Auslegung und Konstruktion von Spritzgusswerkzeugen mit induktiver Temperierung:
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Stuttgart
IKFF
2011
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INHALTSVERZEICHNIS
I
1 EINLEITUNG 1
1.1 MOTIVATION 1
1.2 ZIEL DER ARBEIT 2
1.3 UMSETZUNG 2
2 GRUNDLAGEN 4
2.1 WERKZEUGTEMPERIERUNG IM KUNSTSTOFFSPRITZGUSS 4
2.1.1 ISOTHERME PROZESSFUEHRUNG 4
2.1.2 VARIOTHERME PROZESSFUEHRUNG 5
2.1.2.1 FLUIDVARIOTHERM 7
2.1.2.2 WIDERSTANDSELEKTRISCHE HEIZUNG 8
2.1.2.3 TEMPERIERUNG MITTELS LASER 8
2.1.2.4 INDUKTIVE HEIZUNG 9
2.1.2.5 UEBERSICHT 9
2.2 RHEOLOGIE 10
2.3 MAGNETISCHE WERKSTOFFEIGENSCHAFTEN 12
2.3.1 KLASSIFIZIERUNG MAGNETISCHER WERKSTOFFE 12
2.3.2 FERROMAGNETISCHE WERKSTOFFE 13
2.3.2.1 WEISSSCHE BEREICHE 13
2.3.2.2 B-H-NEUKURVE BEI FERROMAGNETISCHEN WERKSTOFFEN 14
2.3.2.3 CURIETEMPERATUR 16
2.4 INDUKTIVE ERWAERMUNG 17
2.4.1 PRINZIP DER INDUKTION 17
2.4.2 SKINEFFEKT 17
2.4.3 ERREGERFREQUENZ 18
2.4.4 EISENVERLUSTE BEI FERROMAGNETISCHEN WERKSTOFFEN 19
2.4.4.1 ELEKTROTECHNISCHES BESCHREIBUNGSMODELL 20
2.4.4.2 KRISTAILOGRAFISCHES BESCHREIBUNGSMODELL 21
2.4.4.3 STEINMETZMODELL 22
2.5 HOCHFREQUENZGENERATOR 22
3 KONSTRUKTION 2 4
3.1 SYSTEMATIK DER SPRITZGUSSWERKZEUGE MIT INDUKTIVER TEMPERIERUNG 24
3.1.1 UNTERTEILUNG NACH DER LAGE DES INDUKTORS RELATIV ZUM WERKZEUG 25
3.1.2 UNTERTEILUNG NACH DER ANZAHL DER TEMPERIERTEN WERKZEUGHAELFTEN 31
3.1.3 UNTERTEILUNG NACH DER WERKZEUGBAUFORM 32
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IMAGE 2
INHALTSVERZEICHNIS V I
3.1.4 SONDERBAUFORMEN 36
3.2 WERKZEUGMATERIALIEN 38
3.2.1 WERKSTOFFAUSWAHL FUER INDUKTIV BEHEIZTE WERKZEUGE 38
3.2.2 EINFLUSS INNERER SPANNUNGEN IM GEFUEGE 4 1
3.3 BESTIMMUNG DER OPTIMALEN INDUKTORGEOMETRIE 43
3.3.1 GEOMETRIEAUSWAHL BEIM EXTERNEN INDUKTOR 43
3.3.1.1 MAEANDERFOERMIGER INDUKTOR 43
3.3.1.2 DOPPELMAEANDER 44
3.3.1.3 SPULENFOERMIGER INDUKTOR 45
3.3.1.4 EBENE SPIRALE 46
3.3.2 GEOMETRIEAUSWAHL BEIM INTEGRIERTEN INDUKTOR 48
3.4 KONTURNAHE KUEHLUNG 49
3.4.1 KUEHLUNG HINTER DER INDUKTOREBENE 49
3.4.2 KUEHLUNG VOR DER INDUKTOREBENE 50
3.4.3 KUEHLUNG IN DER INDUKTOREBENE 51
3.4.4 KUEHLUNG UEBER DEN INDUKTOR 52
3.4.5 WAERMEHAUSHALT 53
3.5 WEITERE KONSTRUKTIVE ASPEKTE 55
3.5.1 TEMPERATURLEITUNG 55
3.5.2 WAERMETRANSPORT 58
3.5.3 THERMISCHE DEHNUNG 59
