Temperiergräte sind sowohl für das Aufheizen der Kavitäten vor dem Einspritzen als auch für die Versorgung der Kühlkanäle (Bild) mit Kühlmedium zuständig. (Bildquelle: Büchler Reinli + Spitzli)

Temperiergräte sind sowohl für das Aufheizen der Kavitäten vor dem Einspritzen als auch für die Versorgung der Kühlkanäle (Bild) mit Kühlmedium zuständig. (Bildquelle: Büchler Reinli + Spitzli)

Die variotherme Temperierung bezeichnet HB-Therm, St. Gallen, Schweiz, als ein „Hauptthema zur Erreichung höchster Teilequalität bei gleichzeitig optimierter Zykluszeit“. Mit diesem Verfahren werden infolge hoher Temperaturen beim Einspritzen und niedriger Temperaturen während des Kühlvorgangs „zuverlässig Bindenähte verhindert, auch feinste Strukturen konturtreu abgeformt, eine optimale Oberflächengüte erreicht und Einfallstellen reduziert“, wie HB-Therm weiter ausführt. Das Verfahren wird in der Regel mit zwei Temperiergeräten realisiert, wobei abwechselnd der heiße und der kalte Temperierkreis auf das Werkzeug geschaltet werden. GWK, Meinerzhagen, verzeichnet in Hinblick auf variotherme Anwendungen dieses Verfahrens eine Nachfrage nach höheren Heizleistungen.

Variotherm temperierte Fertigung auf andere Art

Frigel Firenze berichtet nun über Frigel, Rheinfelden, von einer „prozesssynchronisierten Kühlung“, mit der den Angaben zufolge ebenfalls eine verbesserte Teilequalität dank längerem Nachdruck, eine genauere Reproduktion von Oberflächendetails, eine bessere Maßhaltigkeit der Teile, weniger Bindenähte durch längere Schmelzzeit für Schmelzfronten, ein geringeres Verzugsrisiko durch Schrumpfung und eingeformte Spannungen sowie eine homogenere Glasfaserorientierung in technischen Komponenten erreicht werden. Das Verfahren bietet gemäß Frigel einen gleichen oder geringeren Gesamtenergieverbrauch, erfordert – dank geringerer Drücke – weniger Einspritzdruck und Schließkraftpressung sowie keine Änderungen an der Werkzeugkonstruktion. Durch synchronisierte Tiefkühlung wird die Zykluszeit verkürzt. „Die Temperatur des Kühlwassers unterliegt keiner Begrenzung, und Schimmelpilzschweißung wird vollständig vermieden“, heißt es weiter. Erreicht werden diese Ergebnisse laut Frigel durch eine vollständige digitale Konnektivität zwischen dem Werkzeugtemperierungssystem und der Verarbeitungsmaschine, indem die Prozesspumpen mit dem Zyklus der Spritzgießmaschine synchronisiert werden. Dabei werden „im Gegensatz zur traditionellen Werkzeugkühlung, bei der die Verbraucherpumpen vom Beginn des Injektionsvorgangs bis zum Ausstoß arbeiten, die Pumpen erst nach Abschluss der Injektion aktiviert und schon vor dem Öffnen des Werkzeugs abgeschaltet.“

Plastics Unbound, Zürich, Schweiz, berichtet von einer Niederdruck-Spritzgießtechnologie, mit der der jeweilige Innendruck in der Kavität um circa 70 % gegenüber herkömmlichem Spritzgießen gesenkt werden kann. Dies ermöglicht „eine massiv geringere Schließkraft der Spritzgießmaschine gegenüber herkömmlicher Fertigung bei identischen Bauteilen.“ Erreicht wird das mit einer geringen Einspritzgeschwindigkeit auch in der Formpartie, da die Schmelze teilkristalliner Kunststoffe durch die hohe Temperatur der Formplatten während des Formfüllvorgangs über der jeweiligen Kristallisationstemperatur gehalten und so ein frühzeitiges Einsetzen der Kristallisation unterbunden wird. Auch bei amorphen Kunststoffen führt die hohe Formplattentemperatur zu einem besseren Fließverhalten und damit zu geringeren erforderlichen Drücken. Die Technologie basiert auf dem Aufheizen „der gesamten Formkavität auf weit über 200 °C innerhalb weniger Sekunden“ und einem „sehr raschem“ Abkühlen auf die gewünschte kalte Entformungstemperatur. Das Konzept beinhaltet gemäß Plastics Unbound eine sehr leistungsfähige Wechseltemperierung, das heißt, eine variotherme Temperaturregelung der ganzen Formplatten in Kombination mit einem Werkzeugkonzept mit Aluminium-Kavitätsplatten. Auf diese Weise sind „großflächige Kavitätsplatten sehr schnell temperierbar und längere Fließwege sowie erweiterte Freiheiten bei der Teilegeometrie mit unterschiedlichen Wanddicken der Spritzgießteile möglich“.

