Elemente für die optimale Temperierung von Spritzgießwerkzeugen

Hochleistungs-Spritzgießwerkzeuge für die Kunststoffverarbeitung müssen mit optimalen Temperierkreisläufen ausgestattet sein, damit eine reproduzierbare und gleich bleibend hohe Teilequalität erreicht werden kann. Die WEMA-Temperierelemente mit dem neu entwickelten Anschlussmechanismus bieten hierfür die wirtschaftlichste Lösung. Dieses System hat sich in den letzten Jahren im Markt etabliert. Die optimal ausgelegte Werkzeugtemperatur ist einer der wichtigsten Parameter in der Kunststoffverarbeitung. Die Zykluszeit sowie die Maßhaltigkeit der Spritzteile wird durch sie entscheidend beeinflusst.

Temperierelemente mit verbesserter Anschlusstechnik

Der wichtigste Vorteil dieser Anschlusselemente liegt in der bisher einmaligen Verbindungstechnik mit dem Spritzgießwerkzeug. Das herkömmliche Gewindeschneiden und das anschließende Einschrauben unter Zuhilfenahme von Dichtmitteln gehört jetzt der Vergangenheit an!
Mit speziellen Bearbeitungswerkzeugen werden die Bohrungen einfach und schnell für die Aufnahme der Temperieranschlüsse vorbereitet. Ein weiterer Vorteil für den Konstrukteur und Werkzeugmacher: Egal ob es sich um den leckfreien Anschluss von Schnellkupplungen, Elemente für die Kernkühlung, Umlenkstopfen oder Verschlussstopfen handelt, alle Verbindungen werden nach dem gleichem Prinzip erstellt. Ein Metallsprengring sorgt für eine gesicherte Endlage der Elemente in Verbindung mit dem Nuteneinstich in der Bohrung, der Viton® O-Ring für die notwendige Dichtheit. (Bild 1)

Bild 1: Patentiertes Befestigungssystem

Der gravierende Unterschied zu den bisher auf dem Markt befindlichen Systemen ist die Tatsache, dass keine Anschlussnippel benötigt werden. Vorteilhaft für die Kunststoffverarbeiter ist insbesondere die Tatsache, dass beim Transport und der Lagerung von Spritzgießwerkzeugen Beschädigungen oder gar ein Abbrechen von überstehenden Nippeln ausgeschlossen wird. Durch den Wegfall dieser Teile zusammen mit einer Verringerung von Vorarbeitskosten für den Einbau werden erhebliche Kosten eingespart.

Verschlussstopfen und Kernkühlungselemente
Die Montage der Verschlussstopfen sowie aller Elemente für die Kernkühlung erfolgt mit dem Spezialschlüssel. Dieser besteht aus zwei Teilen, dem Sechskantschlüssel S3183 und dem Einsteckwerkzeug S3184. Während des Einbauvorganges wird zunächst das Einsteckwerkzeug in den Sechskant des bereits in der Bohrung befindlichen Temperieranschlusses eingeführt. Jetzt wird der Sechskantschlüssel durch die Mittelbohrung eingeführt und festgehalten. Die Verriegelung erfolgt nun durch das Verdrehen des Einsteckwerkzeuges.

Es ist wichtig, dass die Verdrehbewegungen ausschließlich von Hand ausgeführt werden, da zusätzliche Kraftaufwendung (z.b. durch Maulschlüssel) unsachgemäße Einbauverhältnisse zur Folge haben.

Die Demontage erfolgt sinngemäß in umgekehrter Reihenfolge, nur das jetzt nach dem Lösen des Elementes das Einsteckwerkzeug gedreht wird.

Schnellkupplungen
Da bei diesem System, wie schon anfangs erwähnt, keine Nippel notwendig sind, werden die mit den Temperierschläuchen verbundenen Schnellkupplungen direkt im Spritzgießwerkzeug befestigt. Der Einbau empfiehlt sich ganz besonders zum effektiven Kühlen von Werkzeugschiebern, weil hier der Bohrungsdurchmesser wegen des Fortfalls der Bearbeitung, zur Herstellung von Gewindeverschlüssen, für den Durchfluss der Kühlmittel unverändert bleiben kann.

