Komplexe Ölfiltergehäuse für Automobile werden häufig im Spritzgießverfahren hergestellt. Geometriebedingte Hotspots können die erforderliche Kühlzeit erheblich verlängern. Ein Team aus Österreich nahm Anleihen aus der Biologie: Ein biomimetisches Kühlkanalsystem ähnlich einer Blutgefäßstruktur wurde in einen Formeinsatz integriert, in der Simulation optimiert, mittels 3D-Druck hergestellt und erfolgreich im realen Spritzgießprozess getestet.

Das untersuchte Gehäuse aus PA6-GF35. Die rot eingefärbten Bereiche zeigen Masseanhäufungen an, in denen die Wanddicke bis zu 11 mm erreicht

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Nutzung biomimetischer Prinzipien zur Optimierung der Bauteilkühlung beim Spritzgießen

Spritzgießen

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Ölfiltergehäuse effizienter herstellen

Am 19. September 2023 hat SimpaTec einen „Molding Innovation Day“ in Böblingen veranstaltet – mit einer bemerkenswerten Bandbreite an Themen aus der Spritzgießpraxis. Für einen lebhaften Besuch der begleitenden Fachausstellung sorgte der Veranstalter mit einem Kartentrick.

Der Ort des Geschehens: die Kongresshalle in Böblingen.

Doriat, Clemens, Dr.

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Zukunftsorientierte Spritzgießtechnologien

In der dritten Auflage zieht die Fachmesse trotz leicht rückläufiger Aussteller- und Besucherzahlen eine positive Bilanz.

Drei Stationen, drei Komponenten: Drehtellerwerkzeug für die Bedienblende des Thermomix TM5

Die Moulding Expo entwickelt sich zum Branchen- und Ideenmarktplatz

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Sensorbestückte Alleskönner

Kleiner Aufwand, große Wirkung: Mit Lösungen von Nonnenmann zur Farbcodierung der Temperierkreisläufe lassen sich Produktivität und Prozesssicherheit in der Kunststoffverarbeitung erhöhen.

Flexible Maschinenschnittstelle durch farbige Multikupplungen

Farbcodierung für Temperierkreisläufe

Hotset erweitert sein Temperiersystem durch innovative Smartglass-Anwendungen.

Hotset hat sein Z-System um den Einsatz multimedialer Datenbrillen erweitert. Dadurch ergeben sich nun viele neue Möglichkeiten der Zusammenarbeit zwischen den Technikern des Unternehmens und seinen Kunden in Kunststoffverarbeitung und Werkzeugbau

Augmented Reality für die Qualitätssicherung

Industrie 4.0 für die Qualitätssicherung

Kundenversorgung mit multimedialer Online-Assistenz

Durch den Einsatz des neuen Multikupplungssystems Z8094 konnte der Odenwälder Systemlieferant für Medizintechnik Wirthwein Medical die Rüstzeiten für die Produktion von Küvetten halbieren. Auch andere Vorteile gehen damit einher.

Mit plan abdichtenden Stirnflächen erlaubt das Multikupplungssystem eine sichere und einfache Verriegelung und verhindert das Austreten von Temperiermedien. 

Wirthwein Medical setzt auf das neue Multikupplungssystem von Hasco

Medizintechnik

Werkzeugwechselzeiten halbiert

Additiv gefertigte Formeinsätze aus Kunststoff können im Werkzeugbau eine sinnvolle Alternative sein – wenn die Frage der Temperierung geklärt ist.

Die Verwendung von Formeinsätzen aus Kunststoff erlaubt im Spritzgießprozess keine konventionelle Temperierung.

Wie sich durch thermische Auslegung die Prozessstabilität und die Stückzahl steigern lässt

Temperierung 3D-gedruckter Spritzgießwerkzeuge aus Kunststoff

Die Weltleitmesse K hat in diesem Jahr erstmals auf breiter Front praktikable Lösungen für eine höhere Ressourceneffizienz aufgezeigt. Ein erster Streifzug übers Messegelände.

Wie sich Rezyklate mit digitalen Helfern prozesssicher verarbeiten lassen, offenbarte die K 2022 den Besuchern anhand zahlreicher Praxisbeispiele.

