu konzipieren. Wenn Sie beispielsweise nicht unbedingt eine Oberfläche von höchster Qualität erzielen müssen, braucht das Werkzeug nicht ganz so heiß zu sein, was die anschließende Kühlung natürlich beschleunigt.


Werkzeugtemperatur


GRUNDLEGENDE KÜHLVERFAHREN

Effiziente Kühlsysteme beginnen mit ein paar Grundregeln der Werkzeugkonstruktion.


Das Ziel bei der Positionierung der Kühlkanäle im Werkzeug ist eine einheitliche Werkzeugoberflächentemperatur. Diese wird bestimmt durch Tiefe und Abstand der Kühlkanäle. Sehen Sie sich die folgenden Beispiele einer Kühlkanalkonfiguration an, ausgeführt in Werkzeugstahl P20 mit einem Bohrungsdurchmesser (D) von 11,1 mm (7/16"), Kühlmitteltemperatur 30 ºC und Zykluszeit 17 Sekunden (siehe Abb. 3).

Wenn die Kanaltiefe 1,0 D beträgt und der Kanalabstand 2,5 D, ist die Temperatur an der Werkzeugoberfläche relativ einheitlich: Der Unterschied beträgt nur etwa 1 °C. Die Durchschnittstemperatur liegt mit knapp unter 40 °C nur 10 °C über der Temperatur des Kühlmittels. Wird der Kanalabstand – bei gleichbleibender Tiefe – nun deutlich erhöht (auf 10 D), steigt der Temperaturunterschied an der Werkzeugoberfläche bei einer Durchschnittstemperatur von 56 °C auf 25 °C. Das bedeutet: Bei zunehmendem Abstand zwischen den Kanälen sinkt die Kühlleistung.

Bei gleichen Werten für Tiefe und Abstand, nämlich 2,5 D, ist die Werkzeugoberflächentemperatur praktisch uniform, aber der Unterschied zur Kühlmitteltemperatur steigt auf über 20 °C. Tiefer liegende Kanäle wirken sich also selbst bei korrekten Abständen negativ auf die Kühlleistung aus.


Platzierung der KühlkanäleEin guter StartWenn Sie einheitliche Temperaturen und Drücke erreichen wollen, müssen Sie einige Grundregeln beachten. Viele Ingenieure werden mit den folgenden drei Punkten vertraut sein; deren korrekte Beachtung spielt eine maßgebliche Rolle bei der Verbesserung der Kühlleistung, um ein Optimum aus Geschwindigkeit, Qualität und Kosten zu erzielen.


Wenn Sie die Kanaltiefe auf 5 D und den Abstand auf 10 D erhöhen, bleibt die Werkzeugoberflächentemperatur mit einer Abweichung von weniger als 2 °C relativ einheitlich, aber die Durchschnittstemperatur liegt 46 °C über der Temperatur des Kühlmittels. Das Ziel ist zwar eine einheitliche Temperatur, jedoch eine, die nicht signifikant höher ist als die Temperatur des Kühlmittels.

Abbildung 3: Die Größe und Platzierung der Kühlkanäle hat deutliche Auswirkungen auf die Differenz zwischen Werkzeug- und Kühlmitteltemperatur.


Werkzeugoberfläche Tiefe

Durchmesser

Abstand

Position auf dem Werkzeug

Tiefe 5 D, Abstand 10 D

Tiefe 2,5 D, Abstand 2,5 D

Tiefe 1 D, Abstand 10 D

Tiefe 1 D, Abstand 2,5 D

80

75

70

65

60

55

50

45

40

35

30

0 50 100 150 200 250

Tem

pera

tur (

°C)


Bei der Gestaltung des Kühlkreislaufs hat der Werkzeugkonstrukteur die Wahl zwischen einem parallelen und einem seriellen Kühlkreis. Parallel verlaufende Kühlkanäle werden direkt von einem Verteiler zu einem Sammler geführt. Dabei kommt es aufgrund leichter Unterschiede beim Fließwiderstand zu Abweichungen bei der Fließgeschwindigkeit, was wiederum zu entsprechenden Unterschieden bei der Wärmeübertragungsleistung führt. Die Folge sind Heißstellen und ungleichförmiges Abkühlen.

