Dynamická temperace tvarové dutiny formy Cyklická temperace forem integrat evolution integrat vario cs/wh/gt
integrat vario cs/wh/gt a integrat evol Cyklické a dynamické temperační systém Konvenční temperační systémy se používají téměř 50 let. Pracují v rámci cyklu stále se stejnou konstantní teplotou média, kdy mohou realizovat teplotní změny pouze v úzkých mezích kontinuální anebo diskontinuální regulací množství protékajícího média přenášející teplo. Dynamické temperace forem jsou teplotní procesy s cyklickým variabilním přívodem tepla, které jsou také známy přibližně 40 let pod pojmem cyklická temperace a variotermní temperace, jejichž použití ale zaznamenává dynamický rozvoj teprve v posledních letech. Příčinou jsou stoupající nároky spotřebitelů na kvalitu, používání plastů v nových aplikacích a rychlý vývoj stavu techniky na trhu dostupných řešení. Základ všech nabízených technologií spočívá na poznatku, že vysoké teploty stěny formy zlepšují plnění formy a otisk stěny formy. Aby se zabránilo viditelnosti studených spojů, rozdílům v lesku a jiným povrchovým vadám, temperuje se, na rozdíl od konvenčních způsobů, při dynamické temperaci stěna formy ohřevem před a během fáze plnění na vyšší úroveň teploty a po naplnění kavity se cyklicky přepíná na chlazení s nižší teplotou. Při volbě temperačního systému je třeba dbát na to, aby byl přesně naladěn a zdůvodněn na danou aplikaci jak jeho ekonomický prospěch, tak i technické nároky a energetická náročnost. Technologie Ekonomické přínosy Cílený efekt Vysoce leklý povrch u velkých dílů Vysoce leklý povrch u malých dílů Vysoce leklý povrch u vypěněných dílů Kašírování jednotlivých studených spojů Kašírování více studených spojů, zabránění tvorbě vpadlin Funkční povrchy Otisknutí mikrostruktur Optimalizace spojení u hybridních dílů Nastartování zesíťovaní reakce duroplastů Optimalizace spojení u více komponentního vstřikování Prodloužení délky toku Topné médium Rychlost ohřevu Maximální teplota Spotřeba energie Pořizovací náklady Provozní náklady Modifikace formy Aplikace Rám, obložení Kryt mobilního telefonu Clony, obložení Clony, obložení Clony, obložení Medicinská technika Plastová optika, displeje Spojení kov-plast Displeje s povrstvením proti poškrábání Spojení tvrdý/tvrdý a měkký/tvrdý Tenkostěnné výrobky, vstřikování kovů 2
ution y Temperační systémy na vzestupu Topení Chlazení Vnitřní Vnější Vnější Elektrické Tekutina Plyn Elektrické Tekutina Plyn Topná patrona Voda Horká pára Infračervené Voda Vzduch Indukční Olej CO 2 Indukční Olej Laser Laser Chladivo Keramické topení CO 2 Rozmanitost na trhu nabízených procesů k dynamické temperaci forem je nyní už tak velká, jako její oblast použití. Vnější způsoby vytápění Voda Olej Horká pára C0 2 Infračervené Indukční Laser HHH H HHHHH HHH HHH HHHHH HHHHH 200 C 300 C 200 C 250 C 200 C > 300 C > 300 C HHH HH HH HHH HHH HH HHHH HHH HHH HH HHH HHHH HH HH HHH HH HH HH HHH HH HHHH HHH HHH HHH HHH HHH HHHHH H Vnitřní způsoby vytápění Keramika Indukční Laser HHHHH HHHHH HHHHH > 300 C > 300 C > 300 C HHHH HHHH HHHH HHHH HHH HH HHHH HHHH HHHH HH HH HH HHHHH H HHHHH H HHH HHHHH H HHHHH H H HHHHH HHHHH H HHH HHHHH H HHHHH H HHH HHH H HHH H H HHHHH HHH H H HHHHH HHH HHH H HHH HHH H H HHHHH H HHH HHH HHH HHH HHH HHH H HHHHH HHH H H H HHH H HHH H H HHH HHHHH H HHH HHH H H H HHHHH H HHH HHHHH HHH H H HHH H HHH HHHHH H HHH H H H H HHHHH HHHHH HHH HHH HHH H HHHHH HHHHH HHHHH H H H HHHHH HHHHH HHHHH HHHHH HHHHH HHH HHHHH HHH HHH HHHHH HHHHH H HHHHH HHHHH HHH HHHHH HHHHH HHH Systémové chlazení a temperace 3 www.gwk.com
