Single: Neues System zur variothermen Werkzeugtemperierung

Intermittierendes Temperieren steigert Formteilqualität beim Spritzgießen
Zur variothermen Werkzeugtemperierung stellt die SINGLE Temperiertechnik GmbH (www.single-temp.de) auf der Fakuma 2008 mit ihrem System EcoTemp eine weitere Neuheit vor: EcoTemp verknüpft konventionelle Kleintemperiergeräte zu einem System, das in der Einspritzphase die Werkzeugkühlung unterbricht, so dass sich eine Erwärmung der Werkzeugwand einstellt. Anschließend folgt eine besonders intensive Kühlphase. Neben EcoTemp präsentiert SINGLE die alternating temperature technology (ATT) gemeinsam mit sauer product, Dieburg, als Systemlösung zur variothermen Flüssigkeitstemperierung von Spritzgieß- und Presswerkzeugen. Als aktives System durchströmt es Werkzeuge mit oberflächennah angeordneten Kühlkanälen wechselweise mit warmem und kaltem Medium.

EcoTemp ist eine elektrische und hydraulische Verknüpfung für Mini- und Klein-Temperiergeräte von SINGLE zur Erzeugung eines intermittierenden Durchflusses durch das Werkzeug. EcoTemp steuert den Start- und Stoppzeitpunkt des Kühlmitteldurchsatzes mithilfe zyklusabhängiger Signale der Spritzgießmaschine. Die Kühlmedientemperatur ist einstellbar. Wegen des intermittierenden Durchflusses kann EcoTemp sogar mit einer niedrigeren Medientemperatur kühlen als ein konventionelles Gerät mit konstanter Temperatur.

Praxistests mit Referenzkunden im Jahresverlauf 2008 haben gezeigt, dass EcoTemp Zykluszeitverkürzungen überwiegend im zweistelligen Prozentbereich bei mindestens gleich bleibender Formteilqualität erreicht. Dabei hat sich erwiesen, dass EcoTemp reproduzierbar und zuverlässig arbeitet und einfach zu bedienen ist. Meist sind an einem Werkzeug zwei oder mehr Kleintemperiergeräte im Einsatz, die für die unterschiedlichen Kühlkreisläufe Medien mit verschiedenen Temperaturen bis in das Druckwasserniveau bereitstellen. Für den Einsatz in EcoTemp eignen sich alle Temperiergeräte von SINGLE im kleinen bis mittleren Leistungsbereich.

alternating temperature technology (ATT)
Unter der Marke alternating temperature technology (ATT) bietet SINGLE gemeinsam mit sauer product eine Systemlösung, die Kunststoffverarbeitern die Vorteile der aktiven variothermen Werkzeugtemperierung aus einer Hand erschließt. ATT temperiert Spritzgieß- und Presswerkzeuge mithilfe oberflächennah angeordneter Kühlkanäle. Es besteht aus dem individuell konfigurierten Wechseltemperiergerät STWS sowie aus spezifisch ausgelegten Werkzeugeinsätzen und Werkzeugelementen.

ATT kann im Wechsel aktiv heizen und kühlen. Dadurch lassen sich mithilfe von Werkzeugeinsätzen an Problemzonen oder auch in kompletten kleineren Werkzeugen Temperaturwechsel von über 100°C Temperaturdifferenz bewerkstelligen. Das für ATT eingesetzte Wechseltemperiersystem STWS von SINGLE hält in zwei getrennten Kreisläufen ein Wärmeträgermedium in unterschiedlichen Temperaturniveaus vor.

Werkzeuge für ATT sollen günstige Wärmeleiteigenschaften und eine geringe Masse besitzen sowie einen guten Wärmeübergang zur Kavität bieten, um schnelle Temperaturwechsel möglich zu machen. ATT setzt dazu auf Werkzeugeinsätze aus Edelstahl oder Warmarbeitsstahl mit konturnah angeordneten Kühlkanälen. Diese Einsätze oder Elemente werden aus den Daten des 3D-CAD-Volumenmodells durch Lasercusing schichtweise aus einem Stahlpulver aufgebaut. Auch Kühleinsätze mit äußerst komplexer Geometrie lassen sich durch Lasercusing kurzfristig, zu günstigen Kosten und mit hoher Genauigkeit direkt herstellen.

EcoTemp und ATT auf der Fakuma
Auf der Fakuma präsentiert SINGLE beide Technologien sowohl am eigenen Stand (Halle A3, Stand 3102) als auch bei Projektpartnern.

