Werkzeugtemperatur 160°C

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    • Werkzeugtemperatur 160°C

      Hallo zusammen,

      wir haben mehrere Anwendungen in Zukunft bei denen eine Werkzeugtemperatur von 160° Celsius gefordert ist.

      Wie sind eure Erfahrungen im Umgang mit diesen Temperaturen. Was sollte aus Andwendersicht alles beachtet werden?

      Wie können Übergänge in Formeinsätze gestaltet werden usw. (Beispiel 0-Ring Dichtungen).

      Was bisher feststeht ist als Medium Wasser und eine direkte Verschraubung von PFA Well Schläuchen am Werkzeug.

      Viele Grüße

      Moritz
    • Ich habe zwar keine großen Erfahrungen mit solch warmen Werkzeugen, aber es gibt ein paar wichtige Punkte zu beachten:

      1. Isolierung zwischen Werkzeug und Aufspannplatten ist Pflicht!
      2. Solch heißes Wasser muss unter hohem Druck stehen, damit es noch flüssig ist. Es darf zu keinem Zeitpunkt irgendwo im Werkzeug unter 6 bar fallen. Es muss auch ein hoher Eingangsdruck vorliegen. Nach der normalen Auslegung müssten dies dann ca. 10-12 bar sein.
      3. Es müssen spezielle Dichtungen verwendet werden. Die Vorspannkraft muss höher sein, damit die Dichtung auch dicht hält. Ansonsten kann ein kleiner Wasserdampfstrahl austreten.
      4. Alle Anschlüsse müssen zu 100% dicht sein. Tritt einmal Dampf aus ist dieser nicht immer sichtbar mit dem bloßen Auge. Sehr hohe Verletzungsgefahr, da der Dampf eine hohe Geschwindigkeit hat und die Haut keinen Widerstand bietet.

      Das wärs an Erfahrung mit Wasser als Kühlmedium bei solch hohen Temperaturen. Aber wieso wollt ihr dafür Wasser nehmen? Bei solchen Temperaturen ist Öl deutlich besser geeignet.
    • Ich bin der gleichen Meinung.

      Es geht hier sicherlich nicht um Kühlung. Für einige Hochtemperaturanwendungen von PPS, PES, PSU, PPA und auch schon bei einigen PA66 mit speziellen hochgradigen Ausrüstungssystemen sind dauerhafte Werkzeugtemperaturen deutlich über 140°C notwendig. Auch wenn eine spezielle Auskristallisierung notwendig ist, können kurzfristige Werkzeugoberflächentemperaturen von 160°C evtl. nicht ausreichen (Infrarotbeheizung und nach dem Einspritzen sofortiges Abkühlen). Hier muss während des gesamten Prozesses eine hohe Werkzeugtemperatur gewährleistet sein.

      Wir haben ebenfalls einige Anwendungen, bei denen dauerhaft deutlich über 110°C bis sogar 170°C beheizt werden muss. Da wir mit Schnellwechseleinschüben arbeiten, die direkt mit (meistens) selbstschließenden Kupplungen ausgerüstet sind, machten wir auch die Erfahrung, dass Wasser als Temperiermedium hier weniger geeignet war. Es bestand gelegentlich extreme Verbrühungsgefahr beim Wechsel der Einschübe, wenn diese Kupplungen nicht geschlossen haben.

      Es gibt seit einiger Zeit auch die Möglichkeit der Beheizung per Induktion. In der Anschaffung sicherlich recht preisintensiv, auf Dauer aber sehr nützlich. Außerdem könnte bei entsprechender Werkzeugkonstuktion vielleicht auch mit Heizpatronen gearbeitet werden oder mit einer Kombination aus beidem.

