Untersuchungen zur Temperierung von Spritzgießwerkzeugen mit Impulskühlung

Bei der Herstellung thermoplastischer Kunststoffbauteile im Spritzgießprozess ist die Temperierung des Spritzgießwerkzeugs von maßgeblicher Bedeutung für die Wirtschaftlichkeit der Bauteilfertigung und die Qualität der hergestellten Bauteile. Die Anwendung einer Impulskühlung, d.h. die Temperierung des Spritzgießwerkzeugs mit Hilfe von Kaltwasserimpulsen, stellt dabei eine effiziente Alternative zur kontinuierlichen Werkzeugtemperierung dar. Die Einführung dieses Temperierkonzeptes wird jedoch häufig durch Unsicherheit bezüglich des möglichen Anwendungsgebietes, der geeigneten Ansteuerung und der Auswirkungen auf die Bauteilqualität gehemmt.
Vor diesem Hintergrund werden in der vorliegenden Arbeit umfangreiche Untersuchungen zur Werkzeugtemperierung mittels Impulskühlung vorgestellt, die mit dem Ziel durchgeführt wurden, vorhandenes Erfahrungswissen bezüglich ihrer Potenziale und Einsatzgrenzen zu erweitern und wissenschaftlich abzusichern.
​Zunächst wird der Anwendungsbereich der Impulskühlung analysiert. Unterschiedliche Möglichkeiten, die prozessabhängige, maximal erreichbare Werkzeugtemperatur während der Prozessauslegung vorherzusagen, werden aufgezeigt. Anschließend werden unterschiedliche Betriebsformen der Impulskühlung erprobt. Neben der Ansteuerung mit konstanter Impulslänge wird eine automatische Anpassung der Impulslänge anhand des Signals eines im Werkzeug eingesetzten Sensors realisiert. Im Anschluss erfolgt ein direkter Vergleich der Impulskühlung mit der kontinuierlichen Temperierung. Dabei werden mit dem Energieverbrauch, der erreichbaren Zykluszeit und der Dauer des Einschwingvorgangs auf der einen Seite, dem Bauteilverzug und den inneren Eigenschaften auf der anderen Seite sowohl wirtschaftliche Aspekte als auch Qualitätsmerkmale der hergestellten Bauteile betrachtet. Werkzeugseitig werden in Ergänzung zum konventionellen Temperiersystem eine konturnahe Temperierung und ein hoch wärmeleitfähiger Formeinsatz angewandt. Abschließend werden durch Einsatz der Strömungssimulation grundsätzliche Erkenntnisse bezüglich der thermischen Vorgänge im Werkzeug bei Einsatz der Impulskühlung ergänzt. Als Ergebnis dieser Untersuchungen liegt ein umfangreiches Prozesswissen vor, durch welches ein sicherer Betrieb und eine nutzbringende Anwendung der Impulskühlung ermöglicht werden.