Extrusion 8-2020

de im nächsten Schritt der Einfluss auf die nach der Umformung resultierende Wand- dickenverteilung untersucht. Damit soll über- prüft werden, ob die Temperaturunterschie- de von bis zu 10 °C bereits ausreichend sind, um die Wanddickenverteilung zu beeinflus- sen. Dazu wird zum Vergleich mit dem kon- ventionellen Prozess die Wanddickenvertei- lung eines homogen temperierten und nur mit Formluft verstreckten Formteils darge- stellt ( Bild 6 ). Zur Übersichtlichkeit und auf- grund der Rotationssymmetrie des Becherformteils wird nur ei- ne Linie entlang einer Becherhälfte dargestellt. Die lokale Wanddicke wird über den gesamten Becherquerschnitt über fünf Formteile ausgewertet. Jeweils gegenüberliegende Mess- punkte werden anschließend gemittelt. Besonders auffällig ist die Dünnstelle bei Messposition (MP) 6 und 7 im Übergangsbe- reich zwischen Boden und Wand. Dort liegt die größte Ver- streckung vor. Von MP 6 und 7 an nimmt die Wanddicke stetig zu, sodass ein vergleichsweise dicker Bereich an der Öffnung des Bechers entsteht (MP 14). Die resultierenden Wanddickenverläufe beim Einsatz der Tem- peraturprofilierung mittels aktiver lokaler Kühlung sind in Bild 7 am Beispiel der Kühlstempeltemperatur von 20 °C bei verschie- denen Stempeldurchmessern dargestellt. Die Darstellung zeigt, dass keine signifikante Änderung der Wanddickenverteilung der mit Temperaturprofilierung geform- ten Formteile vorliegt. Der Verlauf der Wanddickenverteilung vom Becherboden in der Mitte mit einer Dicke von 0,15 mm über den kritischen Bereich zwischen MP 6 und 7 bis (< 0,1 mm) hin zum Becherrand (MP14) entspricht dem in Bild 6 dargestell- ten Verlauf der konventionellen Prozessführung ohne Vorstreck- hilfen. Lediglich im Bereich von MP 13 ist ein geringfüge Ände- rung im Kontaktbereich zu erkennen, die jedoch großen Schwankungen unterliegt. Dass kaum Unterschiede auftreten, kann auf verschiedene Ursachen zurückgeführt werden. Zum einen muss zur Aufnahme der IR-Bilder und deren Interpretati- on die Verzögerungszeit berücksichtigt werden. Diese Zeit be- trägt in etwa zwei Sekunden. Daher ist davon auszugehen, dass bei Formung der Becher das Temperaturprofil noch nicht ausreichend ausgebildet ist, weil eine Verzögerungszeit zur Ausbildung des Temperaturprofils über der Foliendicke fehlt. Die resultierenden Temperaturunterschiede sind daher zu ge- ring. Die Temperaturausgleichsvorgänge bzw. die Wärmelei- tung über der Foliendicke benötigen somit im Vergleich zur Prozesszeit zu lange, um einen signifikanten Beitrag zur Ände- rung der Verstreckwiderstände der Folie beizutragen. Die Tem- peraturprofilierung ohne eine Verzögerungs- zeit führen daher zu einer vergleichbaren Wanddickenverteilung wie bei der konven- tionellen Prozessführung. Die in Bild 5 darge- stellten Temperaturprofile, die mit einer Stempeltemperatur von 0 °C erzeugt werden, führen zu ähnlichen, nicht nennens- werten Unterschieden in der Wanddickenverteilung. Daher werden diese nicht erneut dargestellt. Beeinflussung der Temperaturprofile durch Änderung der Kühlstempelposition Im Folgenenden wird die Kontaktzeit zwischen Kühlstempel und Folie erhöht, um eine ausgeprägtere Temperaturprofilie- rung zu ermöglichen. Hierbei wird weiterhin der Ansatz ver- folgt, dass die Gesamtzykluszeit des Prozesses nicht erhöht werden soll. Die Umsetzung erfolgt dadurch, dass der Kühl- stempel nicht wie bisher bei 0 mm Überstand im Vergleich zum Blaskasten positioniert wird (vgl. Bild 1 ). Der Kühlstempel ist im Folgenden aus dem Blaskasten ausgefahren. Durch das Über- stehen des Kühlstempels erfolgt beim Zufahren des Werkzeugs ein früherer Kontakt des Stempels mit der Folie. Der Kontakt bleibt solange bestehen, bis das Werkzeug geschlossen ist. An- schließend erfolgt wie zuvor die Umformung mittels Druckluft bei einer Verzögerungszeit von 0 s. Der Einfluss des Kühlstempelüberstands von 4 bzw. 8 mm auf die resultierenden Temperaturprofile wird am Beispiel eines Stempels mit 40 mm Durchmesser und einer Stempeltempera- tur von 0 °C in Bild 8 dargestellt. Auch bei dieser Prozesseinstellung sind die resultierenden Un- terschiede in den lokalen Temperaturen auf der Folie nur sehr gering und weisen nur geringe Unterschiede zu den Tempera- turen ohne Stempelüberstand auf. Allerdings wird die Tempera- tur von 4 mm auf 8 mm Stempelüberstand weiter abgesenkt. Bei 4 mm wird eine Temperaturdifferenz von circa 3 °C erreicht, während es bei 8 mm Stempelüberstand circa 6,6 °C sind. Zu erkennen ist weiterhin der Temperaturunterschied über den Kreisring selbst. In Bild 5 , mitte, und Bild 8 , links, sind diese Un- terschiede zu erkennen. Die Kreisringe sind nicht so deutlich von den heißeren, umliegenden Bereichen abgetrennt und weisen Inhomogenitäten im gekühlten Bereich selbst auf. Der Tempera- 35 Extrusion 8/2020 Bild 5: Resultierende Temperaturprofile bei Einsatz verschiedener Stempelgeometrien und einer Stempeltemperatur von 0 °C Bild 6: Darstellung der Wanddickenvertei- lung eines ohne Temperaturprofilierung und nur mit Formluft ausgeformten Becherformteils (Material: PS, Folientempe- ratur 120 °C) [HB18, HB19; HBF20]