Diese Nachteile sind der Grund, warum heute viel öfter serielle Kühlkreisläufe eingesetzt werden, bei denen der Kanal in einem geschlossenen Weg vom Einlass zum Auslass geführt wird. Ein einzelner Kühlkanal mit einheitlichem Durchmesser kann die gewünschte Fließgeschwindigkeit über seine gesamte Länge aufrechterhalten. Abbildung 4: Deutliche Unterschiede bei Fließgeschwindigkeit und Reynolds-Zahl in

seriellen und parallelen Kühlkreisläufen

Paralleler Kühlkreislauf

Serieller Kühlkreislauf


Gestaltung des Kühlkreislaufs


zurück in den Hauptkanal. Meist hat der Kanal mit dem Trennblech einen leicht größeren Durchmesser als die Hauptleitung, um sicherzustellen, dass das Trennblech die Hauptleitung vollständig abschließt.Der Kühlfinger folgt einem ähnlichen Prinzip, wobei das Trennblech durch ein Steigrohr ersetzt wird. Das Kühlmittel fließt in das untere Ende des Steigrohres ein und tritt am oberen Ende wieder aus. Anschließend läuft es an der Außenseite zurück nach unten. Besonders geeignet sind Kühlfinger zur Kühlung schlanker Kerne und besonders flacher Werkzeugbereiche, in die keine Kanäle gebohrt oder gefräst werden können.

Die kernseitige Kühlung bietet einige besondere Herausforderungen, da auf der Kernseite auch Überstände, Vorsprünge und Ähnliches vorhanden sein können, die mit konventionellen Kühlleitungen kaum zu erreichen sind. Hier kommen Hilfsmittel wie Trennbleche, Kühlfinger und Kühlstifte ins Spiel.

Bei der Trennblechkühlung wird rechtwinklig zu einer Hauptleitung ein zusätzlicher Kühlkanal mit einer mittig verlaufenden Trennwand gebohrt. Das Kühlmittel aus der Hauptkühlleitung trifft auf das Blech und fließt im Nebenkanal das Blech entlang bis zur Spitze des Blechs, auf der anderen Seite wieder herunter und


Trennbleche, Kühlfinger und Kühlstifte


Eine dritte Alternative sind Kühlstifte, die ohne Auswirkung auf den Kühlmitteldruck Kerne und andere Elemente kühlen können. Bei einem Kühlstift handelt es sich um einen verschlossenen Zylinder, der mit einem Fluid gefüllt ist. Das Werkzeug gibt Hitze an den Stift ab, wodurch das Fluid verdampft, das die Wärme wiederum an das Kühlmittel abgibt und kondensiert (siehe Abb. 5). Die Wärmeübertragungsleistung eines Kühlstifts ist beinahe zehnmal so hoch wie die eines Kupferrohrs. Um die Wärmeleitung nicht zu behindern, sollte es keine luftgefüllten Spalten zwischen dem Stift und dem Werkzeug geben. Schließen Sie eventuell vorhandene Lücken deshalb mit einem gut leitenden Dichtungsmittel.

Abbildung 5: Kühlstifte sind eine einfache, aber wirkungsvolle Methode zur Kühlung schmaler Innenkonturen, ohne negative Auswirkungen auf den Kühlmitteldruck.


Tragende Länge2 x Stiftdurchmesser


FORTGESCHRITTENE KÜHLVERFAHREN

Über die grundlegenden Verfahren hinaus gibt es noch einige spezielle Verfahren zur weiteren Verkürzung der Abkühlzeit.


Können Sie, nachdem Sie die grundlegenden Kühlverfahren angewendet haben, noch mehr tun, um die Abkühlzeit weiter zu verkürzen? Ja, indem Sie sich mit neueren Verfahren der Werkzeugkonstruktion und des Formenbaus beschäftigen. Die folgenden Wege liefern einige interessante Alternativen für Ihr Kühlsystem. Auch wenn dadurch die Werkzeugkosten steigen, führen Sie unterm Strich sehr oft zu deutlichen Einsparungen – natürlich abhängig vom jeweiligen Anwendungsgebiet.


