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Vernachlässigter Faktor Kühlwasser

Das verwendete Kühlmedium, besonders wenn es sich um Wasser handelt, hat nach Aussage von Oberlies viel Einfluss auf den Wärmeaustausch und damit auf die Zykluszeit und Produktqualität. Vor allem der Wasserqualität schenkten die Betriebe zu wenig Aufmerksamkeit. Die härtebildenden Ionen im Leitungswasser können dabei für Ablagerungen sorgen oder der Korrosion Vorschub leisten. Laut Oberlies kann die Effektivität des Wärmeübergangs durch ungeeignetes Wasser mit der Zeit nur noch einen Bruchteil dessen bedeuten, was mit einem neuwertigen Werkzeug möglich war. Im schlimmsten Fall könne ein Werkzeug durch zu starke Ablagerungen sogar irreparabel zerstört werden.

Anhand eines Praxisbeispiels wurde das Problem mit gemessenen Werten verdeutlicht: Das dazu verwendete Werkzeug dient zur Herstellung eines Polypropylenteils mit 2 mm Wandstärke. Als theoretische Kühlzeit wurden 10,14 s berechnet, wenn das Wasser eine Vorlauftemperatur von 15 °C hat und die Werkzeugwand aufgrund der warmen Schmelze nach dem Schuss etwa 40 °C aufweist. Nachdem sich eine Kalkschicht von rund 1 mm gebildet hatte, war die Wärmeleitfähigkeit, wie Oberlies erklärte, von 33,5 W/mK auf 13,5 W/mK gesunken.

Mehr Kalk, weniger Kühleffekt

Bei einer 2 mm dicken Kalkschicht waren es nur noch 8,5 W/mK. Die Werkzeugwandtemperatur stieg dabei auf knapp 60 °C und am Ende bis über 65 °C. Die Kühlzeit stieg zunächst auf 16,6 s und schließlich auf 28,8 s bei einer 2-mm-Ablagerung, so Oberlies. Bei einem Kühlzeitanteil von 70 % am gesamten Zyklus, bedeute eine nur 1 mm dicke Kalkschicht im Kühlsystem eine um rund 30 % längere Zykluszeit. Oberlies machte klar, dass ab einer Wassertemperatur von 40 °C der gelöste Kalk in Kalziumcarbonat und Kohlensäure zerfällt. Das Karbonat setzte die Kanäle zu. Die Kohlensäure greife den Werkzeugstahl direkt an, löse dort Ionen heraus, wodurch die Innenwand immer rauer werde und schaffe so beste Voraussetzungen für den Aufbau einer Kalkschicht. Die Mehrkosten, etwa durch Einsatz einer zweiten Maschine, um die Sollzahlen zu erreichen, hat Oberlies bei einer Ablagerung von 1 mm mit mindestens 52.000 Euro im Jahr ausgerechnet, wenn dreischichtig gearbeitet wird und der Maschinenstundensatz bei 25 Euro pro Stunde liegt. Ein zweites Werkzeug wurde dabei noch gar nicht in Betracht gezogen, so Oberlies.

Vernachlässigte Kühltechnik wirkt infektiös

Zusätzliche Beeinträchtigungen durch von anderen Werkzeugen abgelöste Kalkablagerungen und Algenbildung stören den Kühlprozess auch, wie Oberlies sagte. Nutze man dann für mehrere Werkzeuge eine externe Kühleinheit, sorge man quasi selber für die Übertragung des Problems. Diese Gefahr lässt sich jedoch verhindern, wenn man die Werkzeuge ab und an chemisch reinigt, wie der Spezialist erklärt. Dafür gebe es Geräte, die ans Kühlsystem des Werkzeugs angedockt werden könnten. Eine auf rund 60 °C geheizte Reinigungslösung baut die Ablagerungen dann ab. Die Länge des Reinigungsprozesses wird dabei von der Dicke der Kalkschicht bestimmt. Danach wird das Reinigungsmittel neutralisiert. Es empfiehlt sich, die Kühlkanäle danach zu verschließen und für eine Lagerung des Werkzeugs auch zu konservieren. Bestimmen kann man den Reinigungserfolg auch mit der Methode des Ausliterns nach dem Sollvolumen gemäß CAD-Daten aus der Konstruktion oder man vergleicht die tatsächliche mit der theoretischen Durchflussmenge.

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