Řízení a regulace temperace forem Úvod a aplikace Vstřikování je cyklický proces, při kterém horká tavenina narazí na studenou stěnu formy. Přitom zamrzne tenká hraniční vrstva na stěnách kavity a vytvoří tepelnou izolaci, zatímco ve vnitřku výstřiku musí být zchlazena ještě dosud plastická tavenina až do doby, kdy je rozměrově stabilní a může být vyhozena z formy. Tento proces má dvojí efekt. Zaprvé se doba chlazení stává na základě špatného přenosu tepla s rostoucí tloušťkou výstřiku určující faktor pro celkovou dobu cyklu. Zadruhé se musí při vysokých požadavcích na deformaci, rozměrovou stálost a především na kvalitu povrchu pracovat s vyšší teplotou stěny formy, což vede k dalšímu prodlužování doby chlazení. Obzvlášť silně jsou postiženy výstřiky s vysoce lesklým povrchem a silnostěnné, optické čočky s vysokými požadavky na kvalitu, které s klasickými temepračními způsoby nejsou ve velkém množství hospodárně vyrobitelné. Tady pomohou procesy cyklické temperace forem a dynamické temperace tvarových dutin, při kterých se cyklicky vyhřívá a chladí. Aktivní vyhřívání stěny forem během plnicí fáze vede k lepšímu otisku povrchu a redukuje pnutí ve výstřiku. Následná fáze chlazení tak udržuje s tím spojené prodloužení cyklu v rozumných mezích. Konvenční temperace Vysoce dynamická temperace dutiny formy Stěna formy Doba t Zamrzlá hraniční vrstva t Z Doba cyklu t H Doba topení t K Doba chlazení Zeit t T WZG Teplota stěny formy T M T E Teplota taveniny Teplota odformování Formová vložka pro dynamickou temperaci studeného spoje 4
Viditelné studené spoje lze cíleně odstranit ve formě umístěným vysoko výkonným keramickým topením Konvenčně temperováno s viditelným studeným spojem Dynamicky temperováno bez viditelného studeného spoje Systémové chlazení a temperace 5 www.gwk.com
Aplikační oblasti v temperaci forem Všestranné možnosti použití Dynamická temperace tvarových dutin mezitím hraje významnou roli ve vývoji průkopnických aplikací v automobilovém průmyslu, v leteckém průmyslu, medicínské technice a dalších inovativních oborech. Dnes již dobře vyzkoušenou aplikací je výroba kvalitních povrchů při současném zabránění typických vad povrchu, jako jsou rozdíly v lesku a viditelné studené spoje. Také funkční povrchy s dobrým otiskem mikro- a nanostrukur se nechají hospodárně vyrábět. Odstranění viditelných studených spojů před lakováním dílů bylo doposud možné jen následným zařazením leštění za vstřikovací proces. Ve formě integrované vložky zabraňují vzniku těchto povrchových vad. Podle potřeby se buď vybaví jen některé oblasti formy speciálními topnými a chladicími vložkami s vysoko výkonným keramickým topením anebo úplně kapalinovou temperací. Vytvořením homogenního vysoko lesklého povrchu přímo ve vstřikovací formě není zapotřebí následné lakování. Vysoko výkonné vložky s integrovaným keramickým topením a chlazením kopírující tvarovou dutinu jsou všestranně použitelné. Umožňují výrobu ultra tenkostěnných výlisků s dosud nevyrobitelným poměrem dráhy toku k tloušťce stěny a rovněž hospodárnou výrobu silnostěnné přesné optiky. Cílené, individuální tepelné ovlivnění komponent se zcela odlišnými tokovými a ochlazovacími vlastnostmi umožňuje mimoto doposud nerealizovatelné kombinace materiálů. Otisk mikro- a nanostruktur antireflexní díl reflexní díl dynamicky temperován konvenčně temperován 6