      Leider ist aber auch die Beheizung mit Öl nicht ganz unproblematisch. Zum ersten sollten alle O-Ring-Dichtungen mit Viton-Dichtungen versehen sein, da diese die hohen Öltemperaturen aushalten. Normale O-Ringe verspröden in sehr kurzer Zeit und werden undicht. Außerdem muss bedacht werden, dass zum Erreichen dieser hohen Temperaturen und auch später zum halten Öltemperaturen deutlich über 160°C notwendig werden (sicherlich auch beim Wasser). So fahren wir Öltemperiergeräte, die eine Öltemperatur bis zu 250°C fahren können. Aber auch das ist in der Anheizphase schon grenzwertig. So habe ich die Vorlauftemperatur auf max. 225°C begrenzt, was das Aufheizen natürlich ein wenig in die Länge zieht. Auf jeden Fall sollte die Regelung der WOT über ein Messsystem im Werkzeug geführt werden und nicht über die Mediumstemperatur. Die meisten Temperieröle sind leider hygroskopisch. So muss das Aufheizen sehr langsam vor sich gehen, damit das aufgenommene Wasser ausdampfen kann. Wird dieses zu schnell versucht, fängt die "Suppe" an zu kochen, der Systemdruck bricht zusammen und das Temperiergerät schaltet ab - immer wieder. Ist dieser Vorgang aber ein Mal durchgestanden, läuft die Heizung später mit einer Vorlauftemperatur von ca. 180°C um die 160°C WOT zu halten. Dieser "Trockenkochen" - wie ich es nenne - kann sich bei frischem ÖL und je nach Ölmenge über 2-3 Tage hinziehen. Man beginnt mit Temperaturen um die 70°C und kann dann stündlich um 5-10° erhöhen. Es sollten synthetische Öle mit einer maximalen Betriebstemperatur von bis zu 350°C verwendet werden. Trotzdem werden auch diese Öle mit der Zeit vercracken (mit dem Problem werde ich demnächst belastet) und müssen dann gewechselt werden. Der gebildete Schlamm muss dann aus dem Gerät entfernt werden. Ich habe außerdem festgestellt, dass "schön kompakt" gebaute Geräte (sorry: SINGLE) nicht zur Wartung geeignet sind.

      Zum Aufheizen sollte das Werkzeug auf jeden Fall geschlossen werden, um die Abstrahlung über die Trennebene so gering wie möglich zu halten. Sinnvoll kann auch eine isolierende Umbauung der Werkzeuge sein. Eine Kühlung des Öles über das Temperiergerät ist bei diesen Temperaturen wahrscheinlich nicht notwendig (zumindest ist es bei uns so).

      Zur Verwirrung kann das Abschalten des Temperiergerätes zu Produktionsende führen. Viele Geräte schalten aus Sicherheitsgründen erst die Pumpe ab, wenn eine Temperatur unter 90-100°C erreicht wurde. Also Vorsicht beim Werkzeugwechsel. Und immer dran denken: Das Öl ist so heiß, wie in einer Fritteuse - und da fasst auch keiner freiwillig rein! Und auch kurze Berührungen des 160° warmen Werkzeuges mit dem Unterarm beim Schrauben führen sofort zu schmerzhaften Verbrennungen (das gilt aber auch bei anderen Temperierungen als mit ÖL).
      MfG. petersj
    • Hallo,

      vielen Dank für eure Antworten.

      Eine Isolierung im Werkzeug ist natürlich vorgesehen. Wir werden das Werkzeug rundum kapseln + direkt hinter den Formplatten eine Wärmeisolierplatte einbringen.

      Bisher setzen wir bei diesen Werkzeugen Heizpatronen ein. Aber hier entsteht das Problem dass die Werkzeuge überhitzen bzw. nicht genau genug gesteuert werden können aufgrund PositionTemperaturfühler / Trägheit vom Werkzeug in der Aufheizphase usw..

      Teilweise bei kleinen Werkzeugen bringt hier die Kunststoffschmelze schon soviel Energie dass die Werkzeuge heißer werden als die benötigte Werkzeugtemperatur.

      Von Öl raten die meisten Hersteller ab wegen unseren Sauberkeitsanforderungen. Zusätzlich ist es anscheinend nicht ganz ungefährlich zwecks Brandgefahr.

      Bezüglich Wasser und Sicherheit für den Bediener wollen wir alles direkt verschrauben ohne Kupplungen.

      Werkzeugtechnisch können wir hier Verschlussstopfen verbauen die bis 400 bar ausglegt sind.

      Die Schäuche die verwedet werden sollen sind bis 60 bar Betriebsdruck und 300 bar Platzdruck.

      Als Gerät wollen wir ein HB-Therm einsetzen ohne Tank und Drucküberwachung bzw. abschaltung bei Leckage oder Schlauchbruch.

      Zusätzlich noch zwei getrennte Kreisläufe um zwischen AS und DS keinen Verbindungsschlauch zu haben.

