Spritzen & Giessen

Spritzgießwerkzeuge

Heiß-Kalte Dynamik

04.05.2009

Temperierung: Die gwk Gesellschaft Wärme Kältetechnik erweitert ihre Gesamtkompetenz um die dynamische Temperierung. Mit gwk integrat evolution präsentiert das Unternehmen ein auf keramischen Hochleistungs­heiz­elementen basierendes System zur kavitätsnahen Temperatursteuerung der Werkzeugeinsätze.

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Völlig neu ist laut Hersteller die Kombination von kavitätsnaher Kühlung mit kavitätsnaher Heizung in Form von keramischen Hochleistungsheizelementen, die in die Werkzeugeinsätze integriert sind. Dies soll eine energieeffiziente und dynamische Formnesttemperierung zur wirtschaftlichen Herstellung von Formteilen mit hohen Oberflächenanforderungen ermöglichen.

Anwendungsbeispiele für diese Technologie sind etwa Hochglanzoberflächen im Automobil- und Konsumgüterbereich sowie in der Telekommunikation. Auch dickwandige Formteile für optische Anwendungen können nach Angaben von gwk mit dieser Technik deutlich effizienter hergestellt werden als bisher.

Bei dem neuen System wurde die Heizung des Temperiergerätes direkt in das Werkzeug verlegt. Knapp unter der Formnestoberfläche wird eine keramische Widerstandsheizung installiert, die in Kombination mit kavitätsnahen Kühlkanälen für einen raschen und energiesparenden Temperaturwechsel sorgt. Dabei wird über ein Signal der Spritzgießmaschine die Oberfläche kurzzeitig auf eine so hohe Temperatur aufgeheizt, dass eine optimale Werkzeugfüllung und eine hervorragende Abbildung der Werkzeugwand erreicht werden.

Unmittelbar nach dem Füllvorgang erfolgt die Umschaltung auf die Kühlphase, um unnötige Zykluszeitverlängerungen infolge hoher Temperaturen zu vermeiden. Mit der neuen Technologie können laut Hersteller die für den Prozess notwendigen Temperaturveränderungen im Werkzeug zehnmal schneller als mit konventioneller variothermer Temperiertechnik ausgeführt werden, und das zudem mit nur einem Zehntel des bisherigen Energieverbrauchs.

Individuelle Temperaturregelung hilft beim Energiesparen

 

20-02Für dieses zukunftsweisende Verfahren der dynamischen Formnesttemperierung setzt gwk das neue integrat evolution ein. Gleich mehrere Bausteine kommen dabei zum Einsatz. Die Technologie des integrat 4D wird für die kavitätsnahe Anordnung der Temperierkanäle im Werkzeug eingesetzt. Die energiesparende individuelle Regelung der Wassermenge pro Kühlkanal für die Kühlphase übernimmt das integrat direct. Die neue integrat process control ist für die Kommunikation und Regelung zwischen den Heiz- und Kühlelementen zuständig. Sie überträgt die Prozessparameter über die neue, mit KraussMaffei entwickelte Varan-Schnittstelle in Echtzeit an die Steuerung der Spritzgießmaschine.

19-01Ideale Anwendungen sind optische Bauteile aus Polycarbonat und PMMA mit funktionalen Oberflächen. Bei einem Forschungsprojekt zum Spritzgießen nanostrukturierter Oberflächen etwa wurde eine entspiegelte Scheibe aus Polycarbonat hergestellt, die auf einer 800 kN-Spritzgießmaschine von KraussMaffei in einem vom Werkzeugbauer Krallmann und gwk gemeinsam erstellten Zweifachwerkzeug hergestellt wird. Zur Erzielung der Nanostrukturen wurde eine Kavität vom Fraunhofer IWM in Freiburg beschichtet.

Die andere Kavität blieb zum Vergleich unbeschichtet. Die dynamische Formnesttemperierung mit keramischen Hochleistungsheizungen (CPH) ermöglicht neue Technologien beim Spritzgießen. Bereits seit geraumer Zeit kooperiert gwk mit Bayer MaterialScience bei der Entwicklung dickwandiger Freiformflächen, die beispielsweise auch für die Optiken von LED-Schweinwerfern benötig werden.

Eine weitere interessante Möglichkeit ist es, mit Hilfe des integrat evolution transparente, hoch kratzfeste Oberflächeneigenschaften direkt im Spritzgießwerkzeug, ohne kostenintensive Nachschaltung weiterer Bearbeitungsschritte zu erzielen. Dies wurde beispielsweise in Zusammenarbeit mit Evonik und Krauss Maffei bereits realisiert: Als Beispiel für eine Leuchtleiste im Fahrzeuginnenraum wurde eine Elektrolumineszenzfolie zuerst mit PMMA überspritzt und anschließend noch in der Form mit einer kratzfesten Lackschicht überzogen. Die dynamische Temperaturführung spielte bei der Machbarkeit des Prozesses eine wichtige Rolle.

