Konturnahe Werkzeugtemperierung beschleunigt das Spritzgießen

Mittels konturnaher Werkzeugtemperierung lassen sich Kühlzeit und somit Zykluszeit beim Spritzgießen einsparen. Dazu werden an krischen Werkzeugstellen Einsätze mit konturnahen Kanälen verwendet. Vor...

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Mittels konturnaher Werkzeugtemperierung lassen sich Kühlzeit und somit Zykluszeit beim Spritzgießen einsparen. Dazu werden an krischen Werkzeugstellen Einsätze mit konturnahen Kanälen verwendet. Vor allem bei Werkzeugen für Großserienteile ist diese Art der Temperierung vorteilhaft, weshalb man sie auch in ein Servicekonzept für Kunststoffe aufnahm.Für einen Hersteller technischer Kunststoffe wird Wachstum immer schwieriger, wenn er nur als Werkstofferzeuger und -lieferant tätig ist. Daher bietet die Bayer AG, Leverkusen, Verarbeitungs-Know-how als zusätzlichen Service für Kunststoffverarbeiter an. Im Spritzgießbereich geschieht das seit kurzem in strategischer Allianz mit der Innova Engineering GmbH, Menden. Ziel dieser Zusammenarbeit ist es, mit dem von Innova entwickelten Verfahren Contura Spritzgießern in Europa trotz steigenden Kostendrucks die Möglichkeit zur Fertigung qualitativ hochwertiger Kunststoffteile zu geben.Mit dem Contura-Verfahren kann der Verlauf von Temperierkanälen bei Spritzgießwerkzeugen der Kavität angepasst werden. Es ermöglicht, Werkzeuge so zu temperieren, dass eine deutliche Zykluszeitverkürzung realisierbar ist. Dazu wird der Werkzeugeinsatz in Scheiben zerlegt, um die Temperierkanäle der Kavitätskontur folgend einarbeiten zu können. Anschließend folgt das Zusammenfügen der Scheiben - stoffschlüssig in einem Autoklaven bei einer Temperatur über 1000 °C. Zum Fügen kommt ein Verfahren zur Anwendung, das man im Flugzeugbau zur Herstellung von Turbinenschaufeln anwendet und für Spritzgießwerkzeuge entsprechend weiterentwickelte.Aufgrund der konturangepassten Temperierung wird vor allem die Kühlzeit reduziert, die im Allgemeinen etwa zwei Drittel der Zyklusdauer beim Spritzgießen beträgt und in der Praxis häufig wesentlich länger ist als der aufgrund physikalischer Gegebenheiten berechnete Wert. Die Hauptursache dafür liegt in der relativ schlechten Wärmeabfuhr einer herkömmlich ausgeführten Temperierung, insbesondere an bestimmten Werkzeugstellen. Dadurch lässt sich keine gleichmäßige Temperaturverteilung im herzustellenden Formteil erreichen. Vielmehr erhält man eine ungleichmäßige Verteilung mit teilweise enorm hohen Temperaturdifferenzen, wodurch eine entsprechend lange Kühlzeit erforderlich ist, um eine hohe Formteilqualität zu erzielen.An dieser Schwachstelle setzt das Konzept der konturnahen Werkzeugtemperierung an. Damit kommt man laut Innova sehr nah an die physikalisch bedingte Kühlzeit heran. Um dies zu verdeutlichen, hat das Engineering-Unternehmen ein 2-Kavitäten-Werkzeug konzipiert, wobei in eine der Kavitäten von einem Schweizer Werkzeugbauer auf konventionellem Weg Temperierkanäle eingearbeitet wurden. Die andere Kavität ist mit einer konturnahen Temperierung ausgestattet. In beiden Kavitäten wird dasselbe Demonstrationsteil spritzgegossen: ein kastenförmiges Spritzgießteil mit Rippen, Anschraubdom und innen liegenden Taschen.Aufgrund der konturangepassten Temperierung wurde bei diesem Formteil die Kühlzeit von 15,6 auf 4,5 s und dadurch die Zykluszeit von 25,1 auf 14 s verkürzt. Diese reduzierte Kühldauer führt bei konventioneller Temperierung zu ,,eingefallenen" Seitenwänden, weil das Formteil nicht ausreichend in der Kavität abgekühlt wird, bevor es das Werkzeug verlässt. Das ist bei der konturnahen Temperierung nicht der Fall: Fünf getrennte und einzeln regelbare Temperierkreisläufe im Kern der Kavität ermöglichen, die Wärmeabfuhr an jeder Stelle zu optimieren - und verhindern dadurch Verzug, innere Formteilspannungen und Unterschiede bezüglich des Glanzgrads an der Oberfläche. Darüber hinaus ist die Wärme in der Kavität so regulierbar, dass der Kunststoff bei der empfohlenen Temperatur verarbeitet wird.Um eine deutliche Verbesserung zu erzielen, ist es größtenteils ausreichend, problematische Stellen im Werkzeug mit einer konturnahen Temperierung auszustatten. Sie werden durch Simulation der Temperiervorgänge am Computer ermittelt. Danach folgt für den problematischen Bereich die Herstellung des Werkzeugeinsatzes, wobei Innova den Rohling mit den eingearbeiteten Temperierkanälen und Aufmaß zur Verfügung stellt. Er wird vom Werkzeugbauer weiterbearbeitet: durch Fräsen, Erodieren, Schleifen oder Polieren. Als Werkstoff verwendet man Edelstahl. Ein Umstieg auf Kupfer- oder Aluminiumlegierungen ist zwar generell möglich, wird jedoch von Innova in der Regel als nicht erforderlich angesehen.Mehr als 3000 Werkzeuge wurden bereits mit Einsätzen zur konturnahen Temperierung ausgestattet. Dabei erzielte man bei gleicher oder sogar verbesserter Formteilqualität im Durchschnitt eine Verkürzung der Zykluszeit um 30%. Jedoch ist eine Ausstattung oder Umrüstung nicht immer lohnenswert. Bei Innova meint man allerdings, dass sich die zusätzlichen Kosten für eine konturnahe Temperierung bei 25 bis 30% aller Spritzgießwerkzeuge in relativ kurzer Zeit amortisieren lassen - vor allem bei Werkzeugen zur Großserienfertigung. Damit würden teure Nachrüstungsarbeiten entfallen, die bis zu 40% der Werkzeugkosten ausmachen können.Um dieses Marktpotenzial für die konturnahe Temperierung zu erschließen, wird Innova im Rahmen der Allianz die weit verzweigten ,,Vertriebskanäle" von Bayer nutzen. Der Leverkusener Kunststofferzeuger verspricht sich dagegen ein verbessertes Servicekonzept hinsichtlich der Anwendung seiner Produkte. Gerade bei technischen Kunststoffen ist laut Bayer die Vermittlung von Fertigungskenntnissen erforderlich, um bestehende Marktanteile halten und neue Anwendungen erschließen zu können.