Investigation of an Induction Heating System for the Production of Injection Molded Discs Used for Valve Sealing Element Manufacturing

Publikationen: Thesis / Studienabschlussarbeiten und HabilitationsschriftenMasterarbeit

Abstract

Im Rahmen dieser Arbeit wurde das Thermomanagement eines Spritzgieß-werkzeuges mit einer isothermen Öl Temperierung, beziehungsweise einer variothermen, induktiven Beheizung, in experimentellen Versuchen und mittels Simulationsprogrammen (Ansys Maxwell und Mechanical, Sigmasoft und Autodesk Moldflow) evaluiert. Dabei wurden die zeitliche und räumliche Temperaturentwicklung im Werkzeug, die Einspritz- und Werkzeug¬innen-druckverläufe in der Kavität, sowie die Schwindungs- und Verzugsmaße an kreisrunden Platten aus PEEK GF 30% untersucht. Die experimentell ermittelten Werkzeugtemperaturen bei offenem Werkzeug mit Öl Temperierung erwiesen sich als niedriger als vom Materialanbieter empfohlen. In der Simulation (Ansys und Sigmasoft) wurde die Heizrate sowie die maximalen Oberflächentemperaturen überschätzt, während die Temperaturgradienten unterschätzt wurden. Die experimentell ermittelten maximalen Einspritzdrücke von 92 MPa werden mit Moldflow und Sigmasoft gut vorhergesagt. Der genaue Druckverlauf des Decoupled III® Prozesses konnte mit keiner Software exakt nachgebildet werden. Die Forminnendruckkurve wird mit Sigmasoft bis zum maximalen Druckwert gut abgebildet, während in Moldflow geringere Werte berechnet werden. Die Schwindungswerte stimmen in beiden Programmen gut mit den ermittelten Werten überein; die maximalen Verzugswerte werden in Moldflow unterschätzt und in Sigmasoft überschätzt. Aus den Versuchen wurden akzeptable Temperaturgradienten (basierend auf der ermittelten Temperaturverteilung) und Verzugswerte bestimmt. Die Temperaturentwicklung und -verteilung bei induktiver Beheizung konnte mit Ansys sehr gut nachgebildet werden. Bei den spiralförmigen Induktoren ergab sich eine überwiegend inhomogene Temperaturverteilung mit inakzeptablen Temperaturgradienten, die durch Vergrößerung des Induktordurchmessers, veränderter Anordnung der Leiter und den Einsatz von magnetischen Verstärkern in der Simulation verbessert werden konnte. Die homogenste Temperaturverteilung wurde mit einem mäanderförmigen Induktor erzielt. In den Simulationen mit Moldflow konnte die Temperaturverteilung bei unterschiedlichen Induktorgeometrien ebenfalls gut nachgebildet werden. Die höchsten Verzugswerte ergaben sich mit einem spiralförmigen Induktor. Mit der mäanderförmigen Spule konnten annähernd gleiche maximale Verzugswerte berechnet werden wie bei Öl-Temperierung. Zusammenfassend wird durch diese Arbeit unter anderem eine Untersuchung der Einstellungen der derzeitigen Öl Temperierung empfohlen. Ein hinreichend kalibriertes Simulationsmodel für zukünftige Nutzen wurde entwickelt. Weiters wurde eine Induktor Geometrie ausgearbeitet die eine homogene Temperaturverteilung vorhersagt und damit eine variotherme induktive Beheizung für das Spritzgießen von kreisrunden Platten ermöglicht und eine künftige Optimierung des Prototypen in die Wege leitet.

Details

Titel in ÜbersetzungEinsatzmöglichkeit einer induktive Beheizung zur Produktion von spritzgegossenen Platten für Ventil Dichtelemente
OriginalspracheEnglisch
QualifikationDipl.-Ing.
Betreuer/-in / Berater/-in
Datum der Bewilligung30 Jun 2017
StatusVeröffentlicht - 2017