So wird das neue System EcoTemp auch an einer Spritzgießmaschine von JSW auf dem Stand von Windsor Kunststofftechnologie GmbH (Halle A7, Stand 7101) im laufenden Betrieb zu sehen sein.

ATT ist auf dem Stand des Polymer-Instituts Kunststofftechnik (PIK) der Hochschule Heilbronn (Halle A7, Stand 7304) installiert, wo eine Spritzgießmaschine KraussMaffei CX 80-380 dünne Scheiben aus Polycarbonat (PC) auf einem Werkzeug mit hochdynamischen Heiz- und Kühleinsätzen produziert. Hier unterstützt ATT die präzise Abformung mikro- und nanoskaliger Oberflächenstrukturen. Am eigenen Stand demonstriert SINGLE die Leistungsfähigkeit von ATT bei der aktiven Heizung und Kühlung eines Werkzeugeinsatzes mit konturnah angeordneten Kühlkanälen.

Hintergrund: Variotherme Werkzeugtemperierung
Die "dynamische", "zyklische" oder "variotherme Werkzeugtemperierung" ist eine zunehmend eingesetzte Technologie zur Steigerung der Formteilqualität beim Spritzgießen. Da sie die Oberflächenabformung an Spritzgussteilen verbessern, die Maßhaltigkeit und Konstanz steigern sowie die Zykluszeit verkürzen kann, stößt sie bei immer mehr Kunststoffverarbeitern auf großes Interesse.

Bei der variothermen Werkzeugtemperierung wird die Werkzeugwand vor dem Einspritzvorgang auf eine Temperatur oberhalb der Glasübergangstemperatur des Kunststoffs erwärmt. Erst nach der Füllung der Kavität setzt die Werkzeugkühlung ein, bis das Formteil die notwendige Entformungstemperatur erreicht hat. Aktive Systeme wie ATT durchströmen die Kühlkanäle dazu wechselweise mit warmem und kaltem Medium. EcoTemp hingegen unterbricht in der Einspritzphase die Werkzeugkühlung, so dass sich dadurch eine Erwärmung der Werkzeugwand einstellt.

Voraussetzung für die Effizienz und Wirtschaftlichkeit beider Verfahren sind Werkzeuge mit günstigen Wärmeleiteigenschaften, einem guten Wärmeübergang zur Kavität sowie einer geringen zu temperierenden Masse. Um diese Masse zu begrenzen, werden meist nur kleine Einsätze temperiert, die mit oberflächennah angeordneten Kühlkanälen durchzogen sind. Diese Kühlkanäle werden nicht durch Drehen, Bohren oder Fräsen in Stahl eingebracht. Vielmehr werden Einsätze mithilfe generativer Fertigungsverfahren wie Lasercusing aus Stahlpulver so aufgebaut, dass die in ihnen enthaltenen Kühlkanäle der Oberflächenkontur folgen und sehr nah an der zu kühlenden Werkzeugwand liegen.

Hintergrund: Vorteile der variothermen Werkzeugtemperierung
Die variotherme Werkzeugtemperierung hat eine Reihe von Vorteilen für Prozess, Formteiloberfläche, Festigkeit und Wirtschaftlichkeit. Sie
• hält den Nachdruck auch in angussferneren Bereichen länger aufrecht und senkt den Bedarf an Einspritzdruck und Schließkraft,
• verringert Eigenspannungen beim Spritzprägen optischer Formteile,
• unterstützt die Bildung von Oberflächeneffekten wie Selbstreinigung oder Entspiegelung, die Abformung von Mikro- und Nanostrukturen und die Herstellung besonders glatter Oberflächen und hochwertiger Glanzoberflächen in Klavierlack-Optik,
• sorgt für eine homogenere Ausrichtung von Glasfasern in technischen Teilen,
• verlängert die Verschweißzeit für Schmelzefronten und reduziert Bindenähte,
• senkt das Risiko von Verzug infolge Schwindung und verbessert so Maßhaltigkeit und Konstanz von Spritzgussteilen und
• verkürzt die Zykluszeit durch einen längeren Wandkontakt an Materialanhäufungen und damit eine intensivere Kühlung.

Bild: EcoTemp unterbricht in der Einspritzphase die Werkzeugkühlung, so dass sich eine Erwärmung der Werkzeugwand einstellt. Anschließend folgt eine besonders intensive Kühlphase. So lässt sich die Zykluszeit verkürzen und die Formteilqualität steigern.

FAKUMA 2008, Friedrichshafen, 14.-18. Oktober 2008, Halle A3, Stand 3102

Single Temperiertechnik GmbH, Hochdorf

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