Beim Loslassen der für die Einführung in die Bohrung zurückgezogenen Schiebehülse wird der Metall-O-Ring in die eingearbeitete Nute gedrückt und der Viton® O-Ring für eine einwandfreie Abdichtung gegen die Bohrungswand gepresst. Zum Lösen einer Verbindung wird mit einer Hand der Schlauch mit der Kupplung gehalten und mit der anderen die Schiebehülse zurückgezogen. Für das Lösen der Kupplungsverbindung aus einer tiefer liegenden Einbauposition wird die Schiebehülse mit der Betätigungshilfe S3140 zurückgezogen. (Bild 2)

Bild 2: Einbau von Schnellkupplungen

Umlenkstopfen
Kühlkreisläufe müssen so konturnah wie möglich verlaufen. Das wird nur erreicht, indem mehrere meist unter verschiedenen Winkeln zueinander laufende Bohrungen hergestellt werden. Durch Umlenkstopfen wird dann die gewünschte Flussrichtung des Temperiermediums sichergestellt. Besonders bei sehr tiefgelegenen Positionen im Spritzgießwerkzeug war es bisher oft ein Problem solche Umlenkstopfen maßgenau und dicht zu befestigen.

Die neuen, patentierten Umlenkstopfen S3105 zusammen mit der Montagevorrichtung S3190 bieten für diese Anwendungsfälle die ideale Lösung. Bis zu einer Tiefe von max. 1000 mm können diese Umlenkstopfen millimetergenau in nicht abgesetzte Bohrungen platziert werden. Für Bohrungsdurchmesser von 6 bis 25 mm werden die Stopfen angeboten. S3105 S3102 Nach außen laufende Temperierkanäle, sofern sie nicht als Ein- oder Austritt für das Temperiermedium benutzt werden, sind mit dem Verschlussstopfen S3102 abzudichten. (Bild 3)
Im Gegensatz zu anderen Wettbewerbsprodukten können die Umlenkstopfen S3105 auch problemlos mit der Montagevorrichtung wieder demontiert werden. Ein aufwendiges Ausbohren ist nicht notwendig.

Bild 3: Temperierkreislauf in einem Spritzgießwerkzeug

Kerntemperierung
Eine optimal funktionierende Kerntemperierung ist meistens wichtiger als die Temperierung der Kavitäten, da die Formteile das Bestreben haben durch die Schwindung auf den Kern aufzuschrumpfen. Zur Herstellung wartungsfreundlicher Temperierkreisläufe sind die nachfolgenden Elemente besonders geeignet:

  1. Kaskaden-Temperierelement S3111 für Reihenschaltung
  2. Temperierelement mit flachem Teilungsblech S3115 für Reihenschaltung
  3. Kaskaden-Temperierelement S3113 für Reihenschaltung

Bei der Serienkühlung werden die Kerne nacheinander vom Temperiermedium durchströmt. Die Effektivität der Kühlung ist abhängig von der Länge des Kühlweges. Deshalb ist es empfehlenswert, bei langen Kühlwegen mit einer Parallelkühlung zu arbeiten. Über einen Sammelkanal wird allen Kernen gleichzeitig das gleichmäßig temperierte Medium zugeführt, über eine weitere Temperierbohrung wieder abgeleitet. Damit ist eine konstante Temperierung aller Kerne sichergestellt. (Bild 4)

Bild 4: Reihen- und Parallelschaltung

Umlenkkupplung
An den meisten Spritzgießwerkzeugen müssen Temperierkreisläufe außerhalb des Werkzeuges miteinander verbunden werden. Hier gibt es die Möglichkeit, die Kühlbohrungen mit Schläuchen oder Rohren, versenkt oder überstehend angeordnet, zu verbinden. Die Anschlussarmatur S3151 bietet hierfür eine einfache und sichere Lösung. Dabei ist das Einbauprinzip identisch mit den schon vorher beschriebenen Temperieranschlüssen. Für die Vorbereitung der Anschlussbohrungen können die gleichen Bearbeitungswerkzeuge verwendet werden.
Die entsprechenden Verbindungsrohre stehen in den Materialien PVC, Slikon und als PTFE-Schlauch zur Verfügung. (Bild 5)

Bild 5: Einbau als Umlenkkupplung

Ein weiterer Vorteil der patentierten Kupplungen ist die Möglichkeit diese beim Einbau um 360° verdrehen zu können. Durch die Verwendung von Viton® O-Ringen ist die Umlenkkupplung auch für höhere Temperaturen bis max. 200 °C einsetzbar. Alle Systemteile werden alternativ auch mit Silikon O-Ringen angeboten, dadurch kann die max. Einsatztemperatur bis auf 280 °C erhöht werden.

Ein weiterer sehr interessanter Anwendungsbereich ist der Einbau der Anschlussarmatur in Werkzeugschiebern zum optimalen Kühlen. (Bild 6)

Bild 6: Kühlen eines Werkzeugschiebers

Umlenkelemente
Um einen konturnahen Verlauf der Temperierbohrungen konstruktiv zu realisieren, müssen oft Probleme mit störenden Auswerfern oder sich kreuzenden Bohrungen gelöst werden. Dafür werden jetzt Innovationen von WEMA in Form von Umlenkrohren, Kühlkreuzungen und Kühlkerne mit zentral laufendem Auswerfer angeboten.

