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Die Arbeitsweise von Temperiergeräten wird ausführlich behandelt ebenso wie die Art des Temperier-Mediums und die Art seiner Führung im Temperier-Kreislauf. Dabei bieten viele Geräte die Möglichkeit, zwischen unterschiedlichen Arten dieser Führung zu wechseln, um flexibel auf sich ändernde Betriebsbedingungen reagieren zu können. Lässt zum Beispiel ein Gerät den offenen und geschlossenen Kreislauf zu, so können mit Wasser vorübergehend Temperaturen über 100 °C gefahren werden. Offene Kreisläufe erreichen mit Wasser etwa 95 °C und mit Öl bis zu 400 °C im Vorlauf. Geschlossene Kreisläufe werden mit Wasser unter Druck bis zu Temperaturen von 230 °C betrieben. Mit Öl wird in der Regel im offenen Kreislauf, also drucklos gearbeitet, um die thermische Dehnung zu kompensieren. Dabei sollte das Ausdehnungsgefäß nicht direkt am Kreislauf angeordnet sein. Umschaltung von Druck- auf Saug-Betrieb hilft, vorübergehende Undichtigkeit im temperierten Objekt zu überbrücken.

Weitere Angaben beziehen sich auf Pumpen, die das Medium durch den Temperierkreislauf bewegen, auf die Ausführung medienberührter Teile, auf Schutzmaßnahmen gegen Trockenlauf und thermische Überlastung sowie auf Wärmetauscher, die der Abführung der Wärme, die der Kreislauf aufgenommen hat, dienen. Der Abtransport dieser Wärme aus dem zuvor mit dem Kunststoff-Verarbeitungsprozess geformten Material kann auf eine weitere Weise geschehen, bei der das Kühlmedium, meist Wasser, nicht im Kreislauf geführt wird, sondern untemperiert impulsweise zugeführt wird in der Menge, dass die abzuführende Wärmemenge exakt aufgenommen wird. Mit dieser Methode ist naturgemäß nur eine Kühlung möglich. Das nötige Temperatur-Niveau bei Produktionsbeginn muss auf andere Weise erreicht werden zum Beispiel durch Aussetzen des impulsweisen Zuführens des Kühlmittels oder durch separate Beheizung.

Die Entwicklungstrends nehmen auf den Highend-Spritzguss, etwa in den Bereichen Technische Formteile, Automotive, Kunststoffoptik oder Medizintechnik Bezug. Da hier in schneller Folge zwischen Extremwerten schwankende Prozessdaten vorliegen, sind Lösungen gefragt, die diesen Anforderungen gerecht werden. Nach HB-Therm gewinnt „die interne und die externe Durchfluss-Messung mehr und mehr an Bedeutung.“ Damit „lassen sich Durchfluss-Veränderungen in seriellen und parallelen Temperierkreisen frühzeitig erkennen. Das sorgt für eine hohe Prozess-Sicherheit, weil das Erkennen von Durchfluss-Veränderungen im Produktionsprozess negative Auswirkungen auf die Teile-Qualität wie Verzugs-Spannungen, Spannungs-Risse, schwindende Formstabilität oder mangelnde Oberflächengüte verhindert. Nachschwindung oder Maß-Abweichungen werden zuverlässig erkannt.“ Haben Temperierkreise gleiche Temperatur, so lassen sie sich aufgrund der Durchsatz-Messung zusammenfassen, was den Temperier-Aufwand reduziert und die Investitionen wirtschaftlicher gestaltet. Gwk Gesellschaft Wärme bestätigt diesen Trend durch Erweiterung des angebotenen Regelsystems für Durchfluss-Messungen für höhere Temperaturen und mit geringerem Bedien-Komfort, was die Verbreitung fördert.