      Probleme sind momentan noch die Verbindung der Kühlung von Formplatte und Formeinsätzen.
      (also der Übergang, momentan finden wir leider hier keine Lösung ausser es auch direkt von aussen zu verschrauben)

      Und die richtige Wahl eines Temperaturfühlers und dessen Positionierung steht auch noch aus.

      Mit der Heizung per Induktion haben wir uns schon angeschaut und wäre auch sicherlich hier in einer Art umsetzbar, aber aufgrund der komplexität des Artikels / Größe des Spritzgusswerkzeugs hier nicht anwendbar als neue Technologie für uns.

      Auch besteht meiner Meinung nach wieder die Gefahr des Überhitzens da hier keine Energie abgeführt werden kann.

      Viele Grüße

      Moritz
    • Ok. Dann fällt einer der beiden möglichen Optionen raus, die ich vorgeschlagen hätte.

      Bleibt nur noch der Vorschlag der konturnahen Temperierung. Damit könnt ihr nur die Bereiche des Werkzeugs temperieren, der auch die Temperatur haben soll. Durch den geringen Abstand zur Werkzeugwand, wird die Temperatur auch ganz gut gehalten und die Wärmeabfuhr ist deutlich gleichmäßiger als sonst. Die Geometrie ist dabei schon fast egal, da die Einsätze additiv gefertigt werden.
      Kontaktdaten kann ich dir geben, wenn gewünscht.



      Edit: Grad das Problem mit dem Abdichten der Einsätze in der Formplatte gelesen. Wie sieht es mit folgendem Vorschlag aus?
      In der Einsatzplatte eine Aussparung einbringen, die sich gegenüber der Trennebene befindet und somit nicht von der Trennebene aus erreichbar ist. In diese Aussparung passen nur die notwendigen Schläuche. Die Anschlüsse kommen direkt an die Einsätze und die Schläuche können nur im Werkzeugbau montiert bzw. demontiert werden, da die Einsatzplatte erst dafür gezogen werden müsste. Damit kann man nur jeweils eine Kavität temperieren, aber es sind keine Dichtungen mehr notwendig. Es muss vorher geklärt werden, ob genug Platz zwischen den Holmen und dem Werkzeug für diese Spielerei vorhanden ist.
    • @1u21

      "Das wärs an Erfahrung mit Wasser als Kühlmedium bei solch hohen Temperaturen. Aber wieso wollt ihr dafür Wasser nehmen? Bei solchen Temperaturen ist Öl deutlich besser geeignet. "

      Diese Aussage ist so nicht richtig, Wasser ist Thermalöl in allen Belangen weit überlegen.
      (Spez. Wärme, Viskosität, Wärmeleitfähigkeit, usw.)
      Bis 200°C ist es auch noch mit den handelsüblich erhältlichen Komponenten (Schläuche, Verschraubungen) sicher beherrschbar, wobei es nätürlich an die Sorgfalt hohe Anforderungen stellt.
      Erst über 200°C schlägt das Pendel zugunsten des Thermalöls aus.

      Gruß
      Hans
    • Ich sehe es nur kritisch, dass bei Wasser sehr hohe Drücke benötigt werden und diese permanent gehalten werden müssen.
      Bei 200°C darf der Druck nicht unter 20bar fallen, da das Wasser sonst verdampft und der gesamte Prozess instabil wird. Dann hat man lange Freude mit dem Anfahren. Bei Öl sind diese Probleme nicht ganz so extrem.

      Die Vorteile überwiegen auf den ersten Blick. Nur muss Fall für Fall berechnet werden, welches Medium besser ist. Gibt auch Fälle, wo das Öl besser ist und das auch unter 200°C.
    • Wenn, wie bei uns, fast ausschließlich geheizt werden muss und außerdem eine hohe Wechselfrequenz der Formeinschübe vorhanden ist (ca. 5 Wechsel/Stunde und Maschine) ist Öl schon sinnvoll. Klar ist, dass Öl als Kühlmedium weniger gut geeignet ist - besonders bei sehr niedrigen Temperaturen.