Trends µ-genau
Dynamisch zu mehr Produktivität
Vor dem Hintergrund ständig steigender Energiekosten und der Forderung nach höherer Produktivität ist die dynamische Formnesttemperierung ein interessanter Ansatz, um auch hochwertige Spritzgießteile mit komplexen Anforderungen zukünftig kostengünstig herzustellen: Sie ermöglicht kürzere Zykluszeiten und eine Optimierung des Spritzgießprozesses, beispielsweise zugunsten besserer Oberflächen.

Fünf Fragen an Harry Schwarz, Projektmanager bei Krallmann
„Erhebliche Qualitätsverbesserungen”
20-01Herr Schwarz, warum setzen Sie auf „dynamische Temperierung”?
In vielen Anwendungsbereichen ist eine hohe Werkzeugwandtemperatur zur Herstellung qualitativ einwandfreier Teile notwendig. Mit einer konstant hohen Werkzeugwandtemperatur ergeben sich entsprechend lange Zykluszeiten. Die Wahl der Werkzeugtemperatur ist hier immer ein Kompromiss zwischen der Teilequalität und Wirtschaftlichkeit. Die dynamische Temperierung befreit uns von dem Zwang und erlaubt uns spritzgießtechnisch anspruchsvolle Artikel wirtschaftlich herzustellen. Außerdem ist die dynamische Temperierung mit der Hochleistungsheizkeramik in Bezug auf Leistungsdichte, Temperaturdynamik und Regelgenauigkeit allen uns bekannten variothermen Temperiersystemen überlegen.

Was bringt diese Art der Temperierung beim Spritzgießprozess?
Die konturnahe Dynamische Temperierung bietet erhebliche Qualitätsverbesserung mit deutlicher Zykluszeitverkürzung bei sehr vielen Anwendungen. Es ist uns hiermit gelungen, ein Werkzeug für Freiformoptik zu realisieren. Die Herausforderung lag hier bei Wanddickenunterschieden von wenigen Zehnteln bis zu 14 mm. Mit der dynamischen Temperierung erreichten wir eine Zykluszeitverkürzung von 30 Prozent mit erheblicher Qualitätssteigerung gegenüber konventionellem Spritzgießen. Bei einer anderen Anwendung ist uns gelungen Nanostrukturen zu 100 Prozent abzuformen. Es handelte sich hier um eine hochviskose PC-Type, in der die Strukturen konventionell nicht abformbar sind.

Wo sehen Sie die Einsatzgebiete der dynamischen Temperierung?
Die Einsatzgebiete der dynamischen Temperierung sehen wir in erster Linie in der Abformung jeglicher Oberflächenstrukturen, bei der Vermeidung von Bindenähten, Einfallstellen und Lunkern und zur Erreichung unterschiedlicher Werkzeugwandtemperaturen in der Mehrkomponentenverarbeitung.

Sind die Kunden aber auch bereit, den Mehraufwand zu bezahlen?
Wir bieten die dynamische Temperierung als Paket mit unserem Partner gwk an. So sind wir in der Lage, eine Zykluszeitgarantie abzugeben. Das Paket umfasst das Hochleistungswerkzeug, konturnahe Temperierung (Vakuumlöten) mit Hochleistungsheizkeramik und Regel- und Temperiertechnik. Anhand der Artikeldaten erfolgt eine thermische Auslegung und Wirtschaftlichkeitsberechnung. Mit diesen Daten ist der Kunde in der Lage, die Amortisation des Mehraufwandes exakt zu berechnen. Aus unserer bisherigen Erfahrung liegt die Amortisation bei den meisten Anwendungen unter einem Jahr, allein auf die Zykluszeitverkürzung bezogen. Die Steigerung der Qualität und die Senkung der Ausschussquote kommt noch hinzu.

Um wieviel verteuert sich Ihr Werkzeug für den Kunden?
Grundsätzlich muss man bedenken, dass unsere Werkzeuge schon immer mit konturnaher, optimierter Kavitätentemperierung ausgelegt werden. Außerdem ist in der „dynamischen Temperierung” die Temperiertechnik für das ganze Werkzeug im Paket mit drin. Ãœblich ist bisher, dass die Kunden sich ihre Temperiergeräte selbst beschaffen. Bereinigt um diese Punkte liegt der Anteil der Mehrkosten für die dynamische Temperierung bei nur noch 15 bis 25 Prozent. Der Hauptkostentreiber ist dabei die Herstellung und Bearbeitung der Heizkeramik.


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