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27.02.2020, 06:00 Uhr | Lesedauer: ca. 2 Minuten Optionen:       

Temperierlayout für Spritzgießwerkzeuge auslegen - Sonder­for­ch­ungs­be­reich beschäftigt sich mit gesteigerter 'Präzision aus Schmelze'

Das Institut für Kunststoffverarbeitung (IKV) an der RWTH Aachen entwickelt derzeit eine neue Methodik zur automatisierten und präzisen Auslegung von Kühlkanalsystemen in Spritzgießwerkzeugen. So könnten die beiden entscheidenden Nachteile bisheriger Methoden behoben werden. Die Entwicklung der neuen Methodik gehört zu Teilprojekt B1 des Sonderforschungsbereich SFB 1120 „Präzision aus Schmelze“, welcher von der Deutschen Forschungsgemeinschaft gefördert wird, und die Steigerung der Präzision schmelzebasierender Fertigungsverfahren verfolgt. Zehn Institute und Lehrstühle arbeiten zusammen, um fach- und materialübergreifend Synergien zu identifizieren und neue Lösungsansätze zu entwickeln.

(Graphik: IKV).
(Graphik: IKV).

Heute erfolgt die thermische Werkzeugauslegung in der Regel in zwei Schritten: zunächst entwickelt ein Konstrukteur, basierend auf seinem Erfahrungswissen, ein Kühlkanallayout, das dann iterativ simulativ optimiert wird. Die Vorgehensweise ist sehr zeitaufwändig und stellt nicht sicher, dass das erzielte Kühlkanalsystem optimal ausgelegt ist. Beide Nachteile soll die am IKV entwickelte Methodik eliminieren.

Herzstück der neuen Methodik stellt die iterative Berechnung einer optimalen Temperaturverteilung im Werkzeug dar. Ein Optimierungsalgorithmus berechnet diese Temperaturverteilung unter der Randbedingung, dass das Formteil möglichst gleichmäßig abkühlt und am Ende des Spritzgießzyklus eine möglichst homogene Dichteverteilung aufweist. Im Anschluss daran wird auf Basis der berechneten Temperaturverteilung im Werkzeug ein konturnahes Kühlkanallayout abgeleitet. Iterationsschleifen sind nicht mehr notwendig.

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Die beschriebene Methodik wurde am IKV in praktischen Versuchen mit einem konturnah ausgelegten Kühlkanalsystem validiert. Als Referenz diente ein konventionell ausgelegtes Kühlkanallayout für das gleiche Formteil. Beide Kühlkanalsysteme wurden in Werkzeugeinsätzen umgesetzt und abgemustert. Ergebnis ist, dass sich die Dimensionstreue mit dem neuen Ansatz um bis zu 50 Prozent steigern lässt, allerdings nicht für alle geprüften Bauteilmaße. Grund dafür könnten Näherungen in den genutzten Materialmodellen sein. Deshalb beschäftigt sich das IKV in aktuellen Untersuchungen mit der präziseren Beschreibung des Materialverhaltens. Außerdem soll die Weiterentwicklung verschiedener Algorithmen dazu beitragen, aus der berechneten optimalen Temperaturverteilung automatisiert ein geeignetes Kühlkanalsystem abzuleiten. Randbedingungen, wie eine möglichst kurze Kanallänge und ein möglichst geringer Druckverlust, sollen ebenfalls einfließen.

30. Internationales Kolloquium Kunststofftechnik, 9.-10. September 2020, Aachen

Weitere Informationen: www.ikv-kolloquium.de, www.ikv-aachen.de

Institut für Kunststoffverarbeitung, Aachen

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