Solar / PV

Energieerzeugung

Erneuerbare Energie

Schaumspritzgießen

Condition Monitoring / Prozessüberwachung

Biokunststoffe

Kunststoff Werkstoffe

Handling, Handhabungstechnik

Automatisierungstechnik

Elastomer-Spritzgießen

Energieeffizienz

Digitalisierung

Spritzgießmaschinen

Kunststoff-Rezyklat

Silikonkautschuk

Kautschuk / Elastomere

Kreislaufwirtschaft

Compoundieren

Kunststoff-Aufbereitung

Geht doch

Zahoransky liefert Anlagen und Spritzgießwerkzeuge für die Herstellung von bruchsicheren Primärverpackungen für Medikamente. Drei Anwendungsbeispiele.

Das doppelte Schnellwechselsystem für Pipettenspitzen ermöglicht ein schnelles Wiederanfahren der Produktion nach kurzen Wartungsunterbrechungen.

Kunststoff statt Glas: Für mehr Freiheit im Design und Sicherheit im Umgang

Automatisierungszellen

Medizinprodukte

Pharmazeutische Primärverpackungen ohne Bruchgefahr

Die Priamus-Kaskadensteuerung von Familienwerkzeugen verkürzt die Einrichtzeit und verbessert die Prozessqualität.

Priamus-Regeltechnik ermöglicht die automatische Kaskadeneinstellung und vereinfacht die Einrichtung. 

Priamus-Regelsysteme übernehmen komplexe Aufgaben des Maschineneinrichters

Werkzeuginnendrucksensoren

Messtechnik

Sensoren / Messwertaufnehmer

Steuern, Regeln

Werkzeugtemperatursensoren

Die Familie läuft synchron

Eine keramische CeraShibo-Beschichtung kann gegenüber konventionellen Werkzeugeinsätzen die Oberflächenqualität geschäumter Formteile deutlich verbessern.

Durch den Einsatz der Beschichtung auf dem Aluminiumwerkzeug lassen sich Oberflächendefekte deutlich reduzieren.

Isolierende Werkzeugbeschichtungen – eine Alternative zur variothermen Temperierung?

Keramik

Andere Werkstoffe

Beschichtungen

Chemisches Bearbeiten (Auftragen)

Schöne Oberflächen  beim Schaumspritzgießen

Unter neuem Namen und dem Dach der indischen Vasantha-Gruppe blüht der vormalige KTW-Werkzeugbau in Waidhofen auf.

Im VTW-Technikum werden bis dato die Werkzeuge abgemustert. Zukünftig soll es auch Kundenanlagen für Anfahrserien aufnehmen.

Werkzeugbauer VTW und die großen Pläne der Vasantha-Gruppe

Werkzeug- und Formenbau

Fertigungsautomation

Wie Phönix aus der Asche

Günther Heisskanaltechnik legte seine Aufmerksamkeit bei der Entwicklung der Mehrfachdüse Oktaflow zur seitlichen Anspritzung auf eine praxisgerechte Möglichkeit, mit einem einteiligen Formeinsatz zu arbeiten.

Pipettier-Prozesse sind im Labor allgegenwärtig, ob bei der Probenpräparation, beim Erstellen von Verdünnungsreihen oder beim Hinzufügen von Reagenzien. Hier ist höchste maßliche Präzision gefragt.

Heißkanalsystem mit Mehrfachdüsen zur seitlichen Anspritzung

Acht mal acht Pipetten auf einen Schuss

Ein am IKFF entwickeltes Werkzeug zur Untersuchung adhäsionsbedingter Entformungskräfte macht durch reproduzierbare Messungen den Einfluss von Prozessparametern und Beschichtungen im Spritzgießwerkzeug sichtbar.

Spritzgießwerkzeug zur Messung von adhäsionsbedingten Entformungskräften in Zugrichtung.

Bestimmung der adhäsionsbedingten Entformungskraft beim Spritzgießen

Zug-und Druckfestigkeitsprüfgeräte

Werkstoffprüfung

Druck- / Kraftsensoren

Werkzeugbeschichten

Dienstleistungen in der Metallbearbeitung

Die Entformung besser verstehen

Beim Spritzgießen mit drehendem Kern lässt sich die Molekül- und Faserorientierung durch eine Relativbewegung im Werkzeug gezielt beeinflussen.

