Vor dem Hintergrund der Steigerung der Produktivität, der Wirtschaftlichkeit und der Energieeffizienz ist die Reduzierung dieses Anteils von besonderer Bedeutung. Ein vielversprechender Ansatz zur Reduzierung dieser Kühlzeiten ist die Steigerung des Wärmeübergangs zwischen Fluid und Werkzeug durch die Erzeugung turbulenter Strömungen innerhalb der Kühlkanäle durch gezielte Oberflächenstrukturen in den Temperierkanälen. Im Rahmen des ZIM-Förderprojekts „Strukturierung der Temperierkanäle von Spritzgießwerkzeugen zur Erzeugung beständig wirkender, turbulenter Strömungen mit dem Ziel einer verbesserten Wärmetransportleistung“ wurden daher Oberflächenstrukturen und ihr Einfluss auf die Steigerung des Wärmeübergangs untersucht. So wurden zuerst mittels CFD-Simulationen optimale Strukturen identifiziert und anschließend mithilfe von spanenden Fertigungsprozessen in die Kühlkanäle eingebracht. Anhand experimenteller Prüfstände wurde dann das optimierte Kühlverhalten im Vergleich zu konventionellen Kühlkanälen validiert. Mithilfe eines gemeinsam entwickelten Demonstrator-Spritzgießwerkzeugs konnten die Eignung der Strukturen nachgewiesen und der Einfluss der Geometrieparameter quantifiziert werden. So wurde eine Reduzierung der Kühlzeit von 38 % erreicht.
Rudolf Hein, Geschäftsführer der Konstruktionsbüro Hein GmbH, sieht in den Ergebnissen großes Potential im Hinblick auf die Produktivitätssteigerung und einen wichtigen Schritt hin zu einer nachhaltigeren Kunststoffverarbeitung: „Unsere Partnerschaft mit dem IKK und dem IFW hat uns erheblich bei der Optimierung von Kühlsystemen vorangebracht. Mit den erforschten Oberflächenstrukturen haben wir eine zusätzliche Lösung für besonders anspruchsvolle Kühlanwendungen zur Verfügung. Wir sehen großes Potenzial für diese Technologie, insbesondere in der Anwendung bei Bauteilen mit zyklusabhängiger Temperierung.“
„Die Ergebnisse des TurbuStruk-Projekts zeigen, dass in allen Bereichen der Kunststoffverarbeitung noch enormes Optimierungspotential hinsichtlich der Energieeffizienz und der Steigerung der Nachhaltigkeit liegt“, sagt Felix Mehrens, Abteilung „Kunststofftechnik und Recycling“ am IKK.
Die Ergebnisse des gemeinsamen Forschungsprojektes werden von den Partnern auch zukünftig genutzt, um eine effiziente und nachhaltige Kunststoffproduktion weiter voranzutreiben.
