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Titelaufnahme

Titel
Methoden und Kennwerte für die Auslegung und den Betrieb von Temperiersystemen in Spritzgießwerkzeugen / eingereicht von Michael Stricker
VerfasserStricker, Michael
Begutachter / BegutachterinSteinbichler, Georg ; Drummer, Dietmar
Erschienen2015
UmfangXIV, 130 Bl. : Ill., graph. Darst.
HochschulschriftLinz, Univ., Diss., 2015
Anmerkung
Zsfassung in dt. und engl. Sprache
SpracheDeutsch
Bibl. ReferenzOeBB
DokumenttypDissertation
Schlagwörter (DE)Kunststoffverarbeitung / Spritzgießen / Werkzeugtemperierung / Temperierung / Kühlung / Werkzeugbau / Werkzeugauslegung / Spritzgießsimulation
Schlagwörter (EN)polymer processing / injection moulding / mould tempering / tempering / cooling / toolmaking / mould design / injection moulding simulation
Schlagwörter (GND)Spritzgießwerkzeug / Temperatur / Kunststoffverarbeitung / Simulation
URNurn:nbn:at:at-ubl:1-4085 Persistent Identifier (URN)
Zugriffsbeschränkung
 Das Werk ist gemäß den "Hinweisen für BenützerInnen" verfügbar
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Methoden und Kennwerte für die Auslegung und den Betrieb von Temperiersystemen in Spritzgießwerkzeugen [15.8 mb]
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Klassifikation
Zusammenfassung (Deutsch)

Die Werkzeugtemperierung hat maßgeblichen Einfluss auf die Wirtschaftlichkeit eines Spritzgießprozesses. Der gesamte Vorgang der Wärmeabfuhr aus dem Formteil ist dabei entscheidend für die Formteilqualität, die Energieeffizienz und die erzielbare Kühlzeit. Aus diesem Grund wurde der gesamte Temperierprozess hinsichtlich möglicher Optimierungen analysiert. Verbesserungsmöglichkeiten bieten sich im Bereich der thermischen Auslegung und beim Betrieb von Temperiersystemen.

Im Auslegungsprozess kann vor allem die Qualität der Ergebnisse verbessert werden. Dies kann durch die rechnergestützte Generierung der Temperierkanäle ermöglicht werden. Dazu wird ein neues Konzept auf Basis der Topologieoptimierung vorgestellt. Darüber hinaus bestehen in der Spritzgießsimulation große Unsicherheiten hinsichtlich der Modellierung des Wärmeübergangs zwischen Formmasse und Kavität. Dies führt zu Abweichungen bei der Berechnung der Temperaturverteilung im Formteil und somit zu Ungenauigkeiten bei der Berechnung von Schwindung und Verzug.

Daher wurde der Wärmeübergangskoeffizient zwischen Formmasse und Kavität messtechnisch im Spritzgießzyklus erfasst. Dafür kam ein Kalorimeter zur Messung der mittleren Entformungstemperatur des Formteils und ein Infrarottemperatursensor zur Messung der Formteiloberflächentemperatur zum Einsatz. In einem ähnlichen Versuchsaufbau wurden Werte für die effektive Temperaturleitfähigkeit üblicher thermoplastischer Formmassen ermittelt. Diese Werte ermöglichen eine praxisgerechte Kühlzeitberechnung. Bei den Betrachtungen wurden die Einflüsse ausgewählter Prozessparameter auf den Wärmeübergangskoeffizienten und die effektive Temperaturleitfähigkeit erarbeitet.

Beim Betrieb von Temperiersystemen bestehen Optimierungsmöglichkeiten bei der Erzielung einer reproduzierbaren Temperaturverteilung im Spritzgießwerkzeug und bei einer Kühlzeitverkürzung beziehungsweise im reduzierten Energiebedarf. Dafür wurden Möglichkeiten zur Verbesserung des Wärmeübergangs im Temperierkanal untersucht und bewertet. Darüber hinaus werden die Grundlagen zur Festlegung des optimalen Temperiermitteldurchflusses, zur Positionierung eines Werkzeugtemperatursensors und die Notwendigkeit von definierten Arbeitsabläufen beim Rüstvorgang, dargestellt.

Zusammenfassung (Englisch)

Mould temperature control has a major impact on process economics in injection moulding. Heat removal out of the part is thereby crucial for part quality, energy efficiency and achievable cooling time.

Therefore, the entire process of mould temperature control was analysed concerning possible optimisations. Potentialities for improvements were identified in the area of thermal design and in the operation of tempering systems.

Within the thermal design, quality of results can be improved most notably. This can be achieved by computer aided generation of tempering channels. Therefore, a novel concept, based on topology optimisation, is suggested. Furthermore, in injection moulding simulation, major uncertainties exist concerning modelling heat transfer from polymer to mould. This leads to deviations in calculating the temperature distribution within the part and hence, to inaccuracies in computing shrinkage and warpage. Therefore, the heat transfer coefficient between polymer and mould is measured within the injection moulding cycle. For that, mean demoulding temperature is acquired by means of calorimetry and an infrared temperature sensor is utilised to measure part surface temperature. In a similar setup, the effective thermal diffusivity is determined for common thermoplastic polymers. These values enable a practice-oriented cooling time calculation. Within the experiments, the influence of selected process parameters on the heat transfer coefficient and the effective thermal diffusivity are investigated.

In the area of operation of tempering systems, potentialities for improvements exist for the degree of reproducibility of the temperature distribution in the injection mould. In addition, cooling time and energy efficiency can be improved. Therefore, opportunities for improving heat transfer in the tempering channel are investigated and evaluated. Furthermore, fundamentals for specifying the ideal flow rate of the tempering medium are discussed.

Mounting principles for mould temperature sensors are outlined and the necessity of a defined workflow for the setup-procedure are pointed out.