Was tun sie?
Umlenkbleche und Bubbler sind Abschnitte von Kühlleitungen, die den Kühlmittelstrom in Bereiche umleiten, die normalerweise nicht gekühlt würden. Kühlkanäle werden normalerweise durch den Formhohlraum und den Kern gebohrt. Die Form kann jedoch aus Bereichen bestehen, die zu weit entfernt sind, um reguläre Kühlkanäle unterzubringen. Alternative Methoden zur gleichmäßigen Kühlung dieser Bereiche mit dem Rest des Teils umfassen den Einsatz von Baffles, Bubblers oder Thermostiften, wie unten dargestellt.
ABBILDUNG 1. Prallplatte, Bubbler und Thermostift
Baffeln
Ein Ablenkblech ist eigentlich ein Kühlkanal, der senkrecht zu einer Hauptkühlleitung gebohrt ist, mit einer Schaufel, die einen Kühlkanal in zwei halbkreisförmige Kanäle trennt. Das Kühlmittel fließt von der Hauptkühlleitung auf einer Seite der Schaufel ein, dreht sich um die Spitze herum zur anderen Seite des Ablenkblechs und fließt dann zurück zur Hauptkühlleitung.
Diese Methode bietet maximale Querschnitte für das Kühlmittel, aber es ist schwierig, den Teiler genau in der Mitte zu montieren. Die Kühlwirkung und damit die Temperaturverteilung auf einer Seite des Kerns kann sich von der auf der anderen Seite unterscheiden. Dieser fertigungstechnische Nachteil einer ansonsten kostengünstigen Lösung lässt sich beseitigen, wenn das Blech, aus dem die Umlenkplatte besteht, verdreht ist. Das in Abbildung 2 gezeigte Spiralleitblech beispielsweise leitet das Kühlmittel in Form einer Spirale zur Spitze und zurück. Es ist für Durchmesser von 12 bis 50 mm geeignet und sorgt für eine sehr homogene Temperaturverteilung. Eine weitere logische Weiterentwicklung von Leitblechen sind ein- oder zweigängige Spiralkerne, wie in Abbildung 2 unten dargestellt.
ABBILDUNG 2: (Links) Helix-Schallwand. (Rechts) Spiralförmiges Ablenkblech.
Sprechblasen
Ein Bubbler ist ähnlich wie ein Baffle, nur dass das Blatt durch ein kleines Rohr ersetzt wird. Das Kühlmittel fließt unten in das Rohr und "sprudelt" oben heraus, wie bei einer Fontäne. Das Kühlmittel fließt dann an der Außenseite des Rohrs nach unten, um seinen Weg durch die Kühlkanäle fortzusetzen.
Die effektivste Kühlung von schlanken Kernen wird mit Bubblern erreicht. Der Durchmesser beider muss so eingestellt werden, dass der Strömungswiderstand in beiden Querschnitten gleich ist. Die Bedingung dafür ist:
Innendurchmesser / Außendurchmesser = 0,707
Sprudler sind im Handel erhältlich und werden in der Regel in den Kern geschraubt, wie in Abbildung 3 unten dargestellt. Bis zu einem Durchmesser von 4 mm sollten die Schläuche am Ende abgeschrägt werden, um den Querschnitt des Auslasses zu vergrößern; diese Technik ist in Abbildung 3 dargestellt. Bubbler können nicht nur zur Kernkühlung verwendet werden, sondern auch zur Kühlung von flachen Formteilen, die nicht mit gebohrten oder gefrästen Kanälen versehen werden können.
ABBILDUNG 3: (Links) In den Kern geschraubte Bubbler. (Rechts) Abgeschrägter Bubbler zur Vergrößerung des Auslasses
HINWEIS: Da sowohl Leitbleche als auch Bubbler einen verengten Durchflussbereich haben, erhöht sich der Strömungswiderstand. Daher sollte die Größe dieser Vorrichtungen mit Sorgfalt ausgelegt werden. Das Strömungs- und Wärmeübertragungsverhalten sowohl für Baffles als auch für Bubbler kann mit der C-MOLD Cooling-Analyse leicht modelliert und analysiert werden.
Thermische Stifte
Ein Thermostift ist eine Alternative zu Ablenkblechen und Bubblern. Er ist ein abgedichteter Zylinder, der mit einer Flüssigkeit gefüllt ist. Die Flüssigkeit verdampft, wenn sie dem Werkzeugstahl Wärme entzieht, und kondensiert, wenn sie die Wärme an das Kühlmittel abgibt, wie in Abbildung 4 dargestellt. Die Wärmeübertragungseffizienz eines Thermostifts ist fast zehnmal so hoch wie die eines Kupferrohrs. Um eine gute Wärmeleitung zu gewährleisten, sollte ein Luftspalt zwischen dem Thermostift und der Form vermieden oder mit einem gut leitenden Dichtungsmittel gefüllt werden.
