ERKON - Abkühlvorgänge beim Extrusionsblasformen

Das Programm ERKON ermöglicht die Berechnung der Abkühlung von Blasformteilen. Dabei wird neben der Kühlwirkung der Blasform auch eine eventuell vorhandene Innenkühlung berücksichtigt.

Wahlweise kann die über die Wanddicke gemittelte Entformungstemperatur des Formteils bei Vorgabe der Kühlzeit oder aber in umgekehrter Weise die Kühlzeit bei Vorgabe der mittleren Entformungstemperatur berechnet werden.

Zusätzlich werden die Wärmemengen bestimmt, die über das Werkzeug und über die Innenkühlung abgeführt werden.

Berechnungsalgorithmus

Das Programm arbeitet auf der Basis des erweiterten, konvektiven Abkühlmodells. Hierbei werden als thermische Randbedingungen zur Lösung der Energiegleichung konvektive Randbedingungen oder Randbedingungen 3. Art verwendet.

Diese Randbedingungen erlauben an der Innenseite des Formteils eine realitätsnahe Berechnung der Innenkühlung. An der Außenseite des Formteils gehen sowohl die Werzeuggestaltung (Kühlkanalanordnung, Werkzeugmaterial, ... ) als auch der Betriebspunkt (Kühlwasserdurchsatz und -temperatur) in die Bestimmung der Kühlwirkung des Werkzeugs ein.

Auf diese Weise ist eine detailliertere und genauere Berechnung des Abkühlvorgangs möglich als mit der bisher oft verwendeten vorgegebenen Werkzeugwandtemperatur.

Eingabewerte

Im Menüpunkt Auswahl des Anwendungsfalls wird die zu berechnende Zielgröße festgelegt. Zur Berechnung der mittleren Entformungstemperatur oder der Kühlzeit werden unterschiedliche Eingaben benötigt. Diese Eingaben werden in Eingaben für das Formteil, Eingaben für die Werkzeugkühlung und Eingaben für eine eventuell vorhandene Innenkühlung unterschieden.

Die das Formteil charakterisierenden Eingabedaten sind u.a.: 

  • thermische Stoffwerte des verarbeiteten Kunststoffs
  • Schmelzetemperatur
  • Formteilwanddicke
  • Kühlzeit oder Entformungstemperatur

Die Kühlwirkung der Blasform kann für die in der Praxis eingesetzten Bauformen

  • gebohrte Kühlkanäle
  • eingegossene Kühlrohre
  • gefräste, rechteckige Kühlkanäle

bestimmt werden. Dabei gehen folgende Werte für die Werkzeugkühlung in die Berechnung ein: 

  • Kühlkanalanordnung und -geometrie
  • Werkzeugmaterial
  • Kühlwasserdurchsatz
  • Kühlwassertemperatur

Zusätzlich können Verschmutzungen der Kühlkanäle und eine eventuell vorhandene Beschichtung der Werkzeugoberfläche berücksichtigt werden.

Betriebspunktoptimierung

ERKON erlaubt neben der Berechnung einzelner Betriebspunkte die graphische Darstellung aller berechneten Größen in Abhängigkeit von zwei Eingangswerten. Das erleichtert die schnelle Beurteilung der Auswirkung einer Betriebspunktveränderung auf den Abkühlvorgang. Für eine Betriebspunktoptimierung kann beispielsweise die Kühlzeit eines Formteils in Abhängigkeit von Kühlwasserdurchsatz und Kühlwassertemperatur in der Blasform dargestellt werden.

Die Eingangs- und Ergebnisdaten aller Berechnungen können abgespeichert werden und stehen so für spätere Untersuchungen und andere Auswertungsprogramme zur Verfügung. Ebenso ist ein Ausdrucken der Datensätze und Graphiken möglich.

Thermische Werkzeugauslegung

Durch die Optimierung der Kühlkanalanordnung lässt sich eine homogene Abkühlung des Formteils erreichen. Dadurch wird eine gleichmäßige Schwindung und eine höhere Maßhaltigkeit gewährleistet. Das Ziel ist eine gleichmäßige Temperatur des Formteils bei der Entformung.

Mit dem Programm ERKON lässt sich durch die gleichzeitige Vorgabe von Kühlzeit und Entformungstemperatur die optimale Kühlkanallage in den einzelnen Werkzeugbereichen ermitteln. Als Beispiel kann dann der Verlauf der mittleren Entformungstemperatur für ein Werkzeug mit konstantem Kühlkanalabständen zur Formoberfläche und für ein optimiertes Werkzeug im Vergleich dargestellt werden.

Innenkühlung

Durch den Einsatz einer Innenkühlung wird die Abkühlung von Blasformteilen beschleunigt. Mit ERKON sind die Verfahrensvarianten 

  • stetige Umkehrspülung mit Preßluft
  • Einspritzung von Flüssiggas (N2 , CO2)

bewertbar. Die Berechnung berücksichtigt für eine Innenkühlung:

  • eingesetzte Kühlgasmenge bzw. -masse
  • Kühlgastemperatur beim Eintritt in das Formteil
  • Formteilinnendruck/Blasdruck
  • Formteilgestalt (Oberfläche, Volumen, Gewicht)

Als Beispiel wird hier die Kühlzeitreduzierung für einen 5l-Behälter in Abhängigkeit von Luftdurchsatz und Lufttemperatur dargestellt.

ERKON ist auf IBM-kompatiblen Pcs lauffähig. Durch die Verwendung von analytischen Berechnungsverfahren ergeben sich extrem kurze Rechenzeiten.

ERKON ist mit deutscher und englischer Bedienoberfläche erhältlich.