Die nächste Stufe

Bei der konturnahen Kühlung folgen die Kanäle der Geometrie der Kavität bzw. des Formteils, seiner "Kontur" (siehe Abb. 6). Das Prinzip der konturnahen Kühlung ist schon seit Jahren bekannt, allerdings waren die gekrümmten Kanäle lange Zeit kaum wirtschaftlich zu fertigen. Neuere Technologien wie Lasersintern haben das geändert. Die konturnahe Kühlung verwendet zwar Formen aus Werkzeugstahl mit geringerer Leitfähigkeit als Kupfer oder Aluminium, aber die Resultate sind beeindruckend: Um 10 bis 40 % kürzere Zykluszeiten sind die Regel.

KONTURNAHE KÜHLUNG

Herkömmliche Kühlung Konturnahe Kühlung

Abbildung 6: Konturnahe Kühlkanäle folgen möglichst genau dem Verlauf der Kavität und machen zusätzliche Kühlkomponenten für Kerne und überstehende Elemente unnötig.



Ziel der schnellen Erwärmung ist es, das Werkzeug nach der Entformung schnell wieder vorzuwärmen, um es mindestens auf die Glasübergangstemperatur des Polymers zu bringen. Vorgewärmtes Werkzeug hilft dabei, hochglänzende Oberflächenpolituren, besser verschmolzene Bindenähte, weniger optische Oberflächenmängel und niedrigere Einspritzdrücke zu realisieren. Je nach gewählter Methode bietet die schnelle Erwärmung auch Vorteile für die Zykluszeit. Die Erwärmung des gesamten Werkzeugs durch in das Werkzeug eingesetzte Heizpatronen ist der einfachste Weg, aber auch der langsamste.

Schneller und effizienter ist es, heißen Dampf mit Hochdruck in die Kühlkanäle zu spritzen. Bevor dann die Kühlung beginnt und das Kühlmittel eingeleitet wird, wird der Dampf mit Druckluft ausgespült. Die dritte Möglichkeit ist das induktive Erwärmen, bei dem statt des gesamten Werkzeugkörpers nur die Werkzeugoberfläche erwärmt wird. Dabei fließt hochfrequenter Wechselstrom durch eine Induktionsspule, wodurch ein Magnetfeld entsteht. Dieses erzeugt wiederum Wirbelströme auf den Oberflächen der metallischen Objekte, die die Spule berühren. Durch die kreisförmig fließende elektrische Spannung entsteht joulesche Wärme in einem Leiter, üblicherweise einer dünnen Schicht Metall (< 1 mm) auf der Werkzeugoberfläche.

EINSÄTZE MIT HOHER WÄRMELEITFÄHIGKEIT SCHNELLE ERWÄRMUNG

Zum Temperieren schmaler Innenkonturen (5 mm Durchmesser) eignen sich spezielle Einsätze aus Materialien mit hoher Wärmeleitfähigkeit. Diese werden üblicherweise in den Kern eingepresst und sind mit einem Kühlkanal im Werkzeug verbunden, der den Einsatz berührt oder durch ihn durchführt. Bei großen Kernen mit Durchmessern über 40 mm müssen Werkzeugkonstrukteure für ausreichenden Kühlmittelfluss sorgen. Dies geschieht mit Einsätzen, die das Kühlmittel durch eine mittige Bohrung bis zur Kernspitze, anschließend in einer Spirale an die Kernaußenseite und schließlich zwischen Kern und Einsatz spiralförmig zum Auslass leiten.

Die zwei häufigsten Materialien für Einsätze sind verschiedene Kupferlegierungen und Aluminium. Letztlich entscheiden die Kosten: Kupfer ist widerstandsfähiger und hat eine längere Lebensdauer, kostet aber mehr. Aluminium kostet weniger und bietet eine ähnlich hohe Wärmeleitfähigkeit wie Kupferlegierungen, ist aber viel weicher und nutzt sich daher schneller ab.