Anzahl eingesetzter Geräte – weniger ist mehr

Hohe Heizleistungen, erzeugt auf engem Raum, lautet eine wichtige Anforderung an Temperiergeräte. (Bildquelle: Wittmann)

Hohe Heizleistungen, erzeugt auf engem Raum, lautet eine wichtige Anforderung an Temperiergeräte. (Bildquelle: Wittmann)

Zum Themenfeld Geräte- und Verfahrenstechnik sprechen Regloplas, St. Gallen, Schweiz, und AIC Regloplas, Pliening, Mehrkanal- beziehungsweise Mehrverteilersysteme mit Flow- und Puls-Technologie an. Der Einsatz dieser Systeme führt demzufolge zu einer Reduktion der Anzahl an Temperiergeräten. Engel, Schwertberg, Österreich, geht ausführlicher hierauf ein und begründet diesen Trend damit, dass „Effizienz sich immer stärker auch im Platzbedarf von Maschinen, Geräten und Anlagen ausdrückt“. Vor diesem Hintergrund wurden Temperiergeräte mit höheren Pumpen-, Heiz- und Kühlleistungen entwickelt, die es laut Engel ermöglichen, mehrere kleine Temperiergeräte, die mit derselben Temperatur arbeiten, durch ein einziges Temperiergerät zu ersetzen. In Summe reduziert sich der Platzbedarf. Gleichzeitig sinken der Verschlauchungsaufwand, der Energieverbrauch sowie die Investitions- und Instandhaltungskosten. „Bei vielen Spritzgießmaschinen passen die Geräte auch in der neuen Baugröße komplett unter die Schließeinheit und benötigen damit keine zusätzliche Stellfläche“, ergänzt das Unternehmen. Auch HB-Therm verweist im Hinblick auf Energieeffizienz auf „die Zusammenfassung mehrerer Temperierkreise mit gleichem Temperaturniveau“ durch Anschluss an nur ein größeres Gerät.

Drehzahlgeregelte Pumpen weiterhin im Trend

Die Verbesserung der Energieeffizienz liegt nach wie vor im Trend. Dazu passen laut Kelviplast, Linsengericht‚ “energiesparende förderfähige Kühllösungen.“ Die Energieeinsparung wird dabei mit Kreiselpumpe, Frequenzumrichter und Zustandsüberwachung durch vermehrten Einsatz von Sensorik realisiert. Auch Regloplas und AIC Regloplas sehen einen vermehrten Einsatz von Pumpen mit Frequenzumrichtern, auch in Kombination mit Delta T Regelung. Zum Thema Energieeffizienz erkennt GWK „bei kompakten Temperiergeräten eine Tendenz zu hocheffizienten Zentrifugalpumpen, auch im Temperaturbereich bis 160 °C“ und berichtet weiter, dass „durch diese Maßnahme die Energie-effizienz deutlich verbessert wird“. Ergänzend dazu erfolgt die Anzeige des Pumpenenergieverbrauchs im Gerätedisplay. Gemäß HB-Therm erfahren nach wie vor „Temperiergeräte mit drehzahlgeregelten Pumpen zunehmend große Beliebtheit, da diese universell einsetzbar und in der Lage sind, einen wesentlichen Anteil zu einem energieeffizienten Betrieb beizutragen“.

Automatisches Ausblasen schützt Werkzeug

Engel weist auf das automatisierte, sequentielle Ausblasen der Verteilerkreise im Werkzeug hin. Damit können nach Abschluss der Fertigung das Wasser und auch eventuell vorhandener Schmutz aus den Temperierkanälen vollständig entfernt werden, bevor das Werkzeug von der Spritzgießmaschine genommen wird. Vor Inbetriebnahme eines Werkzeugs sorgt diese Funktion für eine optimale Entlüftung der Temperierkanäle und ermöglicht auch ein Spülen und anschließendes Befüllen. Gegenüber manuellem Vorgehen, bei dem oft nicht alle Kanäle gleichmäßig mit Druckluft ausgeblasen werden, wird Zeit gespart und durch verringerte Restwassermengen Korrosion reduziert.

NFC-Technik erleichtert Bedienung

Sustek, Murrhardt, berichtet zum Themenfeld Gerätetechnik vom Einsatz der NFC Technik, die mit einer Smartphone App eine „einfache Übertragung von Gerätedaten“ ermöglicht „oder zur Modifizierung oder Speicherung der Regelparameter“ dient. Diese Trends spricht auch GWK an und verweist auf die Optimierung der Bedienbarkeit, bessere Fernwirkung, verbesserte Analysefunktionen und den Trend zum Condition Monitoring. Im Zuge von Industrie 4.0 werden, wie Kelviplast und HB-Therm betonen, Temperiergeräte „umfassend ferngesteuert und sämtliche Daten ausgelesen“.

Wassergeräte mit weiter steigenden Temperaturen

Regloplas und AIC Regloplas berichten von einem „vermehrten Wechsel von der Öltemperierung zur Wassertemperierung.“ Dies erfolgt vor dem Hintergrund, dass Druckwassergeräte bis 250 °C Einsatztemperatur zur Verfügung stehen, wie beide Firmen übereinstimmend mitteilen. In den Geräten selbst werden laut GWK verlängerte Standzeiten bei Heizungen durch optimierte Konstruktion und Strömungsverhältnisse erreicht. Bei medienberührten Komponenten erfolge ein vermehrter Einsatz von hochwertigen Edelstahllegierungen.

Über den Autor

Prof. Dr. Werner Hoffmanns

ist freier Mitarbeiter des Plastverarbeiter.

office@hoffmanns-texte.de