Bild 1. Bei innendruckbelasteten Kunststoffbauteilen mit rotationssymmetrischen Elementen ist die Tangentialspannung in erster Näherung doppelt so hoch wie die Axialspannung

Enorme Festigkeitssteigerungen innendruckbelasteter faserverstärkter Thermoplastbauteile

Verbundwerkstoffe / Werkstoffverbunde

Spritzgießen mit drehendem Kern

Einfacher Konstruktionsansatz ermöglicht enorme Kostensenkung in der Werkzeugfertigung

Ein Spritzgießwerkzeug wird zielgenau im Bereich eines Hotspots kavitätsnah gekühlt. Der Kern selbst ist spanend aus einem einfachen Halbzeug, also ohne additive Fertigung hergestellt. Mit diesem einfach zu montierenden Temperierelement lässt sich eine lokale konturnahe Kühlung mit geringem Aufwand ins Werkzeug einbauen. Auf diese Weise können kürzere Zykluszeiten erreicht werden als mit einem komplett additiv gefertigten Kern – für einen Bruchteil der Kosten, weil ein Post-Processing vermieden wird.

In den Werkzeugkern montierte Einsätze ermöglichen auf einfache Weise eine konturnahe Hotspot-Kühlung. Dieser Ansatz ist erheblich kostengünstiger als additiv gefertigte Kerne.

Das Herz einer jeden Spritzgießproduktion ist das rhythmisch arbeitende Werkzeug. Zum einen ist es für den Artikel konturgebend. Zum andern soll es mit möglichst kurzen Zyklen eine hohe Produktivität und Wirtschaftlichkeit ermöglichen. Hierfür wird das Werk-  zeug in der Regel mit Wasser temperiert. Seit einiger Zeit werden die Formteile aufgrund zunehmender Funktionsintegration komplexer, somit auch die Kühlung. Auch ist ein Trend zu geringeren Stückzahlen und zur Artikelindividualisierung zu erkennen. Daraus leiten sich zwei problematische Befunde ab:

<ul><li>Komplexe Konturen können nicht oder nur sehr aufwendig gekühlt werden. Ungleichmäßige Werkzeugtemperaturen sind unerwünscht [1, 2], doch oftmals stellen sich zyklusrelevante Wärmeanhäufungen (Hotspots) ein.</li><li>Die Kosten eines komplexen Werkzeugs sind über eine geringe Stückzahl zu tragen. Die Wirtschaftlichkeit der Produktion ist bedroht.</li></ul>

Um Hotspots zu entschärfen, forscht die Hochschule Bielefeld seit Längerem unter anderem an neuartigen Mitteln der Werkzeugkühlung, wie zum Beispiel Heatpipes. Damit konnten bereits Kavitäten auf deutlich niedrigere Temperaturen (bis ca. 50 °C tiefer) gekühlt werden als mit Wasser oder Kupfereinsätzen [3].

Häufig werden Werkzeuge in solchen Fällen jedoch mit einer konturnahen Kühlung ausgestattet. So können Hotspots um bis zu 30 % verringert und die Produktivität erhöht werden [4, 5]. Weitere Potenziale zur Energieeinsparung und Produktivitätssteigerung ergeben sich durch die geringeren Stillstandszeiten. Über den gesamten Prozess gesehen, kann durch die konturnahe Kühlung der Energieanteil pro Bauteil reduziert und auf einer Maschine eine größere Artikelzahl gefertigt werden. Die erhöhte Ausbringung wiederum hilft, Maschinen einzusparen.

Die Werkzeugtemperierung macht jedoch im Durchschnitt 37 % des gesamten Energieverbrauchs beim Spritzgießen aus [6]. Die Temperierung ist somit ein ernst zu nehmender Kostenfaktor. Wer dies ignoriert, bekommt zwangsläufig die Quittung, denn der Industriestrompreis ist zuletzt von ca. 17,8 Cent/kWh im Jahr 2020 auf ca. 54,4 Cent/kWh (2022) gestiegen [7].

