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Diesmal mit Gast: Juri Müller, Inhaber des Ingenieurbüros Juri Müller, spricht über konturnahe Temperierung und 3D-gedruckte Einsätze im Spritzguss-Werkzeugbau. Es geht um Wärmetransport, automatisierte FEM-Simulation und warum gedruckte Einsätze oft günstiger sind als konventionelle.
Takeaways
* Konturnahe Temperierung erlaubt Kühlkanäle entlang der Bauteilkontur statt gerader Bohrungen – das verdoppelt bis vervierfacht den Wärmestrom bei halbem Wandabstand.
* Automatisierte Simulation reduziert die Konstruktionszeit für Temperiereinsätze von Tagen auf Minuten und liefert direkt eine Kostenabschätzung.
* Gedruckte Einsätze können durch kleinere Bauform und Gewichtsoptimierung bis zu 70 % günstiger sein als konventionelle Lösungen.
Chapters
* 00:00 Begrüßung und Vorstellung von Juri Müller
* 02:34 Intern vs. extern: Was ist Temperierung im Spritzguss?
* 07:24 Der Temperierverteiler: Plug-and-Play-Lösung erklärt
* 14:00 Automatisierte Konstruktion und FEM-Simulation
* 23:00 Kostenvorteile: Warum gedruckte Einsätze günstiger werden
* 29:30 Nachrüstbarkeit bestehender Werkzeuge
* 47:20 FEM-Simulation von Füllphase bis Leichtbaustruktur
* 51:20 Energieeinsparung durch bessere Isolierung
* 53:23 Kontakt und Abschluss
FAQ
* Was ist konturnahe Temperierung? Kühlkanäle folgen der Bauteilkontur statt geraden Bohrungen, was gleichmäßigere Wandstärken und besseren Wärmetransport ermöglicht.
* Warum sind 3D-gedruckte Einsätze günstiger als konventionelle? Durch automatisierte Simulation und kleinere, optimierte Bauformen sinkt sowohl Konstruktions- als auch Materialaufwand.
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Mehr zu dieser Folge
Konturnahe Temperierung im 3D-Druck: Wie ihr Zykluszeit und Werkzeugkosten senkt
Ein falsch gesetzter Anspritzpunkt reicht oft schon aus, damit ein Temperiereinsatz reißt. Das Material selbst ist dabei fast nie das Problem. In dieser Folge war Juri Müller bei mir zu Gast, der mit seinem eigenen Ingenieurbüro genau auf dieses Thema spezialisiert ist: konturnahe Temperierung für Spritzgusswerkzeuge aus dem 3D-Druck.
Juri hat an der Uni Paderborn Kunststofftechnik studiert, war danach bei Renishaw in der Konstruktion konturnah temperierter Einsätze unterwegs und ist seit Ende 2019 selbstständig. In dieser Zeit hat er sich auf genau eine Frage konzentriert: Was ist additiv alles möglich, wenn es um Temperierung im Spritzguss geht?
Intern vs. extern: Was Temperierung im Spritzguss eigentlich bedeutet
Juri unterscheidet zwei Grundformen. Intern heißt, die Temperierung sitzt direkt im Werkzeugeinsatz. Klassisch werden dafür gerade Kanäle gebohrt, was bedeutet, dass man sich immer überlegen muss, wie man gleichmäßig an eine Freiformfläche herankommt. Additiv gefertigte Einsätze legen die Kühlkanäle stattdessen parallel zur Kontur, unabhängig davon, wie komplex die Geometrie ist.
Der physikalische Effekt dahinter ist eindeutig. Halbiert man den Wandabstand zwischen Kühlkanal und Kontur, vervierfacht sich der Wärmestrom. Juri nennt ein konkretes Beispiel: Wer von 8 mm auf 2 mm Abstand geht, bewegt sich schon Richtung Faktor 16. Genau das macht sich in der Zykluszeit bemerkbar, und im Spritzguss sind wir da nah am technischen Limit.
| Wandabstand Kühlkanal zu Kontur | Effekt auf den Wärmestrom |
|---|---|
| 8 mm (klassische Bohrung) | Referenzwert |
| 4 mm | Faktor 4 |
| 2 mm (konturnah, additiv) | Faktor 16 |
Zur Haltbarkeit sagt Juri etwas, das viele überrascht: Das eigentliche Problem ist fast nie die Temperierung selbst, sondern die Grundauslegung des Werkzeugs, also wo der Anspritzpunkt sitzt und wie das Füllverhalten dadurch aussieht. In einem Extrembeispiel läuft ein 3D-gedruckter Einsatz mit nur 0,8 mm Wandabstand und 1,5 mm Kanaldurchmesser seit Jahren im Dauerbetrieb bei mittlerweile geschätzt 15 bis 20 Millionen Schuss.
Der Temperierverteiler: Plug-and-Play statt Schlauchgewirr
Ein zweites Bauteil, das Juri vor drei Jahren entwickelt hat, ist der 3D-gedruckte Temperierverteiler. Die Idee kam aus der konturnahen Temperierung selbst: Wenn parallele Kühlkanäle innerhalb eines Einsatzes funktionieren, warum nicht auch außerhalb, direkt an der Schnittstelle zum Temperiergerät?
Der Verteiler wird an eine Pumpe angeschlossen und teilt den Durchfluss über Schnellkupplungen auf bis zu acht Stellen am Werkzeug auf. Der entscheidende Vorteil gegenüber einem klassischen Schlauchverteiler ist die natürliche Balancierung. Egal wie der Verteiler angeschlossen oder gedreht wird, jeder Ausgang bekommt denselben Fließwiderstand und dieselbe Durchflussmenge. Ein Fehlanschluss fällt sofort durch eine Fehlermeldung auf, statt unbemerkt zu bleiben.
