PIK: Heilbronner Kunststoffsymposium – „Hochdynamische Variothermtechnologie (HDV-Technologie)“

hellblau: Werkzeugeinsatz mit Kühlkontur, dunkelblau: Substrat, grün: Isolationsschichten, rot: Heizschicht, rosa: Deckschicht

15. November 2012, Heilbronn

Die HDV-Technologie betrifft alle Bereiche in der Medizintechnik, Diagnostik, Optik, Automotive- und Elektronikindustrie. Außergewöhnliche Oberflächeneigenschaften, extreme Dünnwandteile, kleinste Mikroteile, technische Teile mit gezielter Gefügeoptimierung und thermische Induktion von Vernetzungsreaktionen bei Duround Elastomeren sind nur einige Beispiele.

Für die Verarbeitung von Kunststoffen im Spritzgieß- oder Pressprozess ist die richtige Wahl der Werkzeugwandtemperatur von großer Bedeutung. Das Spritzgießwerkzeug wird in der Regel bei einer quasi-stationären (isothermen) Werkzeugwandtemperatur betrieben. Durch deren aktive Änderung über die Dauer eines Fertigungszyklus können neuartige, komplexere Anwendungen (bspw. Dünnwandtechnik oder Oberflächentechnik) unter Gewährleistung der geforderten Bauteileigenschaften und Bauteilqualitäten erschlossen werden.

Damit beispielweise mikro- oder nanostrukturierte Oberflächen präzise abgeformt werden können, muss die Werkzeugwandtemperatur aktiv über die Dauer eines Spritzgießzyklus variiert werden. Bei dieser variothermen Temperierung wird die Werkzeugwandtemperatur zum Zeitpunkt der Formfüllung deutlich angehoben und nach der volumetrischen Formfüllung auf ein wesentlich niedrigeres Temperaturniveau abgesenkt. Anders bei der Verarbeitung von vernetzenden Polymeren, wie diese beispielsweise für die Herstellung von Faserverbundkonstruktionen oder in der Elastomerfertigung eingesetzt werden. Für die Dauer der Formfüllung wird eine niedrigere Werkzeugwandtemperatur angestrebt. Zur Initiierung und Beschleunigung der Vernetzungsreaktion, kann nach Füllung der Werkzeugkavität die Werkzeugwandtemperatur angehoben werden.

Der Temperaturwechsel an der Werkzeugwand wird derzeit mit prinzipiell unterschiedlichen Systemen durchgeführt. Stand der Technik ist die Temperierung mit einem Wasser-Wasser-System, bei dem abwechselnd drucküberlagertes heißes und kaltes Wasser durch konturangepasste Temperierkanäle gefördert wird. Dem gegenüber existieren Heizsysteme mit einer Induktionsspule, einem Wärmestrahler oder einem Wasserdampferzeuger, die für die Abkühlung ebenfalls wasserdurchflossene, konturangepasste Kühlkanäle nutzen.

Zur Durchführung eines hochdynamischen, energieeffizienten, variothermen Temperatursprungs wurde deshalb eine neue Technik auf Basis konturnah im Werkzeug integrierbaren elektrischen Widerstandsheizelemente entwickelt. Diese neuartigen „Layered Heaters“ können in einem thermischen Spritzverfahren auf nahezu jedes Substrat (Werkzeugeinsätze) aufgetragen werden. Mit dem mehrschichtigen Verbund aus Isolator und Heizleiter können unter bestimmten Randbedingungen spezifische Heizleistungen bis 150 W/cm² realisiert werden. Mit dieser innovativen Technik sind neben Freiformflächen auch Werkzeugwandtemperaturen bis zu 600°C umsetzbar.

Die Entwicklungen der vergangenen Jahre auf dem Gebiet der hochdynamischen variothermen Temperierung sind für das Polymer-Institut Kunststofftechnik der Anlass, eigens für dieses Thema ein Symposium zu veranstalten. Am 15. November 2012 erwarten die Teilnehmer verschiedene Vorträge zu den unterschiedlichen variothermen Temperiertechniken, zu potenziellen Anwendungsgebieten sowie Erfahrungsberichte von namhaften Industrieunternehmen (Krauss Maffei Technologies GmbH, Sony DADC Austria GmbH, Kistler Instrumente GmbH, Single Temperiertechnik GmbH, Watlow Plasmatech GmbH). Darüber hinaus werden Vorführungen zum HDV-Verfahren mit Prozess-Simulation, Simulationstechnik zur Heiz-/Kühlmodulauslegung, Peripherie zur fluidischen Temperierung, Sensortechnik, Regelung und Besonderheiten zur Werkzeugkonstruktion und Werkzeugherstellung gezeigt.

Über das Polymer-Institut Kunststofftechnik
Das Polymer-Institut Kunststofftechnik (PIK) ist ein In-Institut der Hochschule Heilbronn und Teil der Institute für angewandte Forschung (iaf). Das Team besteht aus dem Institutsleiter Prof. Dr.-Ing. August Burr sowie drei wissenschaftlichen Mitarbeitern. Das Polymer-Institut Kunststofftechnik forscht an der Entwicklung neuer Methoden und Heizkonzepte zur dynamischen und schnellen zyklischen Temperierung von Spritzgießwerkzeugen. Ein weltweit neu entwickeltes Verfahren ermöglicht erstmals eine kostengünstige Temperierung von Werkzeugen, z.B. zur Mikrostrukturabformung oder zur definierten Beeinflussung der Gefügestruktur bei teilkristallinen Kunststoffen. Dieses System kann konturangepasst in das Werkzeug eingebracht werden und bietet einen sehr schnellen Temperaturwechsel. Neben der Entwicklung eines hochdynamischen Temperiersystems wird am Polymer-Institut Kunststofftechnik ein Verfahren erforscht, mit dem es erstmals möglich sei, gebrauchsbeständige Mikro- und Nanostrukturen herzustellen. Ziel derzeit durchgeführter Forschungsarbeiten ist dabei, eine wirtschaftliche Verfahrenstechnik zu entwickeln, welche die Verarbeitung sowohl thermoplastischer als auch chemisch vernetzender Polymermaterialien in einem einstufigen Mehrkomponentenverfahren ermöglicht.

Hochschule Heilbronn Polymer-Institut Kunststofftechnik (PIK), Heilbronn

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