Extrusion 3-2026

26 Entwicklung eines luftführenden Stempelsystems Zunächst wird eine Werkzeug- und Stempelgeometrie definiert, die als Referenzgeometrie dient. Unter fest- gelegten Prozessbedingungen und ohne Einsatz von Stützluft führt diese bei konventioneller Stempelverstrek- kung reproduzierbar zu einer ausge- prägten Schreckmarkenbildung. Diese Geometrie dient als Demonstrator, um den Einfluss der Stützluft auf die Stempel-Halbzeug-Interaktion sowie auf die resultierende Wanddickenver- teilung systematisch untersuchen zu können. Bild 1 (links) zeigt die einge- setzte Werkzeug- und Stempelgeo- metrie zur Herstellung eines rota- tionssymmetrischen Becherformteils. Das grundlegende Stützluftkonzept sieht vor, die Stem- peloberfläche mit Stützluftkanälen auszustatten, um wäh- rend der Vorstreckung ein möglichst homogenes Luftpolster zwischen Stempel und Halbzeug aufzubauen ( Bild 1 , rechts). Zur gezielten Untersuchung des Einflusses der lokalen Stützluftausleitung wurde der Vorstreckstem- pel in drei geometrische Funktionsbereiche unterteilt: Wandschräge, Kantenradius und Boden ( Bild 2 , links). Jeder dieser Bereiche kann mit oder ohne integrierte Stützluft- kanäle ausgeführt werden. Die Bezeichnung der Stempel- varianten definiert sich, ob in dem jeweiligen Funktions- bereich Stützluftkanäle vorliegen (1) oder keine Stützluft- kanäle vorhanden sind (0). Durch die vollständige Rekombination der drei Funkti- onsbereiche ergeben sich insgesamt acht unterschiedliche Stützkanalkombinationen, die in Bild 2 (rechts) schema- tisch dargestellt sind. Diese systematische Variation er- möglicht eine gezielte Analyse des Einflusses der jeweiligen Ausleitungsorte der Stützluft auf die Schreckmarkenbildung sowie auf die resultierende Wanddickenverteilung. Eine wesentliche Herausforderung bei der Auslegung luftführender Vor- streckstempel besteht in der Festle- gung von Anzahl, Positionierung und Durchmesser der Stützluftkanäle. Als zentrales Auslegungskriterium wurde ein äquivalenter, flächenspezifischer Massestrom der austretenden Stütz- luft in allen drei Funktionsbereichen definiert. Ziel ist es, trotz unter- schiedlicher Geometrien und Strö- mungswiderstände ein möglichst homogenes Luftpolster über die ge- samte Stempeloberfläche zu erzeu- gen. Für den exemplarischen Fall eines Stempels mit Stützluftkanälen in allen Funktionsbereichen (1|1|1) ergibt sich dieses Kriterium formal gemäß Gl. (1). ṁ Boden = ṁ Kantenradius = ṁ Wandschräge (Gl. 1) A Boden A Kantenradius A Wandschräge Vereinfachend wird dabei angenommen, dass im Inne- ren des Vorstreckstempels ein isobarer Druck herrscht. Da- durch gilt als Nebenbedingung, dass der spezifische Massenstrom nicht von der Achsenrichtung abhängig ist. Die erforderlichen Luftkanaldurchmesser werden durch die jeweils wirkenden Strömungswiderstände bestimmt. Kanