Turbulenzerzeugende Oberflächenstrukturen reduzieren die Kühlzeit beim Spritzgießen
Gemeinsam haben das IFW – Institut für Fertigungstechnik und Werkzeugmaschinen, das IKK – Institut für Kunststoff- und Kreislauftechnik und das Konstruktionsbüro Hein im Rahmen eines ZIM-Kooperationsprojekts die Effizienzsteigerung im Temperierungsprozess von Spritzgießwerkzeugen durch spanend hergestellte Oberflächenstrukturen erforscht. Ziel des Projekts „TurbuStruk - Strukturierung der Temperierkanäle von Spritzgießwerkzeugen zur Erzeugung beständig wirkender, turbulenter Strömungen“ war es, durch die Erzeugung von turbulenter Strömung die Wärmetransportleistung zu verbessern und dadurch die Produktivität im Spritzgießprozess zu steigern. Da die Kühlzeit mit etwa 50 % den größten Anteil an der Zykluszeit im Spritzgießprozess ausmacht, ist es besonders aus wirtschaftlichen Gründen von großem Interesse, diese zu minimieren, ohne die Bauteilqualität zu beeinträchtigen.
Die Zykluszeiten im Spritzgießprozess werden maßgeblich durch die Kühlzeiten bestimmt. Ein vielversprechender Ansatz zur Reduzierung dieser Kühlzeiten ist die Erzeugung turbulenter Strömungen innerhalb der Kühlkanäle durch die Strukturierung der Bohrungswände. Im Rahmen des ZIM-Förderprojekts „Strukturierung der Temperierkanäle von Spritzgießwerkzeugen zur Erzeugung beständig wirkender, turbulenter Strömungen mit dem Ziel einer verbesserten Wärmetransportleistung“ wurde daher die Optimierung der Kühlkanäle von Spritzgießwerkzeugen untersucht. Das Ziel war es, durch die Strukturierung der Kanalwände turbulente Strömungen zu erzeugen, die im Vergleich zu laminaren Strömungen einen effizienteren Wärmeübergang zwischen Werkzeug und Kühlfluid ermöglichen. Dies führt zu einer Verkürzung der Kühlzeiten bis zur Entformung des Bauteils und somit auch zu einer Reduzierung der Zykluszeiten und einer nachhaltigeren Kunststoffverarbeitung.
Rudolf Hein, Geschäftsführer der Konstruktionsbüro Hein GmbH, sieht in den entwickelten Konzepten einen wichtigen Schritt hin zu einer nachhaltigeren Produktentwicklung und Werkzeugkonstruktion für Kunststoffbauteile: „Unsere Partnerschaft mit dem IKK und dem IFW hat uns erheblich bei der Optimierung von Kühlsystemen vorangebracht. Mit den erforschten Oberflächenstrukturen haben wir eine zusätzliche Lösung für besonders anspruchsvolle Kühlanwendungen zur Verfügung. Wir sehen großes Potenzial für diese Technologie, insbesondere in der Anwendung bei Bauteilen mit zyklusabhängiger Temperierung.“
„Für uns war die interdisziplinäre Kombination aus Materialabtrags- und CFD-Simulationen eine spannende Herausforderung. Die gewonnenen Erkenntnisse konnten wir nutzen, um die Fertigung der Oberflächenstrukturen für ein optimales Temperierverhalten zu planen“, sagt Christian Wege aus der Abteilung „Technologien zur Funktionalisierung“. Mithilfe eines gemeinsam entwickelten Demonstrator-Spritzgießwerkzeugs konnten die Eignung der Strukturen nachgewiesen und der Einfluss der Geometrieparameter quantifiziert werden.
Die Ergebnisse des gemeinsamen Forschungsprojekts werden die Partner auch zukünftig nutzen, um eine effiziente und nachhaltigere Kunststoffproduktion weiter voranzutreiben.
Kontakt:
Für weitere Informationen steht Ihnen Vannila Prasanthan, Institut für Fertigungstechnik und Werkzeugmaschinen der Leibniz Universität Hannover, unter Telefon +49 511 762 19091 oder per E-Mail (prasanthan@ifw.uni-hannover.de) gern zur Verfügung.
