Formprodukte – ob gespritzt, geblasen oder vakuumgeformt – müssen durch Kaltwasser in der Kavität der Werkzeugform gekühlt werden. Allerdings verursacht ein Absenken der Kaltwassertemperatur unter den Taupunkt der Umgebungsluft eine […]
Durch die Werkzeugkühlung gebildetes Kondenswasser kann zur Korrosion der Form und schlechter Qualität des Endproduktes führen. (Fotos: FarragTech)
Formprodukte – ob gespritzt, geblasen oder vakuumgeformt – müssen durch Kaltwasser in der Kavität der Werkzeugform gekühlt werden. Allerdings verursacht ein Absenken der Kaltwassertemperatur unter den Taupunkt der Umgebungsluft eine Kondensation auf der Formoberfläche und bringt zusätzliche Anforderungen an den Prozess mit sich. So kann die Feuchtigkeit zu Fehlern am geformten Produkt führen und die Form selbst nachhaltig beschädigen beziehungsweise ihre Lebensdauer drastisch verringern. Andererseits verlängert eine Erhöhung der Kaltwassertemperatur die Kühlzeit, verlangsamt den Fertigungsprozess und senkt die Produktivität. Zudem erhöht sich in vielen Fällen die Kristallisationsrate im geformten Kunststoff, so dass wiederum die Produktqualität leidet. Eine Klimatisierung der Produktionshallen kann zwar helfen, löst aber das Problem nicht. Deshalb hat die FarragTech GmbH, Wolfurt (Österreich), die Mould Area Protection (MAP)-Systeme entwickelt, um Werkzeugformen zu entfeuchten und das ganze Jahr über eine schwitzwasserfreie Produktion zu gewährleisten – selbst unter tropischen Bedingungen.
Einfache Lufttrockner in den MAP-Systemen verhindern die Schwitzwasserbildung auf der Werkzeugform und bauen die von den Produktionsmaschinen abgegebene Wärme effizient ab. (Foto: FarragTech)
Der Formprozess und die Kühlphase, die für gewöhnlich den größten Teil der gesamten Zykluszeit ausmacht, sind teure und wichtige Abschnitte der Herstellung. Das Kaltwasser, das dafür verwendet wird, sollte nicht kühler als 6 °C sein, da bei tieferen Temperaturen Frostschutzmittel zugegeben werden muss, um ein Gefrieren des Verdampfers im Kaltwasser-Kühler zu verhindern, was jedoch die Wärmeableitung deutlich verschlechtern würde. Bis zu diesem neuralgischen Punkt bringt allerdings eine Absenkung der Kaltwassertemperatur um 1 K eine Produktionssteigerung von einem Prozent und ist somit sinnvoll. Ein unerwünschter Nebeneffekt der Kühlung mit Wasser, dessen Temperatur unter dem Taupunkt der Umgebungsluft liegt, ist aber die Bildung von Kondenswasser in der Form. Ein einfaches Klimatisieren der Produktionshalle allein ist oft nicht ausreichend, um das zu verhindern – zumal der Gewinn durch die hohen Betriebskosten geschmälert wird.
Um die Formoberfläche frei von Kondenswasser zu halten, gibt es Entfeuchtungssysteme, die Trockenluft mit einem Adsorptionstrockner erzeugen. Mit diesem lässt sich ein sehr niedriger Taupunkt erzielen, was jedoch nicht nötig und zudem mit hohem Aufwand verbunden ist, da das Molekularsieb regelmäßig gewechselt werden muss. Auch fallen durch den komplizierten Aufbau höhere Kosten im Fall eines Defekts an und für die Regeneration des Molekularsiebs ist ein zusätzlicher Energieaufwand nötig. Deshalb setzt FarragTech für seine MAP-Systeme einfache (Umgebungs-) Lufttrockner ein, die – kombiniert mit einer Klimatisierung der Produktionshalle – in der Lage sind, die von den Produktionsmaschinen abgegebene Wärme effizient und mit deutlich geringerem Energieaufwand abzubauen.