      Bei Öl sollten Gewinde auf keinen Fall mit Hanf eingedichtet werden, da dieses wie ein Docht wirkt. Öl verdunstet bei Undichtigkeiten auch nicht wie Wasser und wird damit unsichtbar. Wir dichten ausschließlich mit Loctide. Flächendichtungen können idealer Weise als "metallische" Dichtflächen ausgeführt werden. Wir haben damit seit ca. 20 Jahren gute Erfahrungen gemacht und auch keine Schwierigkeiten mit der Sauberkeit in den Einschüben. Die Schnellkupplungen müssen beim Trennen allerdings mit einem gewissen Verlust arbeiten, da sie sich sonst nicht wieder fügen lassen (Verdrängungsprinzip der Ventilverschlüsse).
      MfG. petersj
    • Hallo PetersJ
      Wenn, wie bei uns, fast ausschließlich geheizt werden muss und außerdem
      eine hohe Wechselfrequenz der Formeinschübe vorhanden ist (ca. 5
      Wechsel/Stunde und Maschine) ist Öl schon sinnvoll.
      Das widerspricht sich doch etwas, gerade wenn es auf schnelles Abkühlen und schnelles Heizen ankommt, ist Wasser eindeutig überlegen, da hier schnellere Heiz-/Kühlraten gefahren werden können.
      Zusätzlich (das ist jetzt eine Vermutung) reduzierst Du mit Wasser die anfallende "Sauerei" mit dem Öl, ausser ihr verwendet Stäubli SPH oder vergleichbare Kupplungen, aber auch die haben geringe Leckraten.

      Zum Thema Druck: natürlich ist der Betriebsdruck höher, aber für ordentliches Equipment ist das kein Problem.
      20 bar sind nicht gerade notwendig, lt. Dampfdrucktabelle benötigst bei 160°C 6,2bar und bei 200°C etwa 16bar, mit Reserve (wg Kavitation) jeweils etwa 2 bar mehr, addiert man noch den Pumpendruck (etwa 4bar) bist du auf der Druckseite dann zwischen 12 und 22bar.

      Auf die Frage, wo Öl sinnvoller ist, hätte ich geantwortet: überall da, wo unkritische Prozesse zwischen 160°C und höher über lange Zeiten ohne Werkzeugwechsel gefahren werden.

      Ein noch nicht beachtetes Thema ist der Energieeinsatz der Pumpe, um die gleiche Wärmemenge bei gleicher Temperaturdifferenz zu transportieren, ist bei Öl die doppelte Menge nötig, => etwa doppelte Pumpenleistung
      wenn man dann noch von identischen Werkzeugkonstruktionen ausgeht, also gleiche Durchmesser der Bohrungen wirds noch schlechter,
      denn: doppelte Menge= höherer Druckverlust = wieder höhere Pumpenleistung
      (aber Energiekosten spielen ja eh nur als Lippenbekenntnisse eine Rolle)

      Gruß
      Hans
    • Preform schrieb:

      Das widerspricht sich doch etwas, gerade wenn es auf schnelles Abkühlen und schnelles Heizen ankommt, ist Wasser eindeutig überlegen, da hier schnellere Heiz-/Kühlraten gefahren werden können.
      Zusätzlich (das ist jetzt eine Vermutung) reduzierst Du mit Wasser die anfallende "Sauerei" mit dem Öl, ausser ihr verwendet Stäubli SPH oder vergleichbare Kupplungen, aber auch die haben geringe Leckraten.

      Wir verwenden in einem Werk Stäubli und im anderen rtc. Im "Angel´s share" (Opfertropfen) tun sich beide Systeme nichts.