Bei der konturnahen Kühlung verlaufen die Temperierkanäle nah der freigeformten Kavität und sind ebenso freigeformt. Um eine möglichst breitflächige und gleichmäßige Wasserkühlung zu erzielen, werden mehrere Kanäle verwendet, die jedoch eher geringe Querschnitte aufweisen. Hierfür muss ein kostspieliger Extraaufwand betrieben werden:

<ul><li>Mit den komplexen, engen Kanalverläufen entsteht ein Druckverlust. Dies kann zu laminarer Strömung oder gar Totstellen führen. Diese Effekte können durch Ablagerungen in den Kanälen schleichend auftreten. Der Kern muss kurzfristig ausgetauscht werden – ein Reinigen ist oft unmöglich.</li><li>Zur Kompensation einer laminaren Strömung ist eine größere Durchflussmenge erforderlich. Dies ist aufgrund der erhöhten Pumpenleistung sehr energieintensiv.</li><li>Die Kühlung von Hotspots verlangt oft ein separates Temperiersystem aus Kanälen und Anlagenperipherie.</li><li>Verschiedene Vorlauftemperaturen führen zu unerwünschten Wärmeströmen, sodass die Wassertemperatur am Kern nicht die gewünschte ist.</li><li>Die Konstruktion dieser verästelten und engen Kanäle ist aufwendig. Häufig werden CFD-Simulationen eingesetzt.</li></ul>

Da diese Kerneinsätze meist additiv gefertigt werden, sind deren Oberflächen rau. Das Bauteil muss noch auf Maß und Güte gebracht werden. An dieser Stelle der Fertigungskette hat das additiv gefertigte Bauteil den Status eines besseren Halbzeugs, die Außenkontur muss immer noch aufwendig bearbeitet werden.

In der Regel wird die Oberfläche mit konventionellen spanenden Methoden bearbeitet [8–10]. Dies muss der Konstrukteur von Anfang an mitbedenken. Die Freiheiten der additiven Fertigung können also nicht vollumfänglich genutzt werden.

Die Fertigungszeit ist im Vergleich zur spanenden Bearbeitung daher eher lang, weil mehrere Fertigungsschritte nachgelagert sind; zudem ist das Rohmaterial teuer und der Bauraum begrenzt [11]. Die lange Bauzeit bei der additiven Fertigung wirkt sich auch auf die Lieferzeit für solche Elemente aus, denn: Kleine und mittelständische Werkzeugbauunternehmen verfügen oft nicht über die nötige Anlagentechnik. Die Lieferzeiten externer Anbieter sind daher lang, eine schnelle Fertigung im eigenen Haus ohne zusätzlichen Kosten für den Drittanbieter ist eher die Ausnahme als die Regel. Der Zugang zur additiven Fertigung ist für den Werkzeugbau in der Breite erschwert und nur selten wirtschaftlich. Insgesamt sind die Kosten dafür hoch, und die bekannten Vorteile der konturnahen Kühlung bleiben ungenutzt.

Die genannten Probleme lassen sich durch einen konstruktiven Kniff lösen, der die additive Fertigung eliminiert oder reduziert und die Zykluszeit dennoch verkürzt. Dazu wird in thermisch kritische Bereiche konturnah eine Kühlwasserzuführung eingebracht (Titelbild), indem ein oder mehrere entsprechende Einsätze in das Werkzeugelement montiert werden. Das formgebende Werkzeugelement, die Kavität, wird hierfür mit konventionellen Methoden aus einem Halbzeug gefertigt.

Thermisch weniger kritische Bereiche werden mit einfachen, konventionellen Bohrsystemen, Spiralführungen oder ähnlichem gekühlt. Durch einen ausreichenden Abstand zur Kavität können Bohrsysteme so ausgerichtet sein, dass auch Kaltwasser genutzt werden kann. So ist nur ein Temperier- und Kanalsystem nötig.

