Kühlkanäle

Durch die komplexe Geometrie von Werkzeugen für Kunststoffteile können Bereiche entstehen, die sich nur schlecht kühlen lassen.

Beispielsweise entsteht eine sehr hohe Wärmebelastung in den Werkzeugbereichen, die in die Kavität hineinragen (wie Rippen und Dome), da diese Bereiche vollständig von Kunststoff umgeben sind. Diese Bereiche schränken auch die Metallfläche ein, über die Wärme abgeleitet werden kann.

Möglicherweise müssen sehr komplexe Kühlsysteme konstruiert werden, um zu gewährleisten, dass das Kühlmittel Bereiche mit hoher Wärmebelastung erreicht.

Dazu müssen mehrere Kühlkreisläufe verbunden werden, so dass ein Netz aus Kühlkanälen entsteht. Zur Erstellung eines solchen Netzes gehören Schlaufen und Vorrichtungen wie Kühlfinger und Trennblechkühlung. Dabei muss berücksichtigt werden, wie diese Vorrichtungen sich auf die Funktionsweise des Kühlsystems auswirken.

Zu berücksichtigende Aspekte bei der Konstruktion von Kühlsystemen

Das konstruierte Kühlsystem sollte folgende Zielsetzungen erfüllen:

• Ein gleichmäßiges Abkühlen des Formteils
• Erreichen der gewünschten Werkzeugtemperatur für den Beginn des nächsten Zyklus
• Eine möglichst kurze Zykluszeit

Bei der Konstruktion des Werkzeugs müssen außerdem die folgenden Faktoren berücksichtigt werden, die die Leistung des Kühlsystems beeinträchtigen:

• Die physische Anordnung der Kanäle und das Werkzeugmaterial, in das die Kanäle geschnitten werden
• Parameter in Bezug auf das Kühlmittel, wie Typ, Temperatur, Fließgeschwindigkeit und Druckverlust

Es empfiehlt sich, die Kühlkanäle in den Blöcken unterzubringen, die Kavität und Kern des Werkzeugs enthalten. Wenn die Kühlkanäle sich außerhalb der Kavität- und Kernblöcke befinden, wird das Werkzeug möglicherweise nicht angemessen gekühlt.

Die physische Konstruktion des Kühlsystems unterliegt normalerweise Beschränkungen, die sich aus der Werkzeuggeometrie, der Position der Trennlinien und der Auswerferstifte sowie dem Verschieben der Kerne ergeben.

Schlaufen in Kühlkreisläufen

Eine Schlaufe im Kühlkanal erhöht die Turbulenz, wodurch es zu einem hohen Druckverlust und einer bessere Wärmeübertragung in der Schlaufe kommt.

In einer Kühlanalyse werden Schlaufen meist als separate Abschnitte des Kühlkanals interpretiert, die eigene Strömungswiderstand- und Wärmeübertragungseigenschaften aufweisen. In diesen Bereichen werden für Strömungswiderstand und Wärmeübertragung Pseudowerte für die Länge zugewiesen, die wesentlich höher sind als die tatsächliche Länge des Fließwegs durch die Schlaufe.

Beispielsweise kann der Strömungswiderstand einer Schlaufe einer Fließweglänge entsprechen, die 50 mal so groß ist wie der Durchmesser des Kühlkanals. Die Wärmeübertragungsfähigkeit entspricht einem Kanal mit einer Länge des zehnfachen Durchmessers.

Mit den Pseudowerten für die Länge werden Druckverlust und Wärmeübertragungsfähigkeit berechnet. Diese Eigenschaften werden dann auf einen einzelnen Punkt im Fließkanal angewendet, der die Schlaufe darstellt.

Turbulenzen treten auch auf, wenn sich der Durchmesser des Kühlkanals ändert.

Position von Ein- und Auslässen des Kühlkanals

Die Ein- und Auslässe sollten sich im Idealfall immer am Boden des Werkzeugs befinden. Dadurch wird verhindert, dass das Kühlmittel auf die Werkzeugflächen tropft.