Getestet wurde die Belastbarkeit vom TÜV Nord. Bei 800 bar rissen die angeschlossenen Normalien, aber nicht der Verteiler selbst. Das bei Wandstärken um 1 mm, ein klarer Gegenbeweis zu dem verbreiteten Vorurteil, gedruckte Bauteile seien nicht dicht.
Automatisierte Simulation: Von 4,5 Tagen auf 5 Minuten
Der größte Hebel liegt für Juri aber nicht im einzelnen Bauteil, sondern im Prozess dahinter. Für einen großen, komplexen Einsatz hat die Konstruktion früher rund 4,5 Tage gedauert, inklusive aller Nebenarbeiten. Heute läuft dieselbe Auslegung automatisiert und liefert innerhalb der ersten drei Minuten eine vollständige Konstruktion der Temperierung, ausreichend für den Simulationsstart.
Danach folgt automatisiert eine FEM-Simulation der Leichtbaustruktur, die prüft, ob Spannungen kritisch werden. Wird ein Bereich als kritisch erkannt, lässt sich die Struktur gezielt anpassen und die Simulation erneut anstoßen, in Summe eine Sache von etwa fünf Minuten statt mehrerer Iterationsschleifen von Hand.
Das wirkt sich direkt auf die Kosten aus. Ein gedruckter Einsatz war früher oft ein teurer 1:1-Ersatz für den konventionellen Einsatz. Durch die automatisierte, minimierte Bauform sieht das heute anders aus: Bei einer Kundenanfrage aus 2024 lagen die gedruckten Einsätze am Ende nur noch bei etwa 30 Prozent der Kosten der konventionellen Lösung.
| Konstruktion eines Temperiereinsatzes | Zeitaufwand |
|---|---|
| Klassisch, von Hand | ca. 4,5 Tage |
| Automatisiert (Konstruktion + Start-Simulation) | ca. 5 Minuten |
Nachrüstbarkeit und wirtschaftliche Grenzfälle
Bestehende Werkzeuge lassen sich grundsätzlich nachrüsten. Man muss dann prüfen, ob sich der betroffene Werkzeugbereich auskoffern und durch einen eigenständigen, konturnah temperierten Einsatz ersetzen lässt. Bei einem laufenden Projekt mit klassischen Euro-Kisten (600 x 400 mm) geht es aktuell um eine Zykluszeitreduktion im Bereich von 25 Prozent, wobei der Kunde bewusst eine gewisse Trennung im Bauteil akzeptiert, weil rein mechanische statt optische Anforderungen gelten.
Ein Nebeneffekt, der oft übersehen wird: Durch die Leichtbaustruktur im Inneren wirkt der Werkzeugstahl gleichzeitig isolierend. Auf einer Kundenfrage bei der FAKUMA24 ging es um ein Werkzeug mit rund 8 kW Leistungsbedarf für Temperierung und Heizung. Bei richtiger Auslegung der Temperierung und Isolierung lässt sich dieser Bedarf auf unter 1 kW senken, bei angenommenen 25 Cent pro Kilowattstunde ein Einsparpotenzial von rund 1,75 Euro pro Betriebsstunde allein an Energie.
FAQ: Konturnahe Temperierung im 3D-Druck
Was ist konturnahe Temperierung im Spritzguss?
Kühlkanäle verlaufen parallel zur Bauteilkontur statt als gerade Bohrung, was eine gleichmäßigere Wandstärke und einen deutlich besseren Wärmetransport ermöglicht.
Warum reißen Temperiereinsätze meistens?
Nach Juri Müllers Erfahrung liegt die Ursache fast immer in der Grundauslegung des Werkzeugs, insbesondere im Anspritzpunkt und dem daraus resultierenden Füllverhalten, nicht in der Temperierung selbst.
Sind 3D-gedruckte Temperiereinsätze wasserdicht?
Ja. Ein gedruckter Temperierverteiler wurde vom TÜV Nord bis 800 bar getestet, ohne dass der Verteiler selbst versagt hat, bei Wandstärken um 1 mm.
Lassen sich bestehende Spritzgusswerkzeuge nachrüsten?
Grundsätzlich ja. Der betroffene Bereich wird ausgekoffert und durch einen eigenständigen, konturnah temperierten Einsatz ersetzt, abhängig davon, wie stark sich das Werkzeug separieren lässt.
Wie viel günstiger sind automatisiert ausgelegte Einsätze?
Bei einer konkreten Kundenanfrage aus 2024 lagen die gedruckten Einsätze am Ende bei rund 30 Prozent der Kosten der konventionellen Lösung, durch eine deutlich kleinere und optimierte Bauform.
Was jetzt zu tun ist
Wer heute Spritzgusswerkzeuge auslegt, muss Kühlung nicht mehr aus Erfahrung und Bauchgefühl platzieren. Automatisierte Simulation liefert vorab belastbare Aussagen zu Zykluszeit, Bauteilkosten und kritischen Spannungsbereichen, bevor überhaupt gefertigt wird.
Wenn ihr selbst vor einer ähnlichen Entscheidung steht, ob sich konturnahe Temperierung für euer Werkzeug lohnt, sprecht uns an. Wir beraten auf Ingenieursebene und liefern Kleinserien ohne Werkzeugkostenrisiko.
