Extrusion 5-2020

43 Extrusion 5/2020 ter stufenlos variiert werden, um dem jeweiligen Anforderungs- profil gerecht zu werden. Das Gehäuse besitzt eine Einströmkammer und eine Ausström- kammer für das Kühlmittel ( Bild 1 ). Beide Kammern erstrecken sich jeweils über die gesamte Länge und über den gesamten Umfang des Schmelzekühlers. Die komplette Außenoberfläche der Fließkanalwand wird somit einheitlich temperiert. Um Ver- luste zu minimieren, werden die Kammern mit Hilfe von zwei Wänden getrennt, zwischen denen sich ein isolierender Luft- spalt befindet. Das Temperiermittel wird über kurze Kühlschlangen, die je- weils von der einen Seite der Fließkanalwand zur gegenüberlie- genden verlaufen, geleitet. Die Kühlschlangen sind zur Vergrö- ßerung der Oberfläche sinusförmig gewendelt und besitzen ei- ne strömungsgünstige, in Fließrichtung langgestreckte Form, um bei einer möglichst großen Übertragungsfläche den Fließ- widerstand des Schmelzekühlers gering zu halten. Zur Vermei- dung von Stagnationszonen sind die Kühlschlangen am Anfang und am Ende spitz ausgeführt. Im Inneren der Kühlschlangen folgt die Geometrie der Kühlkanäle der Außenform der Kühl- schlangen und die Wanddicke der Kühlschlangen ist bewusst klein gehalten. Dadurch steht auch im Inneren der Kühlschlan- gen eine große Oberfläche für die Energieübertragung von der Schmelze zum Temperiermittel zur Verfügung, und es besteht nur ein geringer Wärmeleitwiderstand durch die Wand der Kühlschlangen. Die Kühlschlangen verlaufen quer zum Schmelzestrom. Sie wer- den auf der einen Seite des Fließkanals über den Einströmkanal gespeist und enden auf der gegenüberliegenden Seite im Aus- strömkanal des Schmelzekühlers. Dadurch besitzen die Kühl- schlangen im Fließkanal nur eine sehr kurze Länge, so dass sich das Temperiermittel vom Eintritt bis zum Austritt nur geringfü- gig erwärmt. Um trotz dieser nicht vermeidbaren Erwärmung eine möglichst gleichmäßige Abkühlung der Schmelze zu errei- chen, werden benachbarte Kühlschlangen vom Temperiermittel jeweils im Gegenstrom durchflossen. Die Größe und der Ab- stand zwischen den einzelnen Kühlschlangen können nun frei gewählt werden. Dabei muss ein für die jeweilige Anwendung akzeptabler Kompromiss zwischen einem möglichst geringen Fließwiderstand und einer möglichst homogenen Schmelze- temperatur gefunden werden. Bei einem größeren Abstand der Kühlschlangen voneinander verringert sich der Fließwiderstand, aber auf der anderen Seite nehmen die Temperaturunterschie- de in der Schmelze zu. Um die Temperaturdifferenzen im Schmelzekühler so klein wie möglich zu halten, wird in Strömungsrichtung gesehen jedem kurzen Kühlschlangenbereich ein Mischbereich nachgeschaltet. Über die in Fließrichtung vorhandene kurze Kühllänge wird so- mit erst einmal auch nur eine geringe Temperaturdifferenz zwi- schen der Schmelze generiert, die kühlschlangennah oder kühl- schlangenfern strömt. In dem nachgeschalteten Mischbereich wird die Schmelzetemperatur wieder etwas vergleichmäßigt, bevor sie dann im nächsten Kühl-Mischbereich weiter abge- kühlt wird. Dieser nachfolgende Bereich ist gegenüber dem vor- angegangenen jeweils um 45° verdreht angeordnet, um auch darüber die Temperaturunterschiede der Schmelze im Kühler möglichst gering zu halten. Am Ende des Kühlers folgt nach dem letzten Kühlschlangenbereich ein verlängerter Mischbe- reich, um die Homogenität der Schmelzetemperatur am Ende des Kühlers zu verbessern. Freiheiten bei der Temperierung Bei einem im SLM-Verfahren hergestellten Schmelzekühler ist es auch problemlos möglich, die einzelnen Kühl-Mischbereiche unabhängig voneinander zu temperieren. Damit kann dann die Temperatur des Temperiermittels von Stufe zu Stufe weiter ab- Bild 3: Dreigeteilte Düseneinheit, die speziell zu Forschungszwecken konzipiert wurde Bild 4: An den Schmelzekühler angeflanschte Forschungsdüse mit einem hexagonalen Fließkanalgitter am Düsenende