Die nächste Stufe


DIE KÜHLUNG BEEINFLUSSENDE FAKTOREN IN DER PRODUKTION

Die praktischen Bedingungen in der Werkshalle können noch zu unerwarteten Schwierigkeiten führen. Es gibt daher einige produktionsspezifische Faktoren für die Kühlung, die berücksichtigt werden müssen.


Auch wenn Ihr Werkzeug perfekt konstruiert ist, genau auf Ihr Anwendungsgebiet abgestimmt ist und exakt die richtige Kühlleistung für Ihre gewünschte Bauteilqualität, Oberflächenbeschaffenheit und Gesamtkosten liefert – sobald die Spritzgießmaschine anläuft, kann noch viel passieren. Vergessen Sie daher nicht die letzten drei Faktoren, damit Sie nicht im letzten Moment noch enttäuscht werden.

DIE KÜHLUNG BEEINFLUSSENDE FAKTOREN IN DER PRODUKTIONTheorie trifft auf Realität

Korrosion und AblagerungenErfahrene Spritzgussfertiger kennen das Problem: Kleinste Änderungen im Aufbau und Ablauf des Verfahrens summieren sich und können zu größeren Problemen führen. Besonders Korrosion und mineralische Ablagerungen beeinflussen die Kühlleistung in sehr hohem Maße.

Kühlleitungen korrodieren mit der Zeit, das ist normal. Das Material reagiert auf Umwelteinflüsse und oxidiert. Ebenso häufig sind Ablagerungen: Jedes Mal, wenn Wasser durch die Leitungen läuft, bleiben Spuren von Mineralien zurück.

Durch Korrosion oder Ablagerungen beschädigte Leitungen verschlechtern die Wärmeleitfähigkeit, was einen Verlust der Kühlleistung bewirkt und somit die Zykluszeit verlängert (siehe Abb. 7). Verwenden Sie also für alle Leitungen im Kühlkreislauf nichtrostende Materialien wie Kupfer, rostfreien Stahl (Typ 420) oder vernickeltes Aluminium.

Zudem sollte das Personal beauftragt werden, das Kühlwasser zu filtern und die Kühlleitungen regelmäßig zu reinigen.

Abbildung 7: Selbst in kleinsten Mengen können mineralische Ablagerungen zu signifikanten Verlängerungen der Zykluszeit führen.


Kühlleistungsverlust über Zeit

Art der Ablagerung

Wärmeleitfähigkeit W/mK

0.6 - 6 2.3 0.3 0.1 0.2

Calcium-carbonat

Calcium-sulfat

Calcium-silicat

Organi-sches

Sediment

Ruß

40

30

20

10

0Wärmeleitfähigkeit W/mK

Abkühlzeit bei Kalkablagerungen

Abkühlzeit (Sek.)

Kein Kalk1 mm Kalk2 mm Kalk33.5

13.58.5 10.1

16.6

28.8

der Pumpen oder Kühler, die sich allerdings der Kontrolle der Werkzeugkonstrukteure entziehen, haben zudem Einfluss auf die Kühlmitteltemperatur. Die höchste Kühlleistung erhalten Sie, wenn die Kühlmitteltemperatur zwischen Einlass und Auslass um nicht mehr als 5 °C ansteigt.

Eine empfohlene Vorgehensweise zur Gewährleistung einer einheitlichen Temperatur ist die Messung der Oberflächentemperatur während der Inbetriebnahme. Messen Sie dazu die Temperatur an mehreren Stellen auf der gesamten Werkzeugoberfläche. So erhalten Sie Richtwerte für zukünftige Produktionsläufe mit demselben Werkzeug und können Abweichungen schnell entdecken.