Die wasserführenden Elemente werden hin zum Hotspot montiert. Dadurch entstehen Kühlwasserverläufe, die mit konventionellen Methoden aus ein und demselben Halbzeug nicht zu fertigen sind. Diese montierten Elemente können, abhängig von der Kontur, spanend, aber auch additiv gefertigt sein. Theoretisch ist auch ein Kunststoffbauteil im Inneren des Metallkerns zur Wasserführung denkbar. In dem in dieser Arbeit behandelten Beispiel (Titelbild) handelt es sich um einen sehr kleinen – 15 mm × 15 mm breit und ca. 27 mm hoch – und somit günstigen Einsatz.

Da die Einsätze montiert werden, kann der Konstrukteur verschiedene Werkstoffe nutzen. Mit einfachsten Methoden erhält man so einen Kern aus verschiedenen Werkstoffen mit lokaler, konturnaher Kühlung aus der konventionellen Fertigung. Im Gegensatz zu Verfahren mit dauerhafter Fügung, wie dem Vakuumlöten, Diffusionsschweißen oder Laser-Auftragsschweißen, ist hier eine Werkstofftrennung nach Lebensende möglich und damit der Anspruch an Nachhaltigkeit und Recycling der Produktionsmittel erfüllt.

In dem hier vorgestellten Ansatz ist bei der Montage der Einsätze allerdings ein relevantes Detail zu beachten: Montierte und in Kontakt stehende Bauteilflächen weisen fertigungsbedingte Rauheiten auf und können somit thermisch isolierende Lufteinschlüsse haben [12–14]. Nah der Kavität ist dies besonders nachteilig. Um etwaige Spalte zwischen dem äußeren Metallkern und dem Kühleinsatz zu überbrücken, soll Wärmeleitpaste eingesetzt werden. Dabei ist auf die chemische Verträglichkeit zu den miteinander in Kontakt stehenden Werkstoffen zu achten. Gewählt wird daher eine Wärmeleitpaste auf Silikonbasis.

Einfach vs. kompliziert: Konstruktionsvergleich in der Praxis

Zum Nachweis der Praxistauglichkeit dieses Konzepts wurde ein Massenartikel namens Arena von der Firma Grohedal Sanitärsysteme gewählt. Das ursprüngliche Werkzeugelement ist mit Steigbohrungen gefertigt. Im nächsten Schritt wurde der Kern durch eine konturnahe Kühlung optimiert. Unschwer zu erkennen ist die Komplexität des Systems mit sieben Kanälen (Bild 1). Eine Simulation zeigt den Hotspot bei der konventionellen Kühlung und die gleichmäßige Werkzeugtemperatur der konturnahen Temperierung (Bild 2).

Um den Hotspot-Bereich gezielt zu kühlen, werden nun zwei Varianten des neuartigen Ansatzes einer einsetzbaren Wasserführung erprobt (Bild 3). Zum einen durch einen kleinen additiv gefertigten Einsatz aus Messing. Dieser wird durch einen Gegenhalter aus Werkzeugstahl in Position gehalten und führt das Wasser in Richtung des konturnahen Messingteils. Dabei wird das additive gefertigte Teil nicht nachbearbeitet, sondern direkt mit Wärmeleitpaste eingepasst. Grundsätzlich ist ein additiv gefertigtes Teil in diesem Beispiel nicht nötig. Vielmehr ging es darum, die Machbarkeit und den Einfluss der Oberfläche samt Wärmeleitpaste zu zeigen.

In der zweiten Variante sind beide Einsätze zu einem kombiniert, der konventionell aus Kupfer gefertigt wurde. Auch hier wird Wärmeleitpaste eingesetzt. Das Wasser verläuft zunächst in einer Wendelkühlung und wird danach in den Hotspot geführt. Nach der zweiten Wendel wird das Wasser aus dem Kern geführt (Titelbild). Statt sieben komplexer Kanäle haben wir nun nur einen, deutlich einfacheren und robusteren Kanalverlauf.

Die neu modellierten Werkzeugeinsätze weisen beide eine deutlich verbesserte Wärmeleitfähigkeit auf als der Werkzeugstahl. Der Einsatz aus Messing hat ca. 80 bis 120 W/(m ·K) – die genaue Zusammensetzung der Legierung (Hersteller: Grohedal) ist unbekannt. Der Kupfereinsatz hat ca. 400 W/(m ·K). Zum Vergleich: Für Werkzeugstahl liegt der Wert bei ca. 25 W/(m ·K).