3.5.4 ANGUSSSYSTEME 59
3.5.5 SENSORIK IM WERKZEUG 61
3.6 PERIPHERE GERAETETECHNIK 62
3.6.1 TEMPERIERGERAETE 62
3.6.1.1 KONTURNAHE AUSBLASKUEHLUNG 62
3.6.1.2 AUSBLASTEMPERIERGERAET IKFF 63
3.6.1.3 VENTILBLOCK 64
3.6.2 HANDLINGSYSTEM 66
3.6.2.1 EINSEITIGES HANDLINGSYSTEM 66
3.6.2.2 BEIDSEITIGES HANDLINGSYSTEM 68
3.7 SICHERHEITSANFORDERUNGEN 69
3.7.1 SCHUTZ GEGEN DIREKTES BERUEHREN 69
3.7.2 SCHUTZ IM FEHLERFALL 70
3.7.3 ABSPERRUNG VON ELEKTRISCHEN VERSUCHS- UND PRUEFFELDERN 71
3.7.4 SCHUTZ VOR ELEKTROMAGNETISCHEN FELDERN 72
3.7.5 ZUSAMMENFASSUNG 73
4 AUSLEGUNG UND SIMULATION 75
4.1 DATENBASIS 75
4.1.1- NICHTLINEARITAET DER MATERIALPARAMETER 75
4.1.2 THERMISCHE RANDBEDINGUNGEN 78
4.1.3 EINGANGSGROESSEN 81
IMAGE 3
INHALTSVERZEICHNIS V I I
4.2 ELEKTROMAGNETISCH-THERMISCHE SIMULATION 83
4.2.1 EINFACH GEKOPPELTE SIMULATION 84
4.2.1.1 3D-MODELLERSTELLUNG 84
4.2.1.2 3D-SIMULATION 85
4.2.2 ZWEI-WEGE KOPPLUNG 87
4.2.2.1 2D-MODELLERSTELLUNG 87
4.2.2.2 2D-SIMULATION 89
4.3 INDUKTORAUSLEGUNG 89
4.4 GENERATORAUSLEGUNG/BESTIMMUNG DER INDUKTIVITAET 92
4.4.1 SIMULATIVE BESTIMMUNG DER INDUKTIVITAET 92
4.4.2 MESSTECHNISCHE BESTIMMUNG DER INDUKTIVITAET 93
4.4.3 VERZICHT AUF AUSLEGUNG 95
4.5 VALIDIERUNG DER SIMULATIONSERGEBNISSE 96
4.6 MECHANISCHE AUSLEGUNG INDUKTIV BEHEIZTER SPRITZGUSSWERKZEUGE 98
4.6.1 BERECHNUNG DER PLATTENDURCHBIEGUNG 98
4.6.2 FEM GESTUETZTE MECHANISCHE AUSLEGUNG INTEGRIERT INDUKTIV BEHEIZTER
SPRITZ
GUSSWERKZEUGE 101
4.7 ABSCHIRMUNG 103
4.7.1 ABSCHIRMUNG VON HOCHFREQUENZFELDERN 103
4.7.2 DIMENSIONIERUNG EINES ALUMINIUMSCHIRMS 104
5 VALIDIERUNG DURCH VERSUCHE 105
5.1 PROZESSSTEUERUNG 105
5.2 TEMPERIERVERSUCHE MIT INTEGRIERT INDUKTIV BEHEIZTEM WERKZEUG 109
5.2.1 THERMISCHE KONTAKTIERUNG DER KAVITAETSEINSAETZE 109
5.2.2 EINSEITIGE INDUKTIVE TEMPERIERUNG 111
5.2.3 BEIDSEITIGE INDUKTIVE TEMPERIERUNG 113
5.2.4 VERSUCHSREIHEN MIT ASYMMETRISCH INTEGRIERT INDUKTIV BEHEIZTEM
WERKZEUG . . 115
5.3 ERPROBUNG DER KONTURNAHEN KUEHLUNG MITTELS INDUKTOR 117
5.4 VERSUCHSREIHEN MIT EXTERN INDUKTIV BEHEIZTEM WERKZEUG 120
5.5 VERSUCHSREIHEN MIT INTEGRIERT INDUKTIV BEHEIZTEM WERKZEUG 123
6 ZUSAMMENFASSUNG UND AUSBLICK 126
7 LITERATURVERZEICHNIS 130
ANHANG 142
A I HARD- UND SOFTWARE 142
A2 FEHLERFUNKTION 147
A3 MATERIALDATEN 149
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