ABBILDUNG 4. Effizienz der Wärmeübertragung durch den Thermostift
Kühlung schlanker Kerne
Wenn der Durchmesser oder die Breite sehr klein ist (weniger als 3 mm), ist nur Luftkühlung möglich. Die Luft wird beim Öffnen der Form von außen auf die Kerne geblasen oder strömt von innen durch ein zentrales Loch, wie in Abbildung 5 dargestellt. Dieses Verfahren erlaubt natürlich nicht die Einhaltung einer exakten Formtemperatur.
ABBILDUNG 5. Luftkühlung eines schlanken Kerns
Eine bessere Kühlung von schlanken Kernen (mit einer Länge von weniger als 5 mm) wird durch die Verwendung von Einsätzen aus Materialien mit hoher Wärmeleitfähigkeit, wie Kupfer oder Beryllium-Kupfer-Materialien, erreicht. Diese Technik ist in Abbildung 6 unten dargestellt. Solche Einsätze werden in den Kern eingepresst und ragen mit ihrer Basis, die einen möglichst großen Querschnitt hat, in einen Kühlkanal.
ABBILDUNG 6: Verwendung von Material mit hoher Wärmeleitfähigkeit zur Kühlung eines schlanken Kerns
Kühlung großer Kerne
Bei großen Kerndurchmessern (40 mm und größer) muss ein positiver Transport des Kühlmittels gewährleistet sein. Dies kann mit Einsätzen erreicht werden, bei denen das Kühlmittel durch eine zentrale Bohrung an die Kernspitze gelangt und durch eine Spirale zum Kernumfang und zwischen Kern und Einsatz schraubenförmig zum Auslass geleitet wird, wie in Abbildung 7 dargestellt. Diese Konstruktion schwächt den Kern erheblich.
ABBILDUNG 7. Verwendung eines spiralförmigen Ablenkblechs zur Kühlung eines großen Kerns
Kühlung von Zylinderkernen
Die Kühlung von Zylinderkernen und anderen runden Teilen sollte mit einer Doppelspirale erfolgen, wie unten dargestellt. Das Kühlmittel fließt in einer Spirale zur Kernspitze und in einer anderen Spirale zurück. Aus konstruktiven Gründen sollte die Wandstärke des Kerns in diesem Fall mindestens 3 mm betragen.
ABBILDUNG 8. Doppelhelix mit zentralem Bubbler
Was tun sie?
Umlenkbleche und Bubbler sind Abschnitte von Kühlleitungen, die den Kühlmittelstrom in Bereiche umleiten, die normalerweise nicht gekühlt würden. Kühlkanäle werden normalerweise durch den Formhohlraum und den Kern gebohrt. Die Form kann jedoch aus Bereichen bestehen, die zu weit entfernt sind, um reguläre Kühlkanäle unterzubringen. Alternative Methoden zur gleichmäßigen Kühlung dieser Bereiche mit dem Rest des Teils umfassen den Einsatz von Baffles, Bubblers oder Thermostiften, wie unten dargestellt.
ABBILDUNG 1. Prallplatte, Bubbler und Thermostift
Baffeln
Ein Ablenkblech ist eigentlich ein Kühlkanal, der senkrecht zu einer Hauptkühlleitung gebohrt ist, mit einer Schaufel, die einen Kühlkanal in zwei halbkreisförmige Kanäle trennt. Das Kühlmittel fließt von der Hauptkühlleitung auf einer Seite der Schaufel ein, dreht sich um die Spitze herum zur anderen Seite des Ablenkblechs und fließt dann zurück zur Hauptkühlleitung.
Diese Methode bietet maximale Querschnitte für das Kühlmittel, aber es ist schwierig, den Teiler genau in der Mitte zu montieren. Die Kühlwirkung und damit die Temperaturverteilung auf einer Seite des Kerns kann sich von der auf der anderen Seite unterscheiden. Dieser fertigungstechnische Nachteil einer ansonsten kostengünstigen Lösung lässt sich beseitigen, wenn das Blech, aus dem die Umlenkplatte besteht, verdreht ist. Das in Abbildung 2 gezeigte Spiralleitblech beispielsweise leitet das Kühlmittel in Form einer Spirale zur Spitze und zurück. Es ist für Durchmesser von 12 bis 50 mm geeignet und sorgt für eine sehr homogene Temperaturverteilung. Eine weitere logische Weiterentwicklung von Leitblechen sind ein- oder zweigängige Spiralkerne, wie in Abbildung 2 unten dargestellt.
ABBILDUNG 2: (Links) Helix-Schallwand. (Rechts) Spiralförmiges Ablenkblech.
