Extrusion 8-2020

turunterschied zwischen einem Stempelüberstand von 0 mm ist im Schnitt mit circa 9,6 °C weiterhin deutlich größer als bei ei- nem Überstand von 8 mm und einer Temperaturdifferenz von 6,6 °C. Der geringere Temperaturunterschied ist widersprüch- lich, weil bei einem Stempelüberstand von 8 mm die Kontakt- zeit höher ist. Der Stempelkontakt tritt früher ein. Somit sollte das Temperaturprofil stärker ausgeprägt sein. Sowohl die Tem- peraturdifferenzen bei unterschiedlichen Stempelüberständen als auch die Temperaturunterschiede innerhalb eines Kreisrings sind dadurch zu begründen, dass beim Einsatz einer Stempel- temperatur von 0 °C bereits die Umgebungsfeuchte am Stem- pel gefriert. Das am Stempel entstehende Eis führt somit zu un- terschiedlichen Wärmeübergangsbedingungen und zu Tempe- raturdifferenzen über dem Ringprofil selbst. Die unterschiedli- chen Temperaturdifferenzen lassen sich auf lokal veränderte Kontaktbedingungen zurückführen, da sich die Folie durch das lokale Abschrecken verzieht. Eine Temperierung der Kühlstem- pel auf 0 °C oder weniger ist bei klassischen Produktionsumge- bungen daher nicht praktikabel und muss somit in Frage ge- stellt werden. In Bild 9 sind die zugehörigen Wanddickenverteilungen darge- stellt, die aus den beschriebenen Prozesseinstellungen mit Stempelüberstand und dem gewählten Stempeldurchmesser von 40 mm resultieren. Die resultierenden Wanddickenverteilungen werden auch durch die Prozesseinstellungen mit Stempelüberständen nur wenig beeinflusst. Der Gesamtverlauf ändert sich daher nur ge- ringfügig. Allerdings ist auffällig, dass im Vergleich zu den Pro- zesseinstellungen (Stempeltemperatur 20 °C, Stempelüber- stand 0 mm) und den in Bild 7 dargestellten Wanddickenvertei- lungen bereits eine leichte Erhöhung der Wanddicken im Über- gang vom Boden- zum Wandbereich (MP 6 und 7) erreicht wer- den kann. Alle Wanddicken in diesem Bereich liegen im Mittel über 0,1 mm und damit über den zuvor resultierenden Wand- dicken im Bereich von MP 6 und 7. Weiterhin ist eine Änderung der Wanddicke im Bereich von MP 10 bei einem Stempelvor- stand von 8 mm zu erkennen. Die Änderung zeigt, dass ein ver- längerter Folienkontakt durch den Stempelvorstand zu einer ausgeprägteren Temperaturprofilierung und somit höheren Ver- streckwiderständen der Folie führt, wodurch die Folie weniger stark in diesem Bereich verstreckt wird. Die Wanddickenvertei- lung kann im Mittel zwar beeinflusst werden, weist jedoch in den beeinflussten Bereichen große Streuungen auf. Allerdings ist die Kontaktzeit noch immer nicht ausreichend hoch, um si- gnifikante Veränderungen des gesamten Wanddickenverlaufs zu erzeugen. Aus diesem Grund muss für weitere Untersuchun- gen die Kontaktzeit weiter erhöht werden. Die Erhöhung der Kontaktzeit durch den Überstand des Stempels und das weite- re Absenken der Stempeltemperatur sind somit nicht ausrei- chend, sodass auf die Erhöhung der Verzögerungszeit bis zum Zuschalten der Formluft zurückgegriffen werden sollte, was sich jedoch in einer Erhöhung der gesamten Zykluszeit resul- tiert. Zusammenfassung und Ausblick Die Möglichkeit mit der lokal aktiven Kühlung von Folien im Thermoformen die Anpassung der Verstreckwiderstände sowie den daraus resultierenden Wanddickenverteilungen zu beein- flussen, konnte grundlegend gezeigt werden. Allerdings ist festzustellen, dass die Temperaturprofilierung durch Einsatz von Kühlstempeln im Blaskasten nicht ohne eine Verlängerung der Prozesszeit möglich ist. Grund dafür ist, dass bei zu kurzer Kon- taktzeit nicht genug Wärme aus der Folie abgeführt wird, um die Verstreckwiderstände ausreichend zu beeinflussen. Da der Kontakt des Kühlstempels einseitig vorliegt, muss weiterhin ei- ne Abkühlung über der Foliendicke ermöglicht werden, sodass eine Verzögerungszeit bis zum Umformprozess der Folie unab- dingbar ist. Ein weiteres Absenken der Kühlstempeltemperatur ist aufgrund des bereits bei 0 °C anfrierenden Wassers nicht zielführend. Daher wird im weiteren Verlauf des Projekts die Kontaktzeit der Folie mit dem Kühlstempel durch eine Verzögerung der Formluftzuschal- tung von z. B. 0,1 s erhöht. Eine Geometrieop- timierung des Kühlstempels soll weiterhin die Temperaturprofile auf der Folie so verändern, dass die resultierenden Wanddickenverteilun- gen homogenisiert werden. 36 Thermoformen – Aus der Forschung Extrusion 8/2020 Bild 7: Darstellung der Wanddickenverteilung mit Tempera- turprofilierung bei einer Kühlstempeltemperatur von 20 °C und verschiedenen Stempeldurchmessern (Material: PS, Folientemperatur: 120 °C) Bild 8: Darstellung der resultierenden Temperaturprofile beim Einsatz eines Kühlstempelüberstandes von 4 bzw. 8 mm (PS, 120 °C)