Innovative Werkzeugkerne

Gemeinschaftsprojekt der FH Südwestfalen und Lüdenscheider Unternehmen.

© FH Südwestfalen

Iserlohn, 02. August 2017. Mit knapp 190.000 Euro fördert das Bundesministerium für Wirtschaft und Energie ein neues Forschungsprojekt an der Fachhochschule Südwestfalen in Iserlohn. In den kommenden zwei Jahren möchte das FH-Team um Prof. Dr. Ulrich Lichius gemeinsam mit den Lüdenscheider Unternehmen CANTO Ing. GmbH und Heite & Krause Werkzeugbau GbR ein neues Metallsinterverfahren des Werkzeugbauinstitut Südwestfalen GmbH (WI.SWF) für Spritzgießwerkzeuge weiterentwickeln. Das WI.SWF ist ein An-Institut der Fachhochschule Südwestfalen.

Integrierte Kühlkanäle sorgen für mehr Effektivität

Im Kern dreht sich bei dem neuen Forschungsvorhaben alles um Kerne: Es sollen innovative Werkzeugkerne mit kombinierten Werkstoffeigenschaften und direkt integrierten Kühlkanälen zur konturfolgenden, homogenen und wirtschaftlichen Temperierung von Spritzgießwerkzeugen entwickelt werden.

Jeder kennt die Springerleformen für die Weihnachtsbäckerei, mit der der Teig in eine bestimmte Form gebracht wird. Ähnliche Hohlformen werden für die Produktion von Kunststoffformteilen benötigt. Allerdings bestehen diese Spritzgießwerkzeuge aus zwei Werkzeughälften, einer Düsenseite und einer Auswerferseite, die gemeinsam den Hohlraum bilden, in den heiße Kunststoffschmelze (200°C und mehr) eingespritzt wird. Die Kunststoffschmelze muss im Werkzeug bis zur Erstarrung heruntergekühlt werden. Dies soll aus wirtschaftlichen Gründen sehr schnell und aus Gründen der Formteilqualität – insbesondere der Oberflächenqualität – sehr gleichmäßig und homogen geschehen. Gekühlt wird mit Wasser, das über entsprechende Bohrungen bzw. Kanäle durch das Werkzeug gepumpt wird. Je näher die Kanäle an die Kontur der Kunststoffteile herangeführt werden können, umso effektiver kann die Kühlung erfolgen. Die sowohl formgebenden als auch mit Kühlkanälen versehenen Werkzeugeinsätze bzw. –kerne sollen im Sinterprozess hergestellt werden.

Kombination der positiven Eigenschaften von Materialien

„Die Sinterformen, die beim Sinterprozess verloren gehen, können wir mit Hilfe unseres 3 D-Druckers herstellen“, erklärt Projektleiter Prof. Dr. Ulrich Lichius, „ in diese Form füllen wir ein Metallpulver mit speziellen Eigenschaften, das wir anschließend in einem Ofen sintern, d.h. erhitzen. Wir erhalten so den Werkzeugkern, der anschließend mit einem weiteren Material infiltriert wird. Damit können wir die verschiedenen positiven Eigenschaften der Materialien kombinieren“.

Im Rahmen des Forschungsvorhabens sollen einerseits verschiedene Metallpulver und Infiltrationsmaterialien untersucht werden. Zum anderen geht es darum, die Kühlung oder Temperierung des Spritzgießwerkzeuges zu optimieren, um eine möglichst oberflächen- und konturnahe Kühlung zu erzielen. Diese soll dafür sorgen, dass das Spritzgießformteil eine bestmögliche Oberfläche erhält, ohne dass weitere Bearbeitungsschritte an den Werkzeugeinsätzen notwendig wären.

„In unserem Hochschullabor werden wir die Positionierung der Temperierkanäle simulieren und den Nachweis für die perfekte Kühlung erbringen“, berichtet Lichius. In zwei Jahren wollen die Projektpartner einen innovativen Werkzeugkern aus verschiedensten hybriden Werkstoffen entwickeln, der eine oberflächennahe und homogene Temperierung von Spritzgießwerkzeugen ermöglicht. „ Für die Werkzeugbauunternehmen bedeutet dies verkürzte und vereinfachte Werkzeugkonstruktionen und –bau, für Spritzgießunternehmen kürze Kühlzeiten, eine bessere Oberflächenoptik und geringere Produktionskosten bei Spritzgießprodukten“, ist sich Lichius sicher.

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