Nicht jedes Werkzeug ist nur einmal im Einsatz. Oft wird eine Form zunächst für einen Auftrag gebraucht, eingelagert und nach ein paar Wochen für eine weitere Losgröße neu aufgespannt. Aber selbst wenn die Pause nur einen Tag beträgt: Die Inbetriebnahme muss jedes Mal genau gleich erfolgen, damit man auch identische Abkühlzeiten erzielen kann.

Einlässe und Auslässe müssen beispielsweise jedes Mal gleich angeschlossen werden. Bei komplexen Kühlsystemen mit über einem Dutzend Ein- und Auslässen ist dies besonders wichtig. Geringfügige Abweichungen bei den Positionen können kleinste Druckveränderungen bewirken, die ausreichen, um die Gleichmäßigkeit der Werkzeugtemperatur zu beeinträchtigen. Andere Faktoren wie die Art

DIE KÜHLUNG BEEINFLUSSENDE FAKTOREN IN DER PRODUKTION

Identische Inbetriebnahme


Die effiziente Kühlung ist nicht immer das, woran ein Werkzeugkonstrukteur als Erstes denkt. Und selbst erfahrene Ingenieure, die bereits zuverlässige Kühlsysteme entwickelt haben, sollten sich immer wieder mit grundlegenden Faktoren der Konstruktion und Produktion auseinandersetzen. So entstehen vielleicht neue Ideen, die helfen, die Abkühlzeit noch weiter zu verkürzen und die Rentabilität zu erhöhen.

Eine bewährte Methode, schneller zu fundierten Erkenntnissen zu gelangen, ist die Simulation. Moldflow®, die Simulationssoftware für den Kunststoffspritzguss, bietet Werkzeug- und Bauteilkonstrukteuren spezielle Tools zur Simulation von Kühlsystemen und vielen anderen Aspekten des Spritzgießens. So können die Vor- und Nachteile unterschiedlicher Optionen präzise ermittelt, die Folgen bestimmter Konstruktionsentscheidungen vorausberechnet und die Zykluszeiten optimiert werden.

Nächste SchritteWenn Sie mehr über Werkzeugkonstruktion, Kühlsysteme und kürzere Zykluszeiten erfahren möchten, besuchen Sie unser Ressourcen-Center.

FAZIT

Ein kühler Kopf für die Planung


RESSOURCEN-CENTER >

http://autodesk.com

http://www.autodesk.com/industry/manufacturing/resources/cae-analyst


Autodesk, das Autodesk-Logo und Moldflow sind in den USA und/oder anderen Ländern eingetragene Marken oder Marken von Autodesk, Inc. und/oder seiner Tochterunternehmen und/oder verbundenen Unternehmen. Alle anderen Marken, Produktnamen und Kennzeichen gehören ihren jeweiligen Inhabern. Autodesk behält sich vor, Produkt- und Service-Angebote sowie Spezifikationen und Preise jederzeit ohne Vorankündigung zu ändern. Alle Angaben ohne Gewähr. © 2017 Autodesk, Inc. Alle Rechte vorbehalten.

Autodesk, the Autodesk logo, and Moldflow are registered trademarks or trademarks of Autodesk, Inc., and/or its subsidiaries and/or affiliates in the USA and/or other countries. All other brand names, product names, or trademarks belong to their respective holders. Autodesk reserves the right to alter product offerings and specifications at any time without notice, and is not responsible for typographical or graphical errors that may appear in this document. © 2017 Autodesk, Inc. All rights reserved.

Abb. 2: Quelle: Engelmann, P. & Dealy, B. (Feb. 2000): Injection Mold Design Guidelines, Modern Mold & Tooling Abb. 3: Shoemaker, J. (2006): Moldflow Design Guide, Hanser Publications Abb. 5: Quelle: Engelmann, P. & Dealy, B. (Feb. 2000): Injection Mold Design Guidelines, Modern Mold & Tooling

Documents

11 FAKTOREN FÜR EINE EFFIZIENTE KÜHLUNG VON ... · 11 FAKTOREN FÜR EINE EFFIZIENTE KÜHLUNG VON SPRITZGUSSWERKZEUGEN Kürzere Zykluszeiten durch Optimierung von Geschwindigkeit