Aplikační oblasti Aplikační oblasti Optimální kvalita povrchu Díly s velkým rozdílem tloušťky stěn Otisk nanostruktur (antireflexní) Povrstvení dílů proti poškrábání přímo ve formě Zmenšení dvojitého lomu Silnostěnné čočky Medicínské produkty Otisk mikro- a nanostruktur Produkty s funkčním, např. hydrofobním, hydrofilním, antibakteriálním a bio adhezivním povrchem Mikro optické díly Vypěněné díly Zlepšení kvality povrchu Cílené ovlivnění struktury buněk Technické díly Odstranění studených spojů Snížení deformace a pnutí Odstranění vpadlin a lunkrů Relaxace orientace Ovlivnění stupně krystalizace Vysoká rozměrová a tvarová stálost Vynikající kvalita povrchu a obrysová přesnost Snížení zmetkovitosti při nájezdu výroby Více komponentní zpracování s rozdílnými teplotami stěn formy Tenkostěnné výrobky Výroba dílů s vysokým poměrem délka toku/ tloušťka stěny Snížení tlakové ztráty při plnění a potřeby vstřikovacího tlaku Zmenšení uzavírací síly a velikosti stroje Vysoko lesklé povrchy bez studených spojů Nastříkání kovové folie zezadu Systémové chlazení a temperace 7 www.gwk.com
integrat evolution Dynamická temperace dutin formy s keram Zatímco vytápění kapalinou se používá v podstatě pro komplexní temperaci povrchů s kvalitativně velmi dobrými vlastnostmi, do formy integrované keramické vysoko výkonná topení jsou obzvláště vhodná pro lokálně ohraničené a definované oblasti ve formě. Jimi se dá spolehlivě, rychle a energeticky úsporně odstranit viditelnost studených spojů. Elektricky vodivé keramiky mají výhodu vysoké, bodově a časově přesné dávkované odměřené výkonové hustoty. Inovativní výrobní metody umožňují kombinaci tepelně vodivých a tepelně izolačních vrstev. Chlazení kopírující tvar dutiny zajišťuje po dobrém naplnění formy i rovnoměrné a rychlé zchlazení oblasti tvarové dutiny. Kombinace obou procesů v jeden systém umožňuje hospodárnou a energeticky účinnou temperaci formy s vysokou teplotní dynamikou. U integrat evolution se využívá více základních prvků. Technologie integrat 4D se použije pro umístění temperačních kanálů kopírující dutiny formy. Pro základní temperaci formy dodávají oběhovou vodu jednotlivé moduly integrat 40. Energeticky úspornou, individuální regulaci množství vody pro jednotlivé chladicí kanály ve fázi chlazení přebírá integrat direct. Integrat procesní regulace je zodpovědná za regulaci a komunikaci mezi topnými a chladicími prvky. Celý systém je prostorově úsporný a zabudován do stojanu o základně pouhých 60 x 60 cm. Zásobování proudem a vodou se provádí přes společné centrální přípojky. 8
Snížit dobu cyklu Zlepšit kvalitu výstřiků Minimalizovat zmetkovitost Snížit energetické náklady ickým vysoko výkonným topením Ideální aplikace jsou vysoko leklé povrchy v automobilovém průmyslu a u spotřebního zboží a také v telekomunikacích. Také silnostěnné díly pro optické aplikace mohou být touto technologií vyráběny podstatně hospodárněji než doposud. Dynamická temperace tvarových dutin Formové vložky s integrovanou vysokovýkonnou keramikou (CPH) a chlazením kopírující tvar dutin Systémové chlazení a temperace 9 www.gwk.com
