Extrusion 8-2020

von 70 mm und einem Durchmesser von 24 mm auf. Das CO 2 wird mit einem konstanten Volumenstrom in den hohlen Stem- pel gefördert. Im Stempel fließt es in Richtung Stempelboden, füllt den Hohlraum und kann anschließend über eine Überlauf- bohrung wieder entweichen. In Bild 3 ist exemplarisch ein Stempel mit einem Durchmesser von 40 mm mit dem zugehö- rigen Schnitt dargestellt. Die erzeugten Stempeltemperaturen sowie resultierenden Tem- peraturprofile auf der Folie wurden mit einer Infrarotkamera vom Typ A320 der FLIR Systems Inc., Wilsonville, Oregon, USA, aufgezeichnet und mit der dazugehörigen Software IR Re- searcher, ebenfalls FLIR Systems, ausgewertet [NN09b]. Die von der IR-Kamera erfassten Temperaturwerte wurden mit einem Oberflächentemperaturmessgerät des Typs testo 992 der Testo SE & Co. KGaA, Lenzkirch, mit angeschlossenem Oberflächen- fühlern vom Typ K überprüft. Da die Temperaturprofilierung im geschlossenen Werkzeug erfolgt, muss das Werkzeug zur Auf- nahme der Bilder geöffnet und der Spannrahmen mit der Folie in den Aufnahmebereich der Kamera verfahren werden. Diese vergangene Zeit vom Kontakt der Folie mit dem Stempel bis zur Aufnahme beträgt in etwa zwei Sekunden. Einfluss der Stempelgeometrie und -temperatur auf die resultierenden Halbzeugtemperaturprofile Zur Analyse der lokal aktiven Kühlung mittels Kühlstempelkon- takt wurden die resultierenden Halbzeugtemperaturen auf der Folie erfasst, um die gewählten Prozesseinstellungen in Hinblick auf die erzeugten Temperaturprofile und deren Ausprägung zu bewerten. Die zugehörigen Wanddickenverteilungen werden anschließend dargestellt und erläutert. In Bild 4 ist der Einfluss der verschiedenen Stempelgeometrien bei einer Stempeltemperatur von 20 °C und 0 Sekunden Kon- taktzeit auf das resultierende Temperaturprofil dargestellt. Zu er- kennen ist, dass Temperaturprofile durch den Kontakt mit dem Kühlstempel entstehen, aber nicht stark ausgebildet sind. Bei ei- nem Stempeldurchmesser von 35 mm ist eine minimale Tempe- raturänderung von nur wenigen Grad Celsius zu erkennen. Der Temperaturunterschied der gekühlten Bereiche zur Folientem- peratur von 120 °C beträgt lediglich 6 °C. Bei einem Durchmes- ser von 40 und 45 mm verschieben sich die Kreisprofile nach au- ßen, wodurch gezeigt wird, dass mittels Änderung der Stempel- geometrie verschiedene Folienbereiche gekühlt werden können. Die Temperaturunterschiede, die sich über der Folie einstellen, unterscheiden sich von Stempel zu Stempel kaum. Bei Kühl- stempeldurchmessern von 40 mm bzw. 45 mm stellen sich mitt- lere Temperaturdifferenzen von 5 °C und 7 °C ein. Auffällig ist jedoch, dass bei allen Temperaturprofilen nur ein Kreisring resultiert, obwohl die verwendeten Kühlstempel aus Vollmaterial gefertigt sind, wie in Bild 3 dargestellt ist. Die Kreisringbildung kann durch den Foliendurchhang erklärt wer- den, der bei einem kurzen Stempelkontakt ohne Verzögerungs- zeit zur Formluftluftzuschaltung dazu führt, dass nur die Au- ßenbereiche der Kühlstempel mit der Folie in Kontakt stehen. Die Folge ist, dass der innere Bereich des Stempels der Folie kaum Wärme entzieht und die Bereiche weniger stark gekühlt werden. Die Temperaturprofile wurden weiterhin nach unter- schiedlichen Verzögerungszeiten von 2, 4 und 6 Sekunden bis zur Aufnahme der IR-Bilder vermessen. Bei längeren Messinter- vallen kann festgestellt werden, dass die Vollprofile der Kühl- stempel auch innerhalb des in den IR-Bildern zu erkennenden Kühlrings Temperaturunterschiede erzeugen. Aufgrund der ver- gleichsweise langsamen Wärmeleitung durch die Folie sind die Zeiten bis sich die Temperaturprofile entsprechend ausprägen jedoch so lang, sodass diese Zeiten aufgrund der kurz zu hal- tenden Zykluszeit nicht sinnvoll bzw. praktikabel sind. Daher werden diese Ergebnisse hier nicht gesondert dargestellt. Um ausgeprägtere Temperaturprofile bei gleichbleibender Zy- kluszeit zu erzeugen, muss somit die Kühlstempeltemperatur abgesenkt werden. Wie in Bild 5 dargestellt, führt ein Absen- ken der Stempeltemperatur in den in Kontakt stehenden Berei- chen zu stärkeren Temperaturunterschieden. Temperaturunter- schiede von bis zu 10 °C werden auf der Folie durch ein Absen- ken der Stempeltemperatur auf 0 °C erzeugt. Im Schnitt erhöht sich die Temperaturdifferenz bei einer Kühlstempeltemperatur von 0 °C jedoch nur um circa 2,1 °C im Vergleich zur Kühl- stempeltemperatur von 20 °C. Die Positionen der entstehenden Kühlringe unterscheidet sich entsprechend den Stempeldurch- messern analog zu Bild 4 . Weitere Stempeltemperaturen die zwischen, 0 °C und 20 °C liegen, führen zu Ausprägungen der Temperaturprofile, die zwischen den beiden gezeigten Resulta- ten liegen. Resultierende Wanddickenverteilung nach lokaler Kühlung der Folie Nach der Untersuchung des Einflusses der Kühlstempelgeometrie und der -temperatur auf das Temperaturprofil des Halbzeuges wur- 34 Thermoformen – Aus der Forschung Extrusion 8/2020 Bild 3: Beispielshafte Kühlstempelgeometrie und Temperier- konzept zur Erzeugung von Temperaturprofilen (Durchmesser 40 mm) Bild 4: Resultierende Temperaturprofile bei Einsatz verschiedener Stempel- geometrien und einer Stempeltemperatur von 20 °C