Christoph Handorfer,
"CO2 Innenkühlung von spritzgegossenen GIT Bauteilen"
, 2-2016
Original Titel:
CO2 Innenkühlung von spritzgegossenen GIT Bauteilen
Sprache des Titels:
Deutsch
Original Kurzfassung:
Die vorliegende Masterarbeit behandelt die Entwicklungsphase eines neuen Prozesses zur
Verbesserung der Kühlwirkung eines Gasinjektions-Nebenkavitätenverfahrens.
Trotz des höheren werkzeugtechnischen Aufwandes wird die Wasserinjektionstechnik
(WIT) bei Produkten mit einem hohen Wärmeabfuhrbedarf der traditionellen Gasinjektiontechnik
(GIT) vorgezogen. Um die GIT in Hinsicht auf die Kühlwirkung voranzutreiben,
wird in der vorliegenden Masterarbeit eine Möglichkeit zur effizienteren Nutzung des
Kühlpotenzials eines Gases untersucht. Da durch die Expansion eines Gases bereits ein
physikalisch wertvoller Kühleffekt (Joule-Thomson Effekt) erzielt werden kann, wird dieses
Phänomen im Zuge dieser Masterarbeit genau behandelt. Das Kühlpotenzial sowie das Hervorrufen
dieses Effektes ist dabei stark von der verwendeten Gasart und den bestehenden
Umgebungsbedingungen abhängig. Für die in einem Spritzgießprozess herrschenden Bedingungen
ergibt sich Kohlendioxid (CO2) als geeignetstes Gas. Da CO2 jedoch mit vielen
Kunststoffen in Lösung geht und es dadurch bei der Gasentlastung zur Aufschäumung des
Kunststoffkanals kommen kann, wird eine kombinierte Nutzung des konventionell bei GIT
verwendeten Stickstoffs (N2) und CO2 angestrebt. Da N2 ein geringeres Potenzial zum Aufschäumen
des Kunststoffs aufweist, wird dieses Gas zur Verdrängung der Schmelze in die
Nebenkavität und CO2 zum Kühlen während des Spülvorganges verwendet.
Anhand einer Simulation mit dem frei verfügbaren CFD (Computational Fluid Dynamics)
Programm OpenFOAM® soll eine Einschätzung über die notwendigen Prozessparameter
zur effizienten Nutzung des Joule-Thomson Effekts angestellt werden. Mithilfe der in
OpenFOAM® bereitgestellten Lösungsverfahren und Applikationen wird ein Simulationsmodell
erzeugt, durch welches eine Einschätzung der essentiellen Prozessparameter möglich
ist.
Sprache der Kurzfassung:
Deutsch
Englische Kurzfassung:
This master thesis deals with the stages of development of a new process in order to improve
the cooling efficiency of a gas injection process (GIT) with an overflow cavity.
Despite the extra technical effort in tool usage the water injection technology (WIT) is
favored over the traditional gas injection technology considering products with high heat
removal. Therefore the primary purpose of this study is to analyze ways for a more efficient
usage of the cooling potential of gases and to ultimately improve the cooling efficiency of
the GIT. Following the Joule-Thomson effect, which says that the expansion of a gas leads
to a physically valuable cooling effect, this phenomena is well discussed in this thesis. The
cooling potential as well as the evocation of the effect heavily depends on the deployed gas
and the ambient conditions. Regarding the surrounding conditions of a polymer injection
process, carbon dioxide (CO2) proves to be an appropriate gas. Carbon dioxide is, however,
much more soluble with several polymers than the generally used gas nitrogen (N2) and
could lead to an expansion of the gas channel. This is why a combined usage of nitrogen
and carbon dioxide is pursued. And as N2 has a very small potential of foaming up the gas
channel, it is used to push the polymer melt in the overflow cavity, while CO2 is used for
cooling during the flushing process.
Based on a simulation with the open source CFD (Computational Fluid Dynamics)
software OpenFOAM®, the essential process parameters for an efficient use of the Joule-
Thomson effect is estimated. With the aid of the solvers and applications of OpenFOAM®, a
simulation model is further created, which gives an insight into the most important process
parameters.
Forschungs-