Vorgehensweise bei der analytischen thermischen Werkzeugauslegung

Question 1

Vorgehensweise bei der analytischen thermischen Werkzeugauslegung

Die 6 Schritte und deren Kriterien

Answer 1

1. Kühlzeit
   
   • Minimale Zeit zur Abkühlung von Masse auf Entformungstemperatur
2. Wärmestrombilanz
   
   • Erforderlicher Wärmestrom des Temperiermittels
3. Temperiermitteldurchsatz
   
   • Homogene Temperierung über der Kanallänge
4. Temperierkanaldurchmesser
   
   • Turbulente Strömung
5. Lage der Temperierkanäle
   
   • Wärmestromhomogenität
6. Druckverlust
   
   • Auswahl des Temperiergeräts

Question 2

Die 6 Schritte

Kühlzeit

(Formel, Ausgangspunkt, Annahmen)

Answer 2

Question 3

Die 6 Schritte

Kühlzeit

Daumenregel

Answer 3

t_K ≈ 2 … 3 s²

Question 4

Effektive Temperaturleitfähigkeit a_eff

(Formel und Unterscheidung amorph/teilkristallin)

Answer 4

Amorphe Kunststoffe:

• leichte Temperaturabhängigkeit
• übliche Werte zwischen 0,06 und 1,1 mm²/s

Teilkristalline Kunststoffe

• höherer Temperierbedarf aufgrund freiwerdender Kristallisationswärme
• allgemein stärkere Temperaturabhängigkeit
• übrliche Werte zwischen 0,04 und 1,1 mm²/s

Question 5

Effektive Temperaturleitfähigkeit a_eff

Abhängigkeit von Dichte und Füllstoffen

Answer 5

Dichte steigt → a_eff sinkt linear

Füllstoffanteil steigt → a_eff steigt

Question 6

Wie lässt sich die Kühlzeit bestimmen?

Answer 6

Rechnerisch

• Formeln für verschiedene Geometrien
  
  • Platte
  • Zylinder
  • Kugel
  • Hohlzylinder

Grafisch

• Nomogramme für verschiedene Geometrien
• Kühlzeitdiagramme für bestimmte Materialien

Question 7

Kühlzeitbestimmung anhand von Nomogrammen

Answer 7

1. Gerade durch a_eff und s
2. Gerade durch θ und Schnittpunkt mit unskalierter Linie
3. t_k kann abgelesen werden

Question 8

Die 6 Schritte

Wärmestrombilanz

Answer 8

TM: Temperiermittel
F: Formteil
H: Heizung
U: Umgebung
Ko: Konvektion
Str: Strahlung
Lei: Leitung

Question 9

Die 6 Schritte

Temperiermitteldurchsatz

Answer 9

Question 10

Die 6 Schritte

Temperierkanaldurchmesser

Answer 10

• Großer Anstieg der Wärmeübergangszahl beim Übergang von laminarer zur turbulenten Strömung

Re >> 2300

⇒ mehr Wärme kann über die gleiche Fläche abgeführt werden

Question 11

Die 6 Schritte

Temperaturverlauf von der Formnestoberfläche zum Temperierkanal

Answer 11

Question 12

Die 6 Schritte

Lage der Temperierkanäle

Answer 12

Kriterium: Wärmestromhomogenität

Question 13

Die 6 Schritte

Druckverlust

Answer 13

Kriterium: Auswahl des Temperiergeräts

Druckverluste treten auf in

• Kühlkanälen
• scharfkantigen 90°-Knicken
• runden 90°-Bögen

Gesamtdruckverlust ergbit sich aus der Summe der Einzeldruckverluste

⇒ benötigte Pumpenleistung

Druckverlust steigt mit

• sinkendem Kühlkanaldurchmesser
• steigender Durchflussmenge