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Generativ gefertigtes Werkzeug mit strukturintegrierten Heatpipes

 
: Ohsenbrügge, Christoph; Schneider, Dorothea

:
Fulltext urn:nbn:de:0011-n-3161174 (315 KByte PDF)
MD5 Fingerprint: f907a1b91d4db0b2f0de7dd1838ba876
Created on: 3.12.2014


2014
German
Study, Electronic Publication
Fraunhofer IWU ()

Abstract
In der Fertigung von Bauteilen ist vielfach eine Temperierung von Werkzeugen und Formen notwendig oder vorteilhaft. Auch zum gezielten Abkühlen eines eingebrachten Werkstoffes bei Urformverfahren wie dem Spritzgießen kommen temperierte Werkzeuge und Formen zum Einsatz.

Es sind bereits Werkzeuge bekannt, bei denen der Wärmetransport über eingefügte Heatpipes erfolgt. Dazu wurden Bohrungen in das Werkzeuge eingebracht und in diesen Bohrungen Heatpipes angeordnet. Diese Lösungsvariante beschränkt sich jedoch auf gerade, zylindrische Heatpipes. Ausserdem entsteht durch die Anbindung der Heatpipes an den Werkzeugkörper durch die nachträgliche Zusammenfügung ein thermischer Kontaktwiderstand, der die Leistungsfähigkeit einschränkt.

Lösung: ein Werkzeug oder ein Werkzeugeinsatz werden durch selektives Laserstrahlschmelzen oder andere Fertigungsverfahren hergestellt. Dabei werden Hohlstrukturen vorgesehen, die im Anschluss mit einem geeigneten Arbeitsfluid befüllt und bei geeignetem Innendruck verschlossen werden.
Die Hohlstrukturen werden dabei so angeordnet, dass ein Bereich der Hohlstruktur nah an der Wärmquelle liegt. Dies ermöglicht einen guten Wärmetransport von der Wärmequelle in die wärmeübertragende Hohlstruktur. Das Gleiche gilt für die Kondensationsbereiche. Die Rückführung des kondensierten Arbeitsfluids kann bei entsprechender Ausrichtung der Hohlstrukturen aufgrund der Schwerkraft erfolgen. Gleichzeitig kann durch die hohe geometrische Gestaltungsfreiheit die mechanische Stabilität der Struktur sichergestellt werden.

Das Prinzip von strukturintegrierten Heatpipes in generativ gefertigten Strukturen lässt sich auf weitere Bereiche übertragen. Insbesondere ist eine Anwendung des Prinzips auf jegliche Matrizen, Formen und Werkzeuge übertragbar, bei denen eine thermische Regulierung erforderlich ist. Weitere
Beispiele sind Kunststoffspritzguss, Aluminiumdruckguss oder Schäumverfahren. Ebenso sind Strukturbauteile oder Umhausungen herstellbar, die Heatpipes zur Temperierung integriert haben.

: http://publica.fraunhofer.de/documents/N-316117.html