Im Druckguss nimmt das Werkzeug in jedem Zyklus Metall mit mehreren hundert Grad auf und wird Sekunden später durch das Trennmittelsprühen schlagartig abgekühlt. Dieses thermische Hin und Her bestimmt die Teilequalität und die Standzeit des Werkzeugs. Ein Temperiergerät für Druckguss soll nicht „ein bisschen“ heizen: Es soll dafür sorgen, dass das Werkzeug vom ersten Schuss an immer im selben Temperaturfenster arbeitet. Dieser Leitfaden erklärt, warum Öl verwendet wird, welche Temperaturen üblich sind und wie man die Fehler vermeidet, die die Werkzeugstandzeit am stärksten verkürzen.
Arbeitstemperaturen je Legierung
Branchenübliche Werte. Jedes Teil hat seine eigene Einstellung: Wanddicken, Fließweg des Metalls und Oberflächenanforderungen verschieben den Sollwert.
| Legierung | Metalltemperatur | Übliche Werkzeugtemperatur |
|---|---|---|
| Aluminium | 640–700 °C | 180–280 °C |
| Magnesium | 640–690 °C | 200–260 °C |
| Zamak | 400–430 °C | 150–200 °C |
Liegt das Werkzeug unter seinem Fenster, entstehen Kaltfließstellen, Fließmarken, Lunker und unvollständig gefüllte Teile. Liegt es darüber, neigt das Metall zum Kleben am Stahl (Anlöten), der Zyklus wird länger und das Auswerfen schwieriger.
Warum Öl und nicht Wasser
Wasser überträgt Wärme besser, siedet aber bei Atmosphärendruck bei 100 °C. Um es bei 200 °C flüssig zu halten, braucht man mehr als 15 bar, bei 250 °C etwa 40 bar. Das ist in einem Kreislauf mit Schläuchen und Schnellkupplungen neben einer Druckgießmaschine nicht sinnvoll. Thermoöl arbeitet bis 300 °C bei niedrigem Druck und ist deshalb das übliche Medium für Aluminium und Magnesium. Ausführlich erklärt in Öl-Temperiergeräte bis 300 °C.
Bei Zamak mit niedrigeren Sollwerten verwenden manche Anlagen Druckwasser, wenn die Werkzeugtemperatur etwa 160–180 °C nicht übersteigt. Wenn Sie zwischen beiden Medien schwanken, lesen Sie Temperiergerät mit Wasser oder Öl.
Thermoschock und thermische Ermüdung
Bei jedem Schuss steigt die Oberfläche der Kavität in Millisekunden um mehrere hundert Grad und sinkt mit dem Trennmittel wieder ab. Diese wiederholte Ausdehnung und Schrumpfung erzeugt Spannungen in der Randschicht des Stahls. Nach Tausenden von Zyklen entsteht ein Netz feiner Risse, die Brandrisse durch thermische Ermüdung, eine der Hauptursachen für das Lebensende eines Druckgusswerkzeugs.
Die Amplitude dieses Zyklus ist entscheidend. Je kälter der Werkzeugkörper, desto größer der Unterschied zwischen heißer Oberfläche und Kern und desto schneller entstehen Risse. Ein mit Öl stabil temperiertes Werkzeug leidet weniger als eines, das kalt arbeitet und nur durch das Metall erwärmt wird.
Vorwärmen: nicht mit Metall aufheizen
Das Werkzeug mit den ersten Schüssen aufzuheizen ist die teuerste Praxis: Ausschussteile, verschwendetes Schmelzgut und maximaler Thermoschock auf kaltem Stahl. Richtig ist, das Werkzeug vor dem ersten Schuss mit dem Temperiergerät auf Arbeitstemperatur zu bringen.
- Heizen Sie schrittweise und gleichmäßig auf. Ein großes Werkzeug kann eine oder mehrere Stunden brauchen, bis es über die ganze Dicke auf Temperatur ist.
- Starten Sie nach Möglichkeit nicht mit einem Werkzeug auf Raumtemperatur: Kalter Werkzeugstahl ist empfindlicher gegenüber Thermoschock.