integrat evolution Funkčnost a skladba Topení: Ve formě s vysokovýkonnou keramikou (CPH) U dynamické temperace tvarových dutin se teplo přenáší do vstřikovací formy z temperačního přístroje. Keramické vysokovýkonné topení, umístěné jen několik málo milimetrů za stěnou kavity, může tak požadovanou změnu teploty dosáhnout velmi rychle a s malou energetickou náročností. Chlazení: Temperačním přístrojem s tekutým médiem Ochlazení stěny formy se provádí temperačním přístrojem s přímým chlazením a nízkou teplotou na výtoku kapaliny. Chladí se při tom vodou blízko kavity a to současně slouží i jako izolace těla formy od topení. Tím je zaručena intenzivní a krátká funkce chlazení. Signálem ze stroje se spustí začátek chlazení. Po dokončení doby chlazení se otevře forma a začíná proces topení pro další cyklus. 10
Rozhraní ke vstřikovacímu stroji AS DS Dynamická temperace tvarových dutin forem nabízí nové technologické možnosti k vývoji nových postupů ve vstřikovacím procesu. Příklad: Výroba elektricky vodivých prvků plast/kov hybridním a jednostupňovým více komponentním vstřikovacím procesem. Zavírací strana Strana trysek Plast 1 Strana trysek Kovové slitiny Plast 2 Tepelně vysoko výkonné formové vložky a integrat 4D Pro vysokou dynamiku přenosu tepla jsou rozhodující formové vložky s vysokovýkonnou keramikou (CPH), integrované do formy, a chlazení blízko kavity. Nezávisle na základní temperaci formy regulují s velkou účinností cyklický průběh tepla v každé jednotlivé kavitě formy s rychlostí topení, resp. chlazení, až do 25 K/sec. Regulaci procesu přebírá centrální regulátor temperačního systému, který současně zaručuje také konstantní teplotu celé sestavy formy. Systémové chlazení a temperace 11 www.gwk.com
integrat vario cs/wh Cyklická temperace formy vodou do 160 C Postupy založené na kapalinách přenášející teplo používají dva temperační přístroje, anebo speciální dvouokruhový přístroj, přičemž jeden okruh je na horkou vodu a druhý na studenou. Tím se docílí dvoustupňového přenosu teploty, temperačními kanály nejdříve proudí horké médium a následně probíhá výměna se studeným médiem. Teplotní čidla, signály ze stroje a nastavitelná doba vyhřívání řídí skupinu ventilů, které provádějí přepínání mezi jednotlivými temperačními okruhy. V závislosti na teplotách potřebných pro daný proces se zvolí vhodný temperační systém, který s nízkou spotřebou energie má velkou rychlost topení a chlazení. Při tom pracují systémy série integrat vario cs s vodou do 160 C, zatímco integrat vario wh pracuje s teplotu až do 200 C. Modulární sestava umožňuje pro každé procesní požadavky sestavit požadovanou konfiguraci systému. 12
Snížit cyklus Zlepšit kvalitu Minimalizovat zmetkovitost Zvýšit produktivitu / 200 C Systémové chlazení a temperace 13 www.gwk.com
Povlaky odolné proti poškrábánígen integrat vario cs/wh Funkčnost a sestava Topení: Temperačním přístrojem s tekutým médiem Funkčnost vytápění stěny formy na vysokou úroveň teploty se provádí přetlakovými horkými přístroji s maximální teplotou vody na výtoku do 200 C. Horké oběžné médium se čerpá temperačními kanály umístěnými blízko kavity, dokud teplotní čidlo neohlásí dosažení požadované teploty stěny formy a pak startuje proces vstřikování. Chlazení: Temperačním přístrojem s tekutým médiem Zchlazení stěny formy se provede temperačním přístrojem vysoce účinným deskovým tepelným výměníkem s nízkou teplotou na vstupu. Tím je zaručena intenzivní a krátká chladicí funkce. Signálem ze stroje se spustí fáze chlazení. Po dokončení doby chlazení se forma otevře a začíná proces vytápění pro další cyklus. 14