Sprechblasen
Ein Bubbler ist ähnlich wie ein Baffle, nur dass das Blatt durch ein kleines Rohr ersetzt wird. Das Kühlmittel fließt unten in das Rohr und "sprudelt" oben heraus, wie bei einer Fontäne. Das Kühlmittel fließt dann an der Außenseite des Rohrs nach unten, um seinen Weg durch die Kühlkanäle fortzusetzen.
Die effektivste Kühlung von schlanken Kernen wird mit Bubblern erreicht. Der Durchmesser beider muss so eingestellt werden, dass der Strömungswiderstand in beiden Querschnitten gleich ist. Die Bedingung dafür ist:
Innendurchmesser / Außendurchmesser = 0,707
Sprudler sind im Handel erhältlich und werden in der Regel in den Kern geschraubt, wie in Abbildung 3 unten dargestellt. Bis zu einem Durchmesser von 4 mm sollten die Schläuche am Ende abgeschrägt werden, um den Querschnitt des Auslasses zu vergrößern; diese Technik ist in Abbildung 3 dargestellt. Bubbler können nicht nur zur Kernkühlung verwendet werden, sondern auch zur Kühlung von flachen Formteilen, die nicht mit gebohrten oder gefrästen Kanälen versehen werden können.
ABBILDUNG 3: (Links) In den Kern geschraubte Bubbler. (Rechts) Abgeschrägter Bubbler zur Vergrößerung des Auslasses
HINWEIS: Da sowohl Leitbleche als auch Bubbler einen verengten Durchflussbereich haben, erhöht sich der Strömungswiderstand. Daher sollte die Größe dieser Vorrichtungen mit Sorgfalt ausgelegt werden. Das Strömungs- und Wärmeübertragungsverhalten sowohl für Baffles als auch für Bubbler kann mit der C-MOLD Cooling-Analyse leicht modelliert und analysiert werden.
Thermische Stifte
Ein Thermostift ist eine Alternative zu Ablenkblechen und Bubblern. Er ist ein abgedichteter Zylinder, der mit einer Flüssigkeit gefüllt ist. Die Flüssigkeit verdampft, wenn sie dem Werkzeugstahl Wärme entzieht, und kondensiert, wenn sie die Wärme an das Kühlmittel abgibt, wie in Abbildung 4 dargestellt. Die Wärmeübertragungseffizienz eines Thermostifts ist fast zehnmal so hoch wie die eines Kupferrohrs. Um eine gute Wärmeleitung zu gewährleisten, sollte ein Luftspalt zwischen dem Thermostift und der Form vermieden oder mit einem gut leitenden Dichtungsmittel gefüllt werden.
ABBILDUNG 4. Effizienz der Wärmeübertragung durch den Thermostift
Kühlung schlanker Kerne
Wenn der Durchmesser oder die Breite sehr klein ist (weniger als 3 mm), ist nur Luftkühlung möglich. Die Luft wird beim Öffnen der Form von außen auf die Kerne geblasen oder strömt von innen durch ein zentrales Loch, wie in Abbildung 5 dargestellt. Dieses Verfahren erlaubt natürlich nicht die Einhaltung einer exakten Formtemperatur.
ABBILDUNG 5. Luftkühlung eines schlanken Kerns
Eine bessere Kühlung von schlanken Kernen (mit einer Länge von weniger als 5 mm) wird durch die Verwendung von Einsätzen aus Materialien mit hoher Wärmeleitfähigkeit, wie Kupfer oder Beryllium-Kupfer-Materialien, erreicht. Diese Technik ist in Abbildung 6 unten dargestellt. Solche Einsätze werden in den Kern eingepresst und ragen mit ihrer Basis, die einen möglichst großen Querschnitt hat, in einen Kühlkanal.
ABBILDUNG 6: Verwendung von Material mit hoher Wärmeleitfähigkeit zur Kühlung eines schlanken Kerns
Kühlung großer Kerne
Bei großen Kerndurchmessern (40 mm und größer) muss ein positiver Transport des Kühlmittels gewährleistet sein. Dies kann mit Einsätzen erreicht werden, bei denen das Kühlmittel durch eine zentrale Bohrung an die Kernspitze gelangt und durch eine Spirale zum Kernumfang und zwischen Kern und Einsatz schraubenförmig zum Auslass geleitet wird, wie in Abbildung 7 dargestellt. Diese Konstruktion schwächt den Kern erheblich.
ABBILDUNG 7. Verwendung eines spiralförmigen Ablenkblechs zur Kühlung eines großen Kerns
Kühlung von Zylinderkernen
Die Kühlung von Zylinderkernen und anderen runden Teilen sollte mit einer Doppelspirale erfolgen, wie unten dargestellt. Das Kühlmittel fließt in einer Spirale zur Kernspitze und in einer anderen Spirale zurück. Aus konstruktiven Gründen sollte die Wandstärke des Kerns in diesem Fall mindestens 3 mm betragen.
ABBILDUNG 8. Doppelhelix mit zentralem Bubbler
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