Kühloptionen - Leitbleche und Bubbler

Was ist eine Spritzguss-Kühlblende?

Die Kühlblende für Spritzgussformen ist beim Spritzgießen eine Komponente oder Struktur, die den Kühlprozess der Form während des Spritzgusszyklus verbessern soll. Spritzgießen ist ein Herstellungsverfahren, bei dem geschmolzener Kunststoff in eine Formhöhle gespritzt wird, um eine bestimmte Form zu bilden. Eine effiziente Kühlung ist bei diesem Verfahren entscheidend, um eine ordnungsgemäße Verfestigung des Kunststoffs sicherzustellen und hochwertige Formteile zu erhalten.

Kühlbleche für Spritzgussformen werden normalerweise in der Formhöhle angebracht, um die Kühlung des eingespritzten Kunststoffs zu regulieren und zu optimieren. Diese Bleche können verschiedene Formen annehmen, z. B. Rippen, Kanäle oder andere Strukturen, und werden strategisch platziert, um den Kühlmittelfluss (normalerweise Wasser oder Öl) durch die Form zu steuern. Der Hauptzweck von Kühlblechen besteht darin, dem geschmolzenen Kunststoff schnell Wärme zu entziehen und so eine schnellere und gleichmäßigere Verfestigung zu ermöglichen.

Durch den Einsatz von Kühlblechen können Hersteller die Zykluszeiten verbessern, die Dimensionsstabilität der Formteile verbessern, das Risiko von Defekten verringern und letztendlich die Gesamteffizienz des Spritzgussverfahrens steigern. Das Design und die Platzierung der Kühlbleche hängen von Faktoren wie der Geometrie des Formteils, dem verwendeten Material und den spezifischen Anforderungen des Formverfahrens ab.

Bedeutung der Kühlblende für Spritzgussformen

Kühlleitbleche spielen im Spritzgussprozess eine entscheidende Rolle und ihre Bedeutung liegt in mehreren Schlüsselaspekten:

1. Verkürzung der Zykluszeit: Effiziente Kühlleitbleche sorgen für eine schnellere und gleichmäßigere Abkühlung des Formteils. Durch die Optimierung des Kühlvorgangs kann die Gesamtzykluszeit des Spritzgussverfahrens verkürzt werden. Kürzere Zykluszeiten tragen zu höheren Produktionsraten und verbesserter Betriebseffizienz bei.
2. Dimensionsstabilität: Eine ordnungsgemäße Kühlung ist für die Erzielung von Maßgenauigkeit und Stabilität der Formteile unerlässlich. Kühlleitbleche helfen bei der Kontrolle der Abkühlrate und verhindern Verformungen oder Verformungen des Endprodukts. Eine gleichmäßige und kontrollierte Kühlung trägt dazu bei, die gewünschten Abmessungen der Formteile beizubehalten.
3. Qualitätsverbesserung: Eine gleichmäßige Kühlung minimiert die Wahrscheinlichkeit von inneren Spannungen, Einfallstellen und anderen Defekten in den Formteilen. Durch die Verhinderung einer ungleichmäßigen Kühlung tragen Kühlleitbleche zu qualitativ hochwertigeren Endprodukten mit weniger Oberflächenfehlern und verbesserter struktureller Integrität bei.
4. Materialauswahl und Verarbeitungsoptimierung: Verschiedene Materialien haben unterschiedliche Kühlanforderungen. Kühlleitbleche ermöglichen die Anpassung des Kühlprozesses an das jeweils verwendete Material. Diese Flexibilität ist entscheidend für die Optimierung der Spritzgussparameter und das Erreichen der gewünschten Materialeigenschaften im Endprodukt.
5. Energieeffizienz: Effiziente Kühlleitbleche tragen zur Energieeinsparung bei, da sie eine präzise Steuerung des Kühlprozesses ermöglichen. Durch eine effektivere Kühlung der Form kann die Zeit, die die Form in der Kühlphase verbringt, verkürzt werden, was auf lange Sicht zu Energieeffizienz und Kosteneinsparungen führt.
6. Verlängerte Werkzeuglebensdauer: Eine ordnungsgemäße Kühlung hilft dabei, die auf die Form einwirkenden thermischen Belastungen zu bewältigen. Indem sie eine Überhitzung verhindern und eine gleichmäßige Temperaturverteilung gewährleisten, tragen Kühlbleche zur Langlebigkeit und Haltbarkeit der Spritzgussform bei und reduzieren Wartungskosten und Ausfallzeiten.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass Kühlleitbleche für Spritzgussformen von entscheidender Bedeutung sind, um den Spritzgussprozess zu optimieren, die Qualität der geformten Produkte zu verbessern, die Zykluszeiten zu verkürzen und die allgemeine Betriebseffizienz in der Fertigungsindustrie zu steigern.

Was tun sie für die Formkühlung? Bubbler und Baffles

Wasserkühler-Sprudler und Schallwand sind Abschnitte von Kühlleitungen die den Kühlmittelstrom in Bereiche umleiten, die normalerweise nicht gekühlt werden. Kühlkanäle werden typischerweise durch die Formhohlraum und Kern. Die Form kann jedoch Bereiche aufweisen, die zu weit entfernt sind, um normale Kühlkanäle aufzunehmen. Alternative Methoden zum gleichmäßigen Kühlen dieser Bereiche mit dem Rest des Teils umfassen die Verwendung von Leitblechen, Bubblern oder Thermostiften, wie unten gezeigt.