Gemeinsam haben das IFW – Institut für Fertigungstechnik und Werkzeugmaschinen, das IKK – Institut für Kunststoff- und Kreislauftechnik und das Konstruktionsbüro Hein im Rahmen eines ZIM-Kooperationsprojekts die Effizienzsteigerung im Temperierungsprozess von Spritzgießwerkzeugen durch spanend hergestellte Oberflächenstrukturen erforscht. Ziel des Projekts „TurbuStruk - Strukturierung der Temperierkanäle von Spritzgießwerkzeugen zur Erzeugung beständig wirkender, turbulenter Strömungen“ war es, durch die Erzeugung von turbulenter Strömung die Wärmetransportleistung zu verbessern und dadurch die Produktivität im Spritzgießprozess zu steigern. Da die Kühlzeit mit etwa 50 % den größten Anteil an der Zykluszeit im Spritzgießprozess ausmacht, ist es besonders aus wirtschaftlichen Gründen von großem Interesse, diese zu minimieren, ohne die Bauteilqualität zu beeinträchtigen.
Die Zykluszeiten im Spritzgießprozess werden maßgeblich durch die Kühlzeiten bestimmt. Ein vielversprechender Ansatz zur Reduzierung dieser Kühlzeiten ist die Erzeugung turbulenter Strömungen innerhalb der Kühlkanäle durch die Strukturierung der Bohrungswände. Im Rahmen des ZIM-Förderprojekts „Strukturierung der Temperierkanäle von Spritzgießwerkzeugen zur Erzeugung beständig wirkender, turbulenter Strömungen mit dem Ziel einer verbesserten Wärmetransportleistung“ wurde daher die Optimierung der Kühlkanäle von Spritzgießwerkzeugen untersucht. Das Ziel war es, durch die Strukturierung der Kanalwände turbulente Strömungen zu erzeugen, die im Vergleich zu laminaren Strömungen einen effizienteren Wärmeübergang zwischen Werkzeug und Kühlfluid ermöglichen. Dies führt zu einer Verkürzung der Kühlzeiten bis zur Entformung des Bauteils und somit auch zu einer Reduzierung der Zykluszeiten und einer nachhaltigeren Kunststoffverarbeitung.
Rudolf Hein, Geschäftsführer der Konstruktionsbüro Hein GmbH, sieht in den entwickelten Konzepten einen wichtigen Schritt hin zu einer nachhaltigeren Produktentwicklung und Werkzeugkonstruktion für Kunststoffbauteile: „Unsere Partnerschaft mit dem IKK und dem IFW hat uns erheblich bei der Optimierung von Kühlsystemen vorangebracht. Mit den erforschten Oberflächenstrukturen haben wir eine zusätzliche Lösung für besonders anspruchsvolle Kühlanwendungen zur Verfügung. Wir sehen großes Potenzial für diese Technologie, insbesondere in der Anwendung bei Bauteilen mit zyklusabhängiger Temperierung.“
„Für uns war die interdisziplinäre Kombination aus Materialabtrags- und CFD-Simulationen eine spannende Herausforderung. Die gewonnenen Erkenntnisse konnten wir nutzen, um die Fertigung der Oberflächenstrukturen für ein optimales Temperierverhalten zu planen“, sagt Christian Wege aus der Abteilung „Technologien zur Funktionalisierung“. Mithilfe eines gemeinsam entwickelten Demonstrator-Spritzgießwerkzeugs konnten die Eignung der Strukturen nachgewiesen und der Einfluss der Geometrieparameter quantifiziert werden.
Die Ergebnisse des gemeinsamen Forschungsprojekts werden die Partner auch zukünftig nutzen, um eine effiziente und nachhaltigere Kunststoffproduktion weiter voranzutreiben.
Kontakt:
Für weitere Informationen steht Ihnen Vannila Prasanthan, Institut für Fertigungstechnik und Werkzeugmaschinen der Leibniz Universität Hannover, unter Telefon +49 511 762 19091 oder per E-Mail (prasanthan@ifw.uni-hannover.de) gern zur Verfügung.