Rozhraní ke vstřikovacímu stroji Zásobník energie v blízkosti formy a regulace Topení Forma Přepínání mezi fází topení a chlazení se provádí jednotkou přepínacích ventilů umístěných blízko formy. Nevýhoda konvenčních temperačních zařízení, která spočívá ve vysokých nárocích na energii střídavým vytápěním a chlazením média přenášejícího teplo, je odstraněna vysoce účinným zásobníkem energie a regulační jednotkou. Zásobník energie, spolu s řídícími jednotkami, skladuje měnící se množství tepla a dává ho zpátky do procesu při přepnutí úrovně teploty. Proces skladování se uskutečňuje pomocí mikroprocesorového regulátoru a automaticky se přizpůsobuje cyklu a velikosti formy. Temperační okruh 1 (topný okruh) Chlazení Temperační okruh 1 (topný okruh) Forma Temperační okruh 2 (chladicí okruh) Temperační okruh 2 (chladicí okruh) Systémové chlazení a temperace 15 www.gwk.com
integrat vario gt Dynamická temperace tvarových dutin form Použití keramických topení představuje již pro mnoho aplikací dobré řešení. Pro ty aplikace, pro které je nelze použít, a hlavně pro fázi chlazení, nabízí se použití plynných médií, protože zcela eliminují znečištění. Mají však nevýhodu v tom, že mají poměrně horší vlastnosti převodu tepla. To platí především pro vzduch, který se z toho důvodu používá jen ve výjimečných případech pro účely chlazení. CO 2 proti tomu nabízí zajímavý potenciál. vzduch, který se používá proto jen ve výjimečných případech. CO 2 představuje ale naproti tomu při správném využití jeho potenciálů nesmírně zajímavou alternativu ke konvenční temperaci vodou. Zcela nové perspektivy a možnosti otevírá jedinečná dynamická temperace s CO 2. Pro vytápění a chlazení složitých a tenkostěnných plastových dílů nabízí se tento výjimečný nový a životnímu prostředí šetrný proces. Použitím plynného média při vytápění a chlazení se úplně zabrání znečištění chladicích kanálů. V podstatě mají plynná média sice tu nevýhodu, že jejich vlastnosti přenosu tepla jsou poměrně nepříznivé. To platí alespoň pro 16
Snížit dobu cyklu Zlepšit kvalitu Minimalizovat zmetkovitost Zvýšit produktivitu y s CO 2 (bez vody) Systémové chlazení a temperace 17 www.gwk.com
integrat vario gt Funkčnost a sestava Chlazení s CO 2 je dostatečně vyzkoušeno a známo. Vysoká entalpie vypařování vstříknutého plynného média umožňuje ve spojení s při tom se vyskytující teplotou -76 C vysoce účinný přenos tepla. Při chlazení dlouhých a tenkých trnů a úzkých pásků se chlazení s CO 2 již úspěšně dlouhá léta používá. Naopak nová možnost je taká s plynným CO 2 vytápět. Plyn stlačený na odpovídající tlak a v blízkosti formy vyhřívaný, má naopak ve srovnání s vodou a vodní párou, při vysokých teplotách nekritický a navíc není náchylný ke korozi a k úsadám, tak dobré vlastnosti přenosu tepla, že je ideálně vhodný pro dynamickou temperaci forem. Bezkonkurenčně vysoký teplotní gradient mezi horkým a studeným médiem poskytuje nejkratší možné doby cyklu. Nelze také opomenout pozitivní aspekty ochrany životního prostředí. Používaný CO 2 je součástí vedlejších produktů chemického průmyslu, a byl by normálně vypouštěn přímo do ovzduší. Procesem vyvinutým firmami Linde, ISK a gwk se rafinuje a opět používá pro dynamickou temperaci úzkých a těžko přístupných oblastí forem a složitých geometrií. Dále tento druh temperace oproti všem jiným postupům, neklade žádné požadavky na chladicí zařízení, ani co se týče teplot, tlaků, cirkulujících objemů, a ani na kvalitu vody. Temperace bez vody je obzvláště dobře vhodná pro použití v čistých prostorách. 18