Leitbleche

Eine Kokillenblende ist eigentlich ein Kühlkanal, der senkrecht zu einer Hauptleitung gebohrt wird. Kühlleitung, mit einer Klinge, die einen Kühlkanal in zwei halbkreisförmige Kanäle unterteilt. Das Kühlmittel fließt auf einer Seite der Klinge aus dem Hauptkanal. Kühlleitung, dreht sich um die Spitze zur anderen Seite der Schallwand und fließt dann zurück zur Hauptkühlleitung.

Diese Methode bietet maximale Querschnitte für das Kühlmittel, es ist jedoch schwierig, den Trenner genau in der Mitte zu montieren. Die Kühlwirkung und damit die Temperaturverteilung auf einer Seite des Kerns kann sich von der auf der anderen Seite unterscheiden. Dieser Nachteil einer ansonsten herstellungstechnisch kostengünstigen Lösung kann eliminiert werden, wenn das Blech, aus dem der Trenner besteht, verdreht wird. Der Helix-Trenner, wie in Abbildung 2 unten dargestellt, leitet das Kühlmittel beispielsweise in Form einer Helix zur Spitze und zurück. Er ist für Durchmesser von 12 bis 50 mm geeignet und sorgt für eine sehr homogene Temperaturverteilung. Eine weitere logische Weiterentwicklung von Trennern sind ein- oder zweigängige Spiralkerne, wie in Abbildung 2 unten dargestellt.

Bubbler

Ein Formkühlungs-Bubbler ähnelt einem Prallblech, außer dass die Klinge durch ein kleines Rohr ersetzt ist. Das Kühlmittel fließt in den Boden des Rohrs und „sprudelt“ oben heraus, wie bei einem Springbrunnen. Das Kühlmittel fließt dann um die Außenseite des Rohrs herum nach unten, um seinen Fluss durch das Kühlkanal.

Die effektivste Kühlung schlanker Kerne wird mit Bubblern erreicht. Der Durchmesser beider muss so abgestimmt sein, dass der Strömungswiderstand in beiden Querschnitten gleich ist. Voraussetzung dafür ist:

Innendurchmesser / Außendurchmesser = 0,707

Formkühlung Bubbler sind im Handel erhältlich und werden normalerweise in den Kern geschraubt, wie in Abbildung 3 unten gezeigt. Bis zu einem Durchmesser von 4 mm sollte das Rohr am Ende abgeschrägt werden, um den Querschnitt des Auslasses zu vergrößern; diese Technik ist in Abbildung 3 dargestellt. Bubbler können nicht nur für Formkernkühlung, dienen aber auch zur Kühlung von flachen Formteilen, welche nicht mit gebohrten oder gefrästen Kanälen ausgestattet werden können.

Abbildung 3. (Links) In den Kern geschraubte Bubbler. (Rechts) Bubbler abgeschrägt, um den Auslass zu vergrößern

NOTIZ: Da sowohl Kühlbleche als auch Bubbler der Form verengte Strömungsbereiche aufweisen, erhöht sich der Strömungswiderstand. Daher sollte bei der Auslegung der Größe dieser Geräte sorgfältig vorgegangen werden. Das Strömungs- und Wärmeübertragungsverhalten sowohl für Kühlbleche als auch für Bubbler kann mithilfe der C-MOLD-Kühlanalyse problemlos modelliert und analysiert werden.

Thermostifte

Ein Thermostift ist eine Alternative zur Spritzgussform Leitbleche und Bubbler. Es handelt sich um einen abgedichteten Zylinder, der mit Flüssigkeit gefüllt ist. Die Flüssigkeit verdampft, wenn sie dem Werkzeugstahl Wärme entzieht, und kondensiert, wenn sie die Wärme an das Kühlmittel abgibt, wie in Abbildung 4 dargestellt. Die Wärmeübertragungseffizienz eines Thermostifts ist fast zehnmal so hoch wie bei einem Kupferrohr. Für eine gute Wärmeleitung vermeiden Sie einen Luftspalt zwischen dem Thermostift und der Form oder füllen Sie ihn mit einem gut leitfähigen Dichtungsmittel.

Kühlung schlanker Kerne

Bei sehr kleinen Durchmessern bzw. Breiten (weniger als 3 mm) ist nur eine Luftkühlung sinnvoll. Die Luft wird beim Öffnen der Form von außen an die Kerne geblasen oder strömt von innen durch eine zentrale Bohrung ein; eine exakte Einhaltung der Formtemperatur ist bei dieser Vorgehensweise allerdings nicht möglich.

Eine bessere Kühlung schlanker Kerne (weniger als 5 mm) wird durch den Einsatz von Einsätzen aus Materialien mit hoher Wärmeleitfähigkeit, wie Kupfer oder Berylliumkupfer-Werkstoffen, erreicht. Diese Technik ist in Abbildung 6 unten dargestellt. Solche Einsätze werden in den Kern eingepresst und ragen mit ihrer Basis, die einen möglichst großen Querschnitt aufweist, in einen Kühlkanal hinein.

Kühlung großer Kerne

Bei großen Kerndurchmessern (40 mm und größer) muss ein positiver Transport des Kühlmittels gewährleistet sein. Dies kann mit Einsätzen erreicht werden, bei denen das Kühlmittel durch eine zentrale Bohrung an die Spitze des Kerns gelangt und spiralförmig zu dessen Umfang und zwischen Kern und Einsatz spiralförmig zum Auslass geleitet wird, wie in Abbildung 7 dargestellt. Diese Konstruktion schwächt den Kern erheblich.

Kühlung von Zylinderkernen

Die Kühlung von Zylinderkernen und anderen runden Teilen sollte mit einer Doppelwendel erfolgen, wie unten dargestellt. Das Kühlmittel fließt in einer Wendel zur Kernspitze und in einer anderen Wendel zurück. Aus konstruktiven Gründen sollte die Wandstärke des Kerns in diesem Fall mindestens 3 mm betragen.