- Wenn Sie häufig Werkzeuge wechseln, verkürzt eine Vorwärmstation außerhalb der Maschine die Stillstandszeiten. Mehr dazu in Werkzeugvorwärmung.
Kreisläufe: jede Zone mit ihrer Temperatur
Ein Druckgusswerkzeug hat keine einheitliche Temperatur. Der Anschnittbereich und dicke Partien erhalten viel Wärme; entfernte Zonen und dünne Wände kühlen eher aus. Üblich ist daher:
- Feste und bewegliche Werkzeughälfte trennen, jede mit eigenem Kreislauf oder eigenem Temperiergerät.
- Bei großen Werkzeugen mehrere Kreisläufe oder Geräte einsetzen, um Zonen mit unterschiedlichen Sollwerten zu fahren.
- Öl mit punktueller Kühlung kombinieren (zum Beispiel mit Wasser in Kernen oder Hotspots), wo viel Wärme auf kleinem Volumen abzuführen ist.
In der Produktion führt dasselbe Temperiergerät, das das Werkzeug aufgeheizt hat, nun Wärme ab. Deshalb ist die Kühlleistung des Geräts genauso wichtig wie die Heizleistung.
Durchfluss: Öl braucht mehr
Thermoöl hat bei Arbeitstemperatur eine spezifische Wärmekapazität von etwa 2,2–2,6 kJ/kg·K gegenüber 4,18 bei Wasser und eine Dichte von etwa 800 kg/m³. Um dieselbe Wärme abzuführen, braucht es mehr Durchfluss.
Beispiel: ein Kreislauf, der 12 kW bei 5 °C Differenz zwischen Ein- und Austritt abführen muss.
- Mit Öl (cp ≈ 2,4): 12 / (2,4 × 5) = 1,0 kg/s, etwa 75 l/min.
- Mit Wasser: 12 / (4,18 × 5) = 0,57 kg/s, etwa 34 l/min.
Mehr als doppelter Durchfluss für dieselbe Arbeit. Zudem ist die Viskosität des Öls kalt viel höher als warm, daher ist der Anlauf der kritische Moment für Pumpen, Schläuche und Kupplungen. Legen Sie die Pumpe nach dem realen Druckverlust des Werkzeugs aus und drosseln Sie keine Kreisläufe, um sie „abzugleichen“: Ein gut konstruierter Kreislauf ist besser als ein halb geschlossenes Ventil.
Typische Fehler
- Kalt anfahren und das Werkzeug mit Ausschussschüssen aufheizen.
- Das Temperiergerät nur nach Heizleistung auswählen und die Kühlleistung vergessen.
- Schläuche und Kupplungen verwenden, die nicht für Öl bei 250–300 °C geeignet sind: Ein Leck neben flüssigem Metall ist eine Brandgefahr.
- Das Öl nicht analysieren oder wechseln: Bei hoher Temperatur oxidiert und altert es und verliert an Wärmeübertragung.
- Ein einziger Kreislauf für das ganze Werkzeug, obwohl Zonen sehr unterschiedliche Anforderungen haben.
Häufige Fragen
Auf welche Temperatur wird ein Aluminium-Druckgusswerkzeug temperiert?
Üblich sind 180 bis 280 °C, je nach Teil. Viele Prozesse arbeiten zwischen 200 und 250 °C.
Kann man im Druckguss Wasser verwenden?
Bei Zamak und in bestimmten Zonen ja, mit Druckwasser bis etwa 160–180 °C. Für Aluminium und Magnesium ist Öl üblich.
Wie lange muss das Werkzeug vorgewärmt werden?
Bis es über die ganze Dicke Arbeitstemperatur hat, nicht nur an der Oberfläche. Je nach Werkzeuggröße kann das eine bis mehrere Stunden dauern.
Wie oft wird das Thermoöl gewechselt?
Das hängt von Temperatur und Betriebsstunden ab. Empfehlenswert ist eine regelmäßige Analyse und ein Wechsel, wenn die Analyse es anzeigt.
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