Was ist ein Kühlsystem beim Druckguss?

Das Kühlsystem beim Druckguss ist der Temperaturkontrollmechanismus, der dem geschmolzenen Metall beim Erstarren in der Form Wärme entzieht. Dieses System verhindert eine Überhitzung der Form, gewährleistet die ordnungsgemäße Erstarrung des Teils und hält die Produktionszykluszeiten ein.

Ohne wirksame Kühlung würden die Formen überhitzen, Teile würden Defekte aufweisen und die Produktion würde sich drastisch verlangsamen. Das Kühlsystem zirkuliert Kühlmittel durch Kanäle in den Formenblöcken, um Wärme abzuleiten und während des gesamten Gussprozesses optimale Temperaturen aufrechtzuerhalten.

Komponenten des Kühlsystems

Ein Druckguss-Kühlsystem basiert auf vier Hauptkomponenten, die zusammenarbeiten, um die Temperatur zu regeln:

• Kühlkanäle: Direkt in die Matrizenblöcke eingearbeitete Wasserkanäle, die Kühlmittel zu den Hotspots transportieren.
• Pumps: Umwälzgeräte, die Kühlmittel mit kontrollierter Durchflussrate durch das System bewegen.
• Röhren: Durchflussregelgeräte, die die Kühlmittelverteilung auf verschiedene Matrizenzonen regeln.
• Kühler und Wärmetauscher: Temperaturkontrolleinheiten, die dem zurücklaufenden Kühlmittel vor der Rückführung Wärme entziehen.

Arten von Kühlmethoden

Moderne Druckgussverfahren nutzen verschiedene Kühlmethoden, um die Wärme effektiv zu regulieren. Jede Methode dient spezifischen Zwecken, basierend auf der Teilegeometrie und den Produktionsanforderungen.

Kühlkreisläufe

Das Schaltungsdesign bestimmt, wie das Kühlmittel durch die Matrize fließt:

• Serienschaltungen: Reihenschaltungen verbinden Kühlkanäle in Reihe. Das Kühlmittel tritt an einem Punkt ein und durchströmt jeden Kanal, bevor es wieder austritt. Diese Konstruktion sorgt für eine gleichmäßige Fließgeschwindigkeit, führt aber zu einem Temperaturanstieg entlang des Kreislaufs. Reihenschaltungen eignen sich am besten für Chips mit konstanter thermischer Belastung.
• Parallelschaltungen: Parallelschaltungen verteilen den Kühlmittelfluss gleichzeitig auf mehrere Kanäle. Jeder Kanal erhält Kühlmittel mit der gleichen Eingangstemperatur, was eine gleichmäßigere Kühlung im gesamten Chip gewährleistet. Ohne entsprechendes Gleichgewicht kann die Flussverteilung jedoch ungleichmäßig sein. Parallelschaltungen eignen sich besonders für Chips mit unterschiedlichen thermischen Anforderungen in verschiedenen Zonen.

Gezielte Kühlkomponenten

Spezialkomponenten bewältigen die Kühlprobleme in komplexen Chipbereichen:

• Schikanen: Leitbleche leiten den Kühlmittelfluss in Kanälen mit großem Durchmesser um. Diese klingenartigen Einsätze erzeugen turbulente Strömungsmuster, die Wärmeübertragung. Leitbleche verhindern laminare Strömungsbedingungen, die die Kühlleistung verringern.
• Bubbler: Bubbler liefern Kühlmittel direkt an tiefe Kerne oder Stifte. Ein zentrales Rohr leitet Kühlmittel an die Bauteilspitze, wo es an der Außenfläche herunterfließt und durch eine Außenhülse zurückfließt.
• Thermostifte: Thermal Pins verwenden hochleitfähige Materialien, um Wärme von isolierten Hotspots abzuleiten. Diese massiven Metalleinsätze leiten Wärme von Problembereichen zu nahegelegenen Kühlkanälen.

Konforme Kühlung

Fortschrittliche Kühlkanäle, die den Konturen der Teile folgen, anstatt geraden Bohrpfaden. Die 3D-Drucktechnologie ermöglicht diese komplexen Kanalgeometrien.

Diese gekrümmten Kanäle gewährleisten einen konstanten Abstand zu den Hohlraumoberflächen. Das Ergebnis ist eine gleichmäßigere Kühlung und kürzere Zykluszeiten.

Jet-Kühlung

Hochgeschwindigkeits-Kühlmittelstrahlen werden auf bestimmte Matrizenoberflächen gerichtet. Düsen sorgen für eine intensive, lokalisierte Kühlung hartnäckiger Hotspots.

Diese Methode eignet sich gut für äußere Matrizenoberflächen und Schieberkomponenten. Die auftreffenden Strahlen erzeugen durch erzwungene Konvektion hohe Wärmeübergangskoeffizienten.

Wärmerohre

Versiegelte Rohre mit Phasenwechselflüssigkeiten, die Wärme durch Verdampfung und Kondensation übertragen. Für den Betrieb ist keine externe Stromversorgung erforderlich.

Heatpipes transportieren große Wärmemengen über weite Strecken. Sie eignen sich ideal zur Kühlung entfernter Chipbereiche, bei denen herkömmliche Kanäle nicht praktikabel sind.