Isoform-Werkzeuge

Versuch macht klug

Thermisch getrennte Werkzeugkonzepte in der Praxis
Theoretisch ist der Nutzen des Konzepts klar. Wie sich das in der Praxis umsetzen lässt, wollten die Formenbauer der Fröhlich Kunststofftechnik wissen und setzen ein entsprechendes Pilotprojekt auf.

Gewählt wurde ein komplexes Bauteil mit einem eng geschachtelten, zyklusbestimmenden Formkern, der entsprechend zu temperieren war. Für diesen Konturbereich wurde die Temperiertechnik von Stemke gewählt. Der restliche Konturbereich und ein Vergleichsformkern mit der gleichen, geschachtelten Kontur wurde mit einer konventionellen Wassertemperierung ausgestattet, um den Vorteil der Stemke-Temperierung mit speziellem dem Kältemittel feststellen zu können. Passend zum energieeffizienten Werkzeug wurde ein Heißkanalsystem von Günther Heißkanaltechnik mit Titan-Isolierung in den Auflagebereichen von Heißkanalverteiler und Heißkanaldüsen gewählt. Möchte man effektiv und möglicherweise sogar zyklusabhängig temperieren, ist es sinnvoll einen Werkstoff mit guter Wärmeleitfähigkeit für die konturgebenden Bereiche zu wählen.

Hier wurde ein HTCS 130 von STM aus Gräfelfing gewählt, der eine doppelt so gute Wärmeleitfähigkeit aufweist, wie ein vergleichbarer 1.2343 ESU. Für Spritzgießsimulation und Werkzeugkonstruktion war das Konstruktionsbüro Hein verantwortlich. Das geschützte Werkzeugkonzept Isoform kann zwar von jedem Konstrukteur über das Internet konfiguriert werden, aber für dieses Pilotprojekt stieg der Entwickler selbst mit ins Boot. Das komplett bearbeitete Werkzeugnormalienmodul erstellte Nonnenmann, die die isolierten individuellen Isoform- und die Heino-Normalien für Anguss, Entlüftung und Temperierung liefert. Federführend für das hausinterne Projekt war der eigenständige Werkzeugbau von Kunststoff-Fröhlich mit seinem Leiter Stefan Mainka.

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Die hohe Präzision, die sich dank Zentrierung und der passiven Abstützung im Bereich des Auswerferrahmens ergibt sowie die energieeffiziente Bauweise mit ihren Möglichkeiten für den Einbau individueller Temperierlösungen und Sensorik macht viele sinnvolle Ansätze überhaupt erst möglich. Will man zyklusabhängig temperieren, sollte nicht das ganze Werkzeug als träge reagierende Masse mit den temperierten Bereichen verbunden sein. Auch bei 2K-Lösungen ist so leicht eine thermische Trennung mit beispielsweise 180 Grad Celsius für die Hartkomponente und 40 Grad Celsius an der Formkonturoberfläche für die Weichkomponente möglich.

Um einen Vergleich zu ermöglichen, wurde ein Gefacheformkern mit einer Wassertemperierung einem anderen mit der Stemke-Temperierung gegenüber gestellt. Schnell wurde deutlich, dass die konventionelle Temperierung mit Wasser den Konturbereich des Gefachekernes zu einem zyklusbestimmenden Element macht. Bei einer Vorlauftemperatur von 60 Grad Celsius durch ein separat nur an dem Formkern angeschlossenes Temperiergerät ergab sich eine durchschnittlich gemessene Formoberflächentemperatur von 80,3 Grad Celsius.

Im Gefachekonturbereich mit Stemke-Temperierung hätte die Zykluszeit sogar noch weiter reduziert werden können, wenn nicht Bereiche mit deutlich größeren Wanddicken im restlichen Gehäuse hätten abkühlen müssen. Hierbei betrug die über einen Temperaturfühler eingestellte und gemessene Temperatur im Durchschnitt 52,1 Grad Celsius. Mit der thermischen Trennung ist der konturgebende Bereich in einem Bruchteil der Zeit im Vergleich zu konventionellen Werkzeugen auf Zieltemperatur und benötigt dazu im Schnitt nur 10 Prozent der üblichen Energie. Je höher die gewünschte Formoberflächentemperatur, umso größer sind die Effekte. Die Verletzungsgefahr durch das Berühren heißer Werkzeugbereiche reduziert sich ebenfalls auf ein Minimum, da nur der Konturbereich die hohe Temperatur aufweist.

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