Abkühlung der Umgebungsluft in zwei Schritten
Über einen Filter wird Umgebungsluft angesaugt und in zwei Schritten gekühlt. Die Feuchtigkeit, die in Folge der Kondensation ausgeschieden wird, wird in einer Wanne gesammelt und über eine Pumpe aus dem Gerät gefördert. Die Wärme aus dem Verdampfer wird in den Kondensator geleitet, wo sie die vorgekühlte Umgebungsluft wieder auf 25 °C erwärmt. Diese wird anschließend über ein Rohrleitungssystem in eine abgeschottete Kabine eingeblasen, die die Form der Produktionsmaschine umgibt. (Abb.: FarragTech)
Dazu wird der Formenbereich der Maschine von der Umgebungsluft abgeschottet und vom MAP mit gefilterter, trockener Luft versorgt. Dies ermöglicht eine ständige Verwendung von Kaltwasser bis zu einer Temperatur von 6 °C, ohne dass es zu einer Kondensation auf der Formoberfläche kommt. Über einen Filter wird Umgebungsluft angesaugt und in zwei Schritten gekühlt: zunächst über einen wassergekühlten Wärmetauscher, danach im Wärmetauscher des integrierten Kältekreislaufs, wo die Luft mit R407C als Kältemittel auf eine Temperatur von ca. 3 °C abgesenkt wird. Das Kaltwasser, welches auch der Formenkühlung dient, wird dabei zur Vorkühlung der angesaugten Umgebungsluft verwendet. Die Feuchtigkeit, die in Folge der Kondensation ausgeschieden wird, wird in einer Wanne gesammelt und über eine Pumpe aus dem Gerät gefördert.
Die Wärme aus dem Verdampfer wird mit hoher Temperatur über den Kompressor in den Kondensator geleitet. Wenn die vorgekühlte Umgebungsluft den Kondensator passiert, erwärmt sie sich wieder auf 25 °C und wird anschließend über ein Rohrleitungssystem in eine abgeschottete Kabine eingeblasen, die die Form der Produktionsmaschine umgibt. Hier verteilt sich die trockene, gefilterte Luft und entweicht schließlich durch Lücken und Öffnungen, die für das Entfernen des Produkts aus dem Maschinenbereich vorgesehen sind. Je nachdem wie dabei vorgegangen wird, können größere Abschottungen oder Löcher in der Abschottung notwendig werden. Dies muss bei der Auslegung berücksichtigt werden.
Amortisationszeit in der Regel unter einem Jahr
Für verschiedene Maschinengrößen und Mengen gibt es vier unterschiedlich große Trockner, über die sich alleinstehende oder mehrere in ein Zentralsystem eingebundene Produktionsmaschinen versorgen lassen. (Foto: FarragTech)
Abhängig davon, wie groß die Abschottung der Formkabinen ist und wie viele Maschinen mit einem MAP-Gerät bedient werden sollen, muss auch das MAP entsprechend dimensioniert sein. Deshalb gibt es je nach Maschinengröße und Menge vier unterschiedlich große Trockner, über die sich alleinstehende oder mehrere in ein Zentralsystem eingebundene Produktionsmaschinen versorgen lassen. Um den Formwechsel, eine Inspektion, Einstellungsänderungen oder eine Reparatur an der Maschine nicht zu behindern, ist die Abschottung so anzupassen, dass sie einen leichten Zugang gewährt. Ein Druckschalter überwacht den Druckabfall nach der Filtermatte und alarmiert den Bediener, sollte der Filter gesättigt und eine Reinigung erforderlich sein. Diese nimmt etwa 15 min in Anspruch, da sich die waschbare Filtermatte mit nur zwei Handgriffen aus dem Gerät entfernen lässt.
Unter Umständen ist eine Kombination mit dem Internal Air Cooling System (IACS) von FarragTech sinnvoll, da nur eine Kühlung über die Form durch möglichst kaltes Wasser und zugleich eine gute Innenkühlung beim Blasformprozess optimal effiziente Ergebnisse liefern können. Insbesondere beim Spritzgießen, aber auch bei anderen Prozessen ist ohnehin nur eine Kühlung durch die Form möglich, weshalb diese so effizient wie möglich erfolgen sollte, um kein Potential zu verschenken. Die Amortisationszeit ist je nach Kosten der herzustellenden Produkte und Ausschuss durch Feuchtigkeit unterschiedlich. In manchen Regionen mit hoher Luftfeuchtigkeit, wie den Tropen, ist eine Produktion ohne MAP überhaupt nicht möglich. In anderen Ländern kann im Winter gut produziert werden, doch im Sommer gibt es Probleme, so dass die Temperatur des Kaltwassers erhöht werden muss, um eine störungsfreie Produktion zu gewährleisten. Das verlangsamt den Prozess und kostet entsprechend Geld. In der Regel kann jedoch von einer Amortisationszeit von unter einem Jahr ausgegangen werden.