Dynamická temperace forem s CO 2 se hodí obzvláště dobře pro bezvodý provoz vstřikovacích forem ve vysoké teplotní oblasti. Topení Chlazení Plynný CO 2 se dávkuje v procesu vytápění kavitou do uzavřeného okruhu. Kompresor stlačuje plyn na cca 26 bar a čerpá CO 2 do formové vložky přes plynový ohřívač, umístěný blízko formy, ve kterém se ohřeje. Ochlazený CO 2 se vede potom přes trojcestný ventil do sběrné nádrže a následně se opět stlačuje. Po vstříknutí taveniny plastu do formy se přes vstřikovací stroj zahájí proces chlazení. CO 2 jako kapalný plyn se pulzně odebírá z tlakových lahví přes ventil chlazení do temperačních kanálů tvarové dutiny. Tam expanduje do plynné podoby a odebírá svojí fázovou přeměnou teplo z kavity. Systémové chlazení a temperace 19 www.gwk.com
Systémové chlazení a temperace Výrobní náklady Snížení nákladů Zvýšení produktivity Chlazení a temperace představují v mnoha průmyslových oborech velký potenciál ke zvýšení produktivity a tím snížení nákladů. Mnoho faktorů přispívá ke zvýšení produktivity: Zkrácení doby chlazení a tím úspora potřebných strojních hodin Zlepšení kvality výrobků Zvýšení dostupnosti výrobních zařízen Snížení provozních nákladů Snížení nákladů na údržbu gwk integrat 4D Optimální kvalita výrobků homogenním rozložením teplot pomocí temperačních vložek kopírujících tvar dutiny formy. gwk weco Stabilní výrobní podmínky navzdory kolísající teplotě okolí a vysoká flexibilita díky kompaktním, energeticky úsporným chladicím strojům s chladivem šetrným k životnímu prostředí. gwk teco cs Univerzální řešení pro jednoduché aplikace v rozsahu teplot do 160 C. S rozumnou opcí pro kompletní monitorování procesu. gwk hermeticool hybrid Inovativní koncept zařízení k podstatnému snížení provozních a údržbových nákladů ve srovnání s běžnými chladicími systémy. gwk system integrat Zvýšení produktivity cílenou, segmentovou, přímo řízenou, temperací formy. gwk tecma Vysoká spolehlivost procesu s řešením temperace konkrétních případů pro všechny aplikace s obzvláště vysokými požadavky na výkon až do 400 C. gwk teco cw Hospodárný odvod tepla ze spotřebičů pracujících za velmi nízkých teplot patentovanou temperací studenou vodou. gwk kontejner Nejvyšší flexibilita a nejnižší náklady při plánování, instalaci a přemístění centrálního chladicího zařízení. gwk moldclean Zvýšení produktivity efektivním, automaticky řízeným čištěním ploch k výměně tepla v chladicích a temperačních okruzích. gwk servis Snížení nákladů na údržbu úsporou vlastních firemních zdrojů profesionálním provedením všech instalačních a údržbových prací, včetně péče o chladicí vodu. integrat vario cs/wh/gt_integrat evolution_cz_09/2016 Technické změny vyhrazeny. gwk Gesellschaft Wärme Kältetechnik mbh Scherl 10 D-58540 Meinerzhagen Tel. +49 2354 7060-0 Fax +49 2354 7060-156 info@gwk.com www.gwk.com