Zyklische Werkzeugtemperierung

Hohe Oberflächenanforderungen bewältigen

Während der Fakuma sollen Kunststoffformteile mit besonders hohen Anforderungen an Qualität und Abformung der Oberfläche in einem zyklisch temperierten Werkzeug gefertigt werden. Im Projekt arbeiten mehrere Partner zusammen.

Versuchsobjekt Schale mit Logo

Das erstmals im Rahmen des gwk-Kundentags vorgestellten Versuchsobjekts ist eine Schale mit Logo. Ziel des Artikeldesigns war kein technischer Demonstrator gewesen, sondern der Entwurf eines Formteils mit praktischem Nutzen, das die typischen Anforderungen der Oberflächen von Kunststoffteilen aufweise. Dazu gehören die Hochglanzoberfläche im Bereich des Randes und des Schriftzugs, die präzise und gleichmäßige Abformung der laserstrukturierten Oberflächenstruktur in der Schale sowie das Vermeiden von Bindenähten hinter den Durchbrüchen im Rand. Darüber hinaus galt es, Fließlinien zu verhindern.

Um das Artikeldesign und die kunststoffgerechte Gestaltung kümmerte sich die Iserlohner Kunststoff-Technologie. Zur Beurteilung des Bauteilkonzepts und als Vorbereitung für die Realisierung des Werkzeugs wurde ein Prototyp im 3D-Druck erstellt. Partner bei der Materialauswahl war Bayer Material Science, heute Covestro. Nach der Werkstoffwahl wurden in einer Füllsimulation das Füllverhalten und die Anschnitt-Gestaltung geprüft. Dabei erkannte Probleme wurden durch Veränderungen des Designs, speziell bei der Wanddicke, beseitigt.

Das Temperierkonzept von gwk umfasst eine Temperierung der Schalenoberfläche mit einer zyklischen Wasser-Wasser-Temperierung, die die Werkzeugwand-Temperatur zu Beginn des Einspritzvorgangs auf etwa 140 °C aufheizt und zum Entformen auf rund 75 °C kühlt. Die Schalenrückseite sei mit einer kontinuierlichen Temperierung mit Wasser und 80 °C Wandtemperatur geplant worden. Entscheidend für den Erfolg der zyklischen Temperierung ist die Gestaltung des Kanallayouts. In einer thermischen Simulation wurde das Kanallayout analysiert und optimiert. Das Werkzeugkonzept hat das Unternehmen Grote und Brocksieper in Abstimmung mit Hasco umgesetzt. Auf der Düsenseite ist eine Nadelverschluss-Heißkanaldüse integriert, ebenso wie die Auswerfer, um Markierungen auf der Schalenoberfläche zu vermeiden. Auch die Druck- und Temperatursensoren für Qualitätsüberwachung und Prozessoptimierung flossen in die Planungen ein. Kistler Instrumente war der Partner für Auswahl und Integration von zwei Drucksensoren, die anspritznah und am Fließwegende auf der Düsenseite des Werkzeugs integriert wurden. Zu Realisierung des Werkzeugs kam das Werkzeugbau-Institut Südwestfalen ins Boot, um beispieklsweise die die Formeinsätze mit integrierten kavitätsnahen Temperierkanälen im Vakuumfügeverfahren zu fertigen.

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Produziert wird auf einer Maschine von Arburg. Die Temperierung der beweglichen Werkzeughälfte übernimmt das zyklische Temperiersystem Teco Vario mit 36 Kilowatt Heizleistung. Es versorgt das Werkzeug über eine ESR-Umschalteinheit wechselweise mit heißem und kaltem Medium. Angesteuert wird das Temperiersystem über die Schnittstelle der Spritzgießmaschine. Zur Temperierung der festen Werkzeugseite ist ein Integrat 40-Mehrkreis-Temperiersystem im Einsatz. Die Prozess- und Qualitätsüberwachung ist mit Hilfe eines Como-Systems von Kistler realisiert, das die Druckverläufe im Werkzeug kontrolliert. Darüber hinaus sei ein Thermocontrol-System von GTT Willi Steinko integriert worden, das die Oberflächentemperatur des Formteils kurz vor der Entformung mit einer Thermokamera analysiert und Abweichungen detektiert.

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