      Es geht bei den Formwechseln nicht um schnelles Kühlen oder Heizen, da das Material in der Regel das Gleiche bleibt. Wir stellen für die Produktionsprüfung diverse Probekörper her. Daher der Wechsel bei dann gleichbleibenden Temperaturen. Lediglich im Technikum werden für Spritzversuche öfter mal größere Zykluszahlen gefahren. Hier im LAB fahen wir selten mehr als 40-50 Schuß bis zum Wechsel. Und es wird nicht erst abgekühlt und dann gewechselt. Das würde zu lange dauern. Hauptschalter vom Temperiergerät aus, damit nichts mehr läuft und dann wechseln: esten Einschub raus und nächsten Einschub rein. Damit werden automatisch die Kopplungen getrennt bzw. gefügt. Keine Verriegelung an den Kupplungen sondern nur den Einschub im Stammwerkzeug verriegeln. Versuch das mal mit überhitztem Wasser! Das dauert bestimmt länger als 30 Sekunden.
      MfG. petersj
    • Darf man denn fragen wofür Ihr die hohen Temperaturen braucht? Wegen des verwendeten Kunststoffes oder für eine makellose Oberfläche?
      Wir haben ein paar variotherme Anwendungen und dementsprechend haben wir natürlich auch 160 Grad plus im Einsatz. Hierbei kommen zum einen verlötete Einsätze zum Einsatz (klingt doof, ist aber so ;) ) aber auch verschraubte, abgedichtete Formeinsätze. Die Zuführung zu den Einsätzen erfolgt über verschraubte Rohre. Die Einsätze sind zum Teil zur Zwischenplatte isoliert zum Teil auch nicht. Funktioniert beides. Isolierplatten zur Aufspannplatte hat bei uns prinzipiell jedes Werkzeug. Schläuche sind Temperatur und Druckfest (Metallgewebeummantelt) und bei uns zum Teil sogar über Hasco Schnellspannkupplungen angeschlossen ( nur die kurzen Schläuche zwischen Ventileinheit und Werkzeug) der Rest ist direkt verschraubt ( von Temperiergerät zur Ventileinheit). Wichtig ist das alle Formteile die mit dem heißen Wasser in Berührung kommen entsprechend beschichtet sind, so schnell kannst du das Wort Rost danach gar nicht aussprechen. Oder eben ein separater Kühlkreislauf mit entsprechenden Wasserzusätzen vorhanden ist.
    • Einerseits wird - auch an Probekörpern - eine gewisse Oberflächenqualität benötigt (Farbmessung, Schlag- und Kerbschlagzähigkeit). Eine einwandfreie, glatte und polierte Oberfläche ergibt bei den meisten Prüfungen bessere und konstantere Messwerte.

      Zum zweiten ergibt sich durch entsprechende Werkzeugtemperaturen ein unterschiedlicher Kristallisationsgrad, der ebenfalls stark die mechanischen Werte beeinflusst.

      Verzug, Schwindung und andere produktionsrelevante Parameter können ebenfalls über die Werkzeugtemperatur beeinflusst werden. Wird ausschließlich mit dem variothermen Verfahren gearbeitet kann z.B. eine langsame Kristallisierung (mit entsprechender Kristallgröße oder -feinheit) nicht in ausreichendem Maße beeinfusst werden. Es gibt zwar im Zweifelsfall eine schöne Oberfläche, was aber innen drin passiert kann nicht mehr gut beeinflusst werden.
      MfG. petersj
    • Ich meinte mit der Frage jetzt eher den Themenersteller, aber Danke für die Antwort ;)

      Bei uns geht es mit der variothermen Temperierung ausschließlich um Sichtteile (und nur um die variotherme Temperierung der SIchtseite (meist die Düsenseite )) bei denen dann aufwändige Nachbearbeitung (Lackierung) eingespart werden soll, sprich anspruchsvolle Sichtteile mit vielen Bindenähten, meist aus PC/ABS. Wir sind uns durchaus im Klaren das die hohe Temperatur nur die Oberfläche beeinflusst, reicht uns aber auch aus!
    • Hallo,

      Vielen Dank für eure Beiträge.

      Mittlerweile haben wir ein Heizgerät erfolgreich im Einsatz.

      Beim Hersteller haben wir nun doch noch umgeschwenkt auf ein Wittmann Tempro plusD Gerät bis 180°C.

      Bis jetzt funktioniert es tadellos. Zwischen Einstelltemperatur und Werkzeug haben wir ca. 2°C Wärmeverlust.

      Aufheizen geht in ca. 15 Minuten ab Gerätestart und zum Abkühlen kann man auf Knopfdruck Frischwasser einspeisen.

      Nach ca. 5 Minuten hat das Werkzeug dann nur noch ca. 80 °C was für unsere Einrichter eine super Erleichterung ist
      beim Reinigen der Entlüftungen oder Werkzeugwechsel.

      Die komplette Isolierung der Formplatten hat sich also bis jetzt richtig gelohnt.

      Die hohe Werkzeugtemperatur benötigen wir für Teile aus PPS und PPA.

      Viele Grüße

      Moritz