Methoden und Kennwerte für die Auslegung und den Betrieb von Temperiersystemen in Spritzgießwerkzeugen

Die Werkzeugtemperierung hat maßgeblichen Einfluss auf die Wirtschaftlichkeit eines Spritzgießprozesses. Der gesamte Vorgang der Wärmeabfuhr aus dem Formteil ist dabei entscheidend für die Formteilqualität, die Energieeffizienz und die erzielbare Kühlzeit. Ausdiesem Grund wurde der gesamte Temperierprozess hinsichtlich möglicher Optimierungen analysiert. Verbesserungsmöglichkeiten bieten sich im Bereich der thermischen Auslegung und beim Betrieb von Temperiersystemen. Im Auslegungsprozess kann vor allem die Qualität der Ergebnisse verbessert werden. Dies kann durch die rechnergestützte Generierung der Temperierkanäle ermöglicht werden. Dazu wird ein neues Konzept auf Basis der Topologieoptimierung vorgestellt. Darüber hinaus bestehen in der Spritzgießsimulation große Unsicherheiten hinsichtlich der Modellierung des Wärmeübergangs zwischen Formmasse und Kavität. Dies führt zu Abweichungen bei der Berechnung der Temperaturverteilung im Formteil und somit zu Ungenauigkeiten bei der Berechnung von Schwindung und Verzug. Daher wurde der Wärmeübergangskoeffizient zwischen Formmasse und Kavität messtechnisch im Spritzgießzyklus erfasst. Dafür kam ein Kalorimeter zur Messung der mittleren Entformungstemperatur des Formteils und ein Infrarottemperatursensor zur Messung der Formteiloberflächentemperatur zum Einsatz. In einem ähnlichen Versuchsaufbau wurden Werte für die effektive Temperaturleitfähigkeit üblicher thermoplastischer Formmassen ermittelt. Diese Werte ermöglichen eine praxisgerechte Kühlzeitberechnung. Bei den Betrachtungen wurden die Einflüsse ausgewählter Prozessparameter auf den Wärmeübergangskoeffizienten und die effektive Temperaturleitfähigkeit erarbeitet. Beim Betrieb von Temperiersystemen bestehen Optimierungsmöglichkeiten bei der Erzielung einer reproduzierbaren Temperaturverteilung im Spritzgießwerkzeug und bei einer Kühlzeitverkürzung beziehungsweise im reduzierten Energiebedarf. Dafür wurden Möglichkeiten zur Verbesserung des Wärmeübergangs im Temperierkanal untersucht und bewertet. Darüber hinaus werden die Grundlagen zur Festlegung des optimalen Temperiermitteldurchflusses, zur Positionierung eines Werkzeugtemperatursensors und die Notwendigkeit von definierten Arbeitsabläufen beim Rüstvorgang, dargestellt.