Umlenkrohr
Wo bisher die Lage von Auswerferstiften, Schrauben usw. wegen der Gefahr einer Kollision mit Kühlbohrungen, in ungünstigere Positionen verschoben werden musste, bietet das Umlenkrohr S3560 die geniale Lösung. Jetzt ist es möglich, diese Elemente zentral durch das Umlenkrohr laufen zu lassen, wobei es keine Rolle spielt, ob die kreuzende Kühlbohrung ganz oder nur teilweise die Umlenkrolle tangiert. (Bild 7 und 8) Die Baugruppe besteht aus der Umlenkrolle aus Viton® und dem Stützrohr. Der Vorteil besteht darin, dass der Einbau platzsparend und einfach ist. Um eine absolute Dichtheit zu erreichen, muss die Montage mit einer Vorspannung von 1+0,1 mm erfolgen. Die Länge des Stützrohres ist entsprechend der konstruktiven Vorgaben zu kürzen. Die Baugruppe S3560 ist ausgelegt für Auswerfer und Schrauben bis 12 mm Durchmesser, wobei eine einwandfreie Funktion bis zu einer Arbeitstemperatur im Werkzeug von max. 150 °C und Drücke von max. 10 bar gewährleistet ist.

Bild 7: Einbau von S3560 im Werkzeug
Bild 8: Mögliche Lage der Querbohrung

Die hier gezeigten Positionen der Auswerfer, Schrauben usw. zur Kühlbohrung werden immer durch den Einbau von S3560 absolut abgedichtet. Der große Vorteil durch den Einbau eines Umlenkrohres ist im Bild 9 dargestellt. In der herkömmlichen Weise müsste die Kühlung von der Spannplatte zum Kern geführt werden.

Bild 9: Kühlung direkt am Formkern

Kühlkreuzung
Ein weiteres Element um Temperierkreisläufe im Werkzeug noch effektiver auszulegen. Mit dem Einbau von Kühlkreuzungen S3562 hat der Konstrukteur erstmals die Möglichkeit Kühlbohrungen in der X und Y-Achse, sowie auch in Z-Achse kreuzen zu lassen. Dadurch werden konturnahe Temperierprozesse und eine homogene Temperaturverteilung ermöglicht. (Bilder 10, 11 und 12)

Bild 10: Kühlkreuzungen in 3 Größen
Bild 11: Kreuzung von Bohrungen in X/Y-Achse
Bild 12: Kreuzung von Bohrungen in Z-Achse

Durch die Verbindung der Kanäle auch in die Z-Ebene wird eine verbesserte Temperierung von Volumenteilen möglich. Die Schaffung mehrerer Temperaturebenen erlaubt auch unterschiedlich temperierte Kreisläufe. Dadurch sind die Temperaturen besser steuerbar, was eine Verkürzung der Zykluszeiten und damit eine höhere Stückzahl pro Zeiteinheit zur Folge hat. Die Montage der Kühlkreuzungen ist problemlos. Zum Ein- oder Ausbau wird eine Gewindestange oder Schraube benutzt, eine zusätzliche Arretierung ist nicht nötig. Durch das Innengewinde wird das Medium verwirbelt, dadurch entsteht ein verbesserter Kühleffekt.

Kühlkern mit zentralem Auswerfer
Dieses Normteil wird eingesetzt in Formkernen mit Umlaufkühlung, wo für die Entformung noch zusätzlich ein mittig laufender Auswerfer benötigt wird. Besonders geeignet bei hülsenförmigen, zylindrischen Spritzteilen mit hoher Rundlaufgenauigkeit, gefertigt in Einoder Mehrfach-Werkzeugen. Um die Maßhaltigkeit zu erzeugen, müssen die Teile über einen Angussverteiler mehrfach angebunden werden. (Bild 13) Die Kühlkerne sind konstruktiv ausgelegt für Steigbohrungen von 10 bis 16 mm, die entsprechenden Auswerferdurchmesser liegen zwischen 3 und 6mm.

Bild 13: Einfach-Werkzeug mit Kühlkern

Die Höhe des Überlaufes „H1“ sollte jeweils 50% des Durchmessers der Temperierbohrung betragen. Beispiel: 8 mm Bohrung = 4 mm Überlauf (Bild 14) Der Kühlkern S3565 ist in engen Toleranzen aus Messing gefertigt.

Bild 14: Einbauzeichnung