Am Beispiel eines konturnahen Durchflusses lässt sich zeigen, dass durch eine verfahrensgerechte Konstruktion Temperierkanäle bereits mit vergleichsweise wenig Medieneinsatz und Druck auskommen und so ein optimales Temperieren der Formeinsätze möglich ist. Durch ein Simulationstool werden die Vorteile der Technologie des Lasergenerierens jedem Betrachter deutlich. Ralph Mayer, geschäftsführender Gesellschafter von LBC, erklärt: „Tatsächlich bewegt sich die Flüssigkeit in den konturnahen Kühlkanälen gleichmäßig und in teilweise extrem geringem

Abstand zu den Wänden des dargestellten Werkzeugeinsatzes durch die lasergenerierten Kühlkanäle.“ Der Vorteil des Lasergenerierens als additives Fertigungsverfahren ist die schnelle, flexible und kostengünstige Produktion von Bauteilen oder Werkzeugen ohne Umwege direkt aus den CAD-Daten. Zudem gibt diese Technologie den Konstrukteuren größere Freiheitsgrade im Vergleich zu den herkömmlichen Fertigungsverfahren. So können einfach, sicher und schnell konturnahe Temperierkanäle für Werkzeuganwendungen erzeugt werden. Dies macht das Lasergenerieren nicht nur zu einem wirtschaftlichen, sondern auch zu einem energieeffizienten Verfahren in der Beheizung beziehungsweise Kühlung von Werkzeugen.

Das Unternehmen hat vier Lasersinter-Systeme von EOS im Einsatz, zwei Maschinen des Typs M270 sowie zwei weitere vom Typ M280. Ralph Mayer erklärt: „Das Direkte Metall Laser-Sintern (DMLS) ist ideal, um die Herausforderungen bei der Herstellung von Werkzeugeinsätzen zu meistern. Denn gerade in High-End-Bereichen, wie etwa der Optik oder der Medizintechnik, ist die Technologie des Lasergenerierens für konturnahe Temperierkanäle zweckmäßig. Ebenso lassen sich Prototypen und Funktionsbauteile aus Metall einfach und sicher herstellen und auf diese Weise mehrere Wochen Entwicklungszeit einsparen.

Längere Standzeiten der Temperiersysteme durch optimierte Strömung

Dafür sollten konkrete Konstruktionsvorgaben – nicht nur für das Werkzeug, sondern auch für das spätere Bauteil – gemacht werden, denn es geht darum, möglichst alle Freiheitsgrade, die das Lasergenerieren bietet, bereits bei der CAD-Konstruktion der Teile zu berücksichtigen. So können die Temperierkanäle bereits auf Effizienz und identischen Durchfluss ausgelegt und geprüft werden. Die Strömungen in jedem Kanal lassen sich simulieren, um dann bei der Aufteilung der Temperierkanäle balanciert nahezu gleiche Volumenströme zu ordnen. Auf diese Weise erreicht man ein gleichmäßiges und definiertes Temperieren des Werkzeuges durch gezieltes Führen der Wärme. Ebenso werden Totwasser-Bereiche ausgeschlossen und ein Verschmutzen der Temperierkanäle verhindert. Tote Ecken oder Toträume, wie sie im konventionellen Werkzeugbau durch gebohrte Kühlungen entstehen, gibt es bei lasergenerierten und dementsprechend konstruierten Einsätzen nicht. Mit anderen generativ umgesetzten Kühllösungen sind solche Ergebnisse schwer erreichbar.

Das gezielte Vermeiden von nicht eindeutig durchströmten Bereichen in einem Temperiersystem optimiert die Standzeit der Temperierkanäle in einem Werkzeugeinsatz. So ist eine turbulente Strömung in den Temperierkanälen sichergestellt, die neben einem höheren Wärmeübergang auch einen selbstreinigenden Effekt hat. Schmutzpartikel können sich so nicht an den Wänden eines Temperierkanals absetzen, sondern werden einfach aus dem Werkzeugbereich herausgeschwemmt. Von einer turbulenten Strömung spricht man ab einer Reynoldszahl größer 2.400. Generativ hergestellte Kanäle weisen Reynoldszahlen zwischen 24.000 und 40.000 auf. Geeignete Edelstahlfilter unterbinden das Verschmutzen der Temperierkanäle zusätzlich und sorgen für noch längere Standzeiten bei guter Bauteilqualität.

Werkzeugdesign als wichtigster Faktor für energieeffizientes Temperieren

Wenn das konstruktiv durchdachte Auslegen der Temperierkanäle in einem Werkzeugeinsatz für Wirtschaftlichkeit und Qualität der Spritzteile von Bedeutung ist, heißt das im Umkehrschluss, dass das Design als Anfangspunkt in der Wertschöpfungskette einen der wichtigsten Faktoren für eine gelungene Werkzeugtemperierung darstellt. Ralph Mayer hält fest: „Wir kommen konturnah in Bereiche, die kein anderes Verfahren im Werkzeugbau auch nur annähernd erreichen kann.“

 

Autor

Über den Autor

Marc Dimter