Austauschbares, flexibles und wirksames Element

Beide Varianten sind mit demselben Kerngehäuse validiert. Die Einsätze sind austauschbar, sodass dieser Vergleich kostengünstig und flexibel ist. Dies spricht für die Einfachheit dieser Entwicklung. Die Versuche mit besagtem Bauteil (Bild 4) wurden auf einer vollelektrischen Spritzgießmaschine (Typ: CX-80–380 KM; Hersteller: KraussMaffei) durchgeführt. Das Bauteil besteht aus Polyoxymethylen (POM, Typ: Hostaform C 9021; Hersteller: Celanese). Die Massetemperatur beträgt 190 °C und die Werkzeugtemperatur soll zwischen 80 °C und 120 °C liegen. Der Kern wurde mit ca. 20 °C kaltem Wasser und einem Durchfluss von 3,7 l/min gekühlt. Entscheidend für die Bewertung ist der Verzug des Bauteils.

Die kürzeste erreichbare Zykluszeit liegt im Fall des additiv gefertigten Messingkerns bei 7,1 s, bei einer Kühlzeit von 1,3 s. Der Einsatz selbst stellt dabei nicht den zykluskritischen Bereich dar. Somit kann der Konstruktionsansatz als erfolgreich bewertet werden.

Der konventionell spanend gefertigte Kerneinsatz aus Kupfer erreicht eine Zykluszeit von 6,7 s bei einer Kühlzeit von 0,9 s. Er kühlt somit um 0,4 s schneller. Der Grund ist klar: Das Kupfer führt die Wärme schneller und über die Breite besser ab als das Messing.

An der nach der konstruktiven Optimierung neuen zyklusrelevanten Stelle (Bild 4) kommt es aufgrund einer geringen Struktursteifigkeit im Artikel zu einem unzulässig großen Verzug. Dieser Bereich lässt sich durch einen Kupfereinsatz direkt unter der Kavität, in Kombination mit der Wendelkühlung, einfach temperieren.

Kostengünstige Option für  breite Anwendung

Die Versuche haben den Nachweis erbracht, dass sich die Kühlzeit durch eine konturnahe Hotspot-Kühlung mit in den Werkzeugkern montierten Einsätzen verkürzen lässt. Dieser Ansatz kostet einen dreistelligen Betrag und ist somit erheblich kostengünstiger als Kerne aus der additiven Fertigung. Zum Vergleich: Der hier diskutierte komplett additiv gefertigte Kern kostet einem mittleren bis höheren vierstelligen Betrag.

Damit wird der Einsatz konturnaher Kühlungen mit all ihren Vorteilen preislich attraktiver und für eine breite Masse zugänglich. Auch ist ein schneller und kostengünstiger Austausch des Einsatzes möglich. Außerdem können hochwärmeleitende Werkstoffe kostengünstig unter der Stahlkavität platziert werden und so im Zweifel sogar besser kühlen als Werkzeugkerne mit gänzlich konturnaher Kühlung aus einem Werkstoff.

Viele dieser Elemente kann der Werkzeugbauer inhouse herstellen. Sollten doch additiv gefertigte Teile benötigt werden, so ist die Fertigung durch geringere Bauvolumen schneller und flexibler. So wird im Einzelfall deren wirtschaftliche und schnelle Fertigung überhaupt erst möglich. Außerdem können die komplexen Innenkerne preiswert auch aus Kunststoff erzeugt werden. Die Anforderungen an das Material sind gering, gefragt ist lediglich eine definierte Gestalt, um die Wasserströmung an den gewünschten Punkt unter der Werkzeugoberfläche zu führen.