Eine weitere aktuelle Entwicklung in der Werkzeug- und Spritzgieß-Technik erfordert nach HB-Therm ein immer höheres Temperatur-Niveau. Dabei haben wasserbasierte Geräte klare thermische Vorteile; sie stellen aber „erhöhte Anforderungen an eine einwandfreie Wasserqualität“. Dies gilt vor allem für Wasser in geschlossenen Temperier- und Kühlkreisen. Zum „Schutz von Anlagen und Einrichtungen und zur Sicherung guter Wärmeübertragungs-Eigenschaften sollte das Wasser daher entsprechend aufbereitet sein“. HB-Therm führt weiter aus, dass „die Folgen einer schlechten Wasserqualität Ablagerungen im Wärmeträgerkreis sind. So reduziert beispielsweise eine Kalkschicht von 1 mm Dicke den Wärme-Übergang um den Faktor 50 bis 100. Als Folge davon verschlechtert sich die Formteil-Qualität und Zykluszeit-Verlängerungen werden wahrscheinlich. Mit der Wasser-Aufbereitung wird sichergestellt, dass weder Korrosion noch Kalk-Ablagerungen im Kreislauf entstehen, Algen- und Schlamm-Bildung zuverlässig verhindert sowie von Verkrustungen und Verschlämmungen gelöste Partikel nachhaltig ausgeschleust werden.“ Hierfür sorgen moderne mobile Wasseraufbereitungs-Stationen, die eine durchgängige hohe Mediengüte und damit ablagerungsfreie Temperierkreise über lange Zeit sicherstellen. Vor allem geht es beim Einsatz dieser Geräte darum, „erhöhten Anforderungen an die Wasserqualität, wie sie sich beispielsweise durch Wassertemperaturen im Bereich über 140 °C, bei Dreh-Durchführungen mit kritischen Dicht-Elementen oder bei kleinen Temperierkanal-Querschnitten ergeben können, zu entsprechen. Mobile Anlagen kommen dann zum Einsatz, wenn diese Anforderungen nur für Einzel-Anwendungen bestehen und die zentrale Aufbereitung den Anforderungen nicht genügt.“

Um die Qualität des Systemwassers sicherzustellen, sollten Temperiergeräte bereits serienmäßig hinsichtlich der Regelmesstechnik entsprechend ausgestattet sein. Dazu vermerkt HB-Therm: „Geräte mit indirekter Kühlung sollten standardmäßig auf den separaten Anschluss für Systemwasser umgestellt werden können.“ Weiterhin „verhindern Kühler-Bypass und Proportional-Ventil zur Kühlung zu hohe Medientemperaturen, sie regeln das Kaltwasser und verhindern Druckschläge. Temperiergeräte mit geschlossenen Systemen ohne Sauerstoff-Kontakt vermeiden das Lösen von Luft und Sauerstoff im Wasser und reduzieren Aggressivität und chemische Veränderung des Kreislaufs. Zur Aufrecht-Erhaltung des System-Drucks sollte standardmäßig eine Druckerhöhungs-Pumpe im Systemwasser-Eingang zur Verfügung stehen. Dies schließt Dampf- und CO2-Bildung, die zu Kalk-Bildung führt, im Temperierkreis zuverlässig aus. Eine moderne mobile Wasser-Aufbereitung als Ergänzung zur bereits serienmäßigen Temperiergeräte-Ausstattung sollte beispielsweise über wichtige Features wie etwa eine Füllstands-Messung über Ultraschall, eine automatische Füllung und Entleerung, eine automatische Mischfunktion für die zugefügten Aufbereitungsmittel sowie eine Leckage-Überwachung verfügen.“

Der von Gwk berichtete Trend bezieht sich auf die Effizienz-Steigerung zeit- und energieintensiver Spritzgieß-Verfahren, die eine variotherme Temperierung erfordern. Die bei der klassischen variothermen Temperierung „in den Schlauchleitungen und in den Temperiergeräten auftretenden Zeit und Energie zehrenden Wärmeverluste“ werden durch eine „dynamische Formnest-Temperierung“ vermieden. Bei dieser „wird das Temperiergerät quasi ins Werkzeug eingebaut. Das Heizen wird hierbei von einer keramischen Hochleistungsheizung übernommen, die so nah wie technisch möglich hinter der Kavität platziert wird. Die Kühlung erfolgt ebenfalls kavitätsnah und der Kontur folgend. Für den Prozess bedeutet dies, dass Temperatur-Änderungen an der Kavität bis zu zehnmal schneller realisiert werden können und das mit nur einem Zehntel des Energieverbrauchs“ gegenüber der klassischen variothermen Temperierung. Diese „sehr schnelle variotherme Beeinflussung der Werkzeugwand-Temperaturen mit der dynamischen Temperierung dient der Verbesserung der Oberflächen-Abbildung, der Optimierung der Formfüllung sowie der Vermeidung sichtbarer Bindenähte“. Das Verfahren erfordert ein Regelkonzept mit sehr hoher Abtast-Geschwindigkeit und weist Echtzeit-Schnittstellen zur Kommunikation mit der Spritzgießmaschine auf. Die dynamische Formnest-Temperierung weist wesentliche Vorteile auf, die Gwk hervorhebt: Es sind dies „zum einen die hohe Energie-Effizienz durch Reduzierung der thermisch beeinflussten Massen im Werkzeug. Zum anderen erfolgt die unmittelbare Wärme-Erzeugung direkt in den Form-Einsätzen. Ein wechselweise temperiertes Wärmeträger-Medium ist dadurch nicht erforderlich.“

Energie sparendes Potenzial bieten auch die von HB-Therm berichteten Trends. Externe Durchfluss-Messer ermöglichen in Verbindung mit entsprechender Regelung das Zusammenfassen mehrerer Temperierkreise mit gleichem Temperatur-Niveau. Dadurch „können Einzelgeräte effektiv substituiert und an anderer Stelle eingesetzt werden. Neben Einricht-Zeiten lassen sich so nicht zuletzt auch Kosten einsparen. Zusätzlich werden durch einen optimal aufbereiteten Wärmeträger energetische Einsparungen möglich durch längere Standzeiten, einen geringeren Energieverbrauch bei der Temperierung sowie saubere Temperierkreisläufe ohne Korrosion und Ablagerungen.“ Nicht zuletzt sieht HB-Therm für das Erreichen einer nachhaltigen Energie-Effizienz im Betrieb von Temperiergeräten die stimmige Dimensionierung der Gerätepumpe als stetigen Verbraucher als unerlässlich an.
Wieder verweist auf die Erkenntnis, „dass Fühler-Steckverbindungen in Schutz-Ausführung IP 67 erforderlich sind, um Messfehler auszuschließen“.

Entwicklungstrends
Qualität und Effizienz steigern…

…, diesem Ziel dienen die mitgeteilten Trends. Durchfluss-Messung und -Regelung sorgen für stabile Prozessdaten und sichern damit die Produkt-Qualität. Gleichzeitig ermöglichen sie, auf gleichem Temperatur-Niveau arbeitende Temperierkreise zusammen zu fassen, wodurch Kosten sinken. Wird aufbereitetes Wasser als Temperiermedium verwendet, sind längere Standzeiten zu erreichen, da in den Temperier-Kreisläufen Korrosion und Ablagerungen unterbleiben. Dies senkt gleichzeitig den Energieverbrauch. Bei variothermen Temperierungen wird die Temperier-Einrichtung quasi ins Werkzeug verlegt. Da hierdurch Zeit und Energie zehrende Wärmeverluste in Schlauch-Leitungen und Temperiergeräten vermieden werden, lassen sich die für variotherme Temperierung typischen Temperatur-Veränderungen an der Kavität wesentlich schneller realisieren bei wesentlich geringerem Energie-Einsatz.

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Werner Hoffmanns