[1] Zöllner, O.: Optimierte Werkzeugtemperierung. Bayer, ATI 1104, November 1997

[2] Jaroschek, C.: Spritzgussteile konstruieren für Praktiker. Carl Hanser Verlag, München 2019

[3] Kartelmeyer, S.; Kraemer, D.; Moritzer, E.; Jaroschek, C.: Hotspot ade – ohne Extra-Energieaufwand. Kunststoffe 113 (2023) 5, S. 64–67

[4] WBA Aachener Werkzeugbau Akademie: Tooling in Germany 2020. Marktstudie, Aachen 2020

[5] Frank, E.; Kirchheim, A.: Hotspots gehören der Vergangenheit an. KunststoffXtra (2019) 1 – 2, S. 2–3

[6] Schläger, M.; Balka, C.; Gießauf, J.: Wer bremst, verliert. Kunststoffe 107 (2017) 1, S. 32–35

[7] Statista: Industriestrompreise (inklusive Stromsteuer) in Deutschland in den Jahren 1998 bis 2023. URL: <a href="https://de.statista.com/statistik/daten/studie/252029/umfrage/industriestrompreise-inkl-stromsteuer-in-deutschland/" target="_blank">https://de.statista.com/statistik/daten/studie/252029/umfrage/industriestrompreise-inkl-stromsteuer-in-deutschland/</a> (Zugriff am 26. Juni 2023)

[8] Fraunhofer-Institut für Lasertechnik ILT: Post-Processing of SLM-manufactured Components. In: Jahresbericht 2015, S. 69, Aachen 2016

[9] Rösler Oberflächentechnik: Post-Processing additiv gefertigter Bauteile – Konturnahe Kühlkanäle automatisiert bearbeiten. mav maschinen anlagen verfahren, Heft P2 (2020), S. 54

[10] Bremen, S.; Buchbinder, D.; Meiners, W.; Wissenbach, K.: Mit Selective Laser Melting auf dem Weg zur Serienproduktion? Laser Technik Journal 8 (2011) 6, S. 24–28

[11] Gebauer, M.; Müller, B.: Funktionsintegration für Werkzeuge und Formen mittels generativer Fertigung – Anwendungsbeispiele aus der Ur- und Umformtechnik. Vortrag beim Uddeholm Additive Manufacturing Seminar 2017, Düsseldorf, 12. September 2017

[12] Herwig, H.: Wärmeübertragung A-Z. Springer-Verlag, Berlin Heidelberg 2000

[13] Marek, R.; Nitsche, K.: Praxis der Wärmeübertragung. Carl Hanser Verlag, München 2012

[14] Brecher, C.; Fey, M.; Bakarinow, K.; Neus, S.; Kneer, R.; Frekers, Y.: Prognose von Kontaktwärmeübergängen bei passiven Maschinenkomponenten. Konstruktion 69 (2017) 1, S. 68–73

Universität Paderborn  

https://www.uni-paderborn.de

Fachhochschule Bielefeld  

Ausgabenartikel KU08-23

Kühlkanäle, die konturnah bis in den Hotspot führen, sind mit einfachen spanenden Methoden nicht herstellbar. Mit einem montierten Kühlelement (Mitte) ist es aber möglich.

Bild 1. Werkzeugkonstruktion für das Bauteil „Arena“.  Links: der ursprüngliche Werkzeugkern  mit Steigbohrungen; rechts: optimierte Kühlung mit konturnahem, aber komplexem Verlauf der Kanäle.

Bild 2. Hotspot-Analyse des in Bild 1 dargestellten Ausgangszustands. Links: Kühlung mit Steigbohrungen (Ursprungswerkzeug); rechts: additiv gefertigter Einsatz mit konturnaher Kühlung.

Bild 3. Lokale konturnahe Kühlung mit einfacher Kerneinlage und einfachen Wendelkühlungen. Links: additiv gefertigter Messingeinsatz (ohne Post-Processing), der mit einem Gegenhalter in Position gehalten wird; rechts: das entsprechende spanend hergestellte Kupferelement. Die Bauteilkontakte sind mit Wärmeleitpaste überbrückt.

Bild 4. Links: Werkzeugeinsatz im Einbau; rechts: gespritzter Artikel. Dazu ein Vergleich der Hotspot-Entwicklung am Artikel, vor und nach der konstruktiven Optimierung.

Hauptartikel

In den Werkzeugkern montierte Einsätze ermöglichen kostengünstige konturnahe Hotspot-Kühlung 

Vor dem Serieneinsatz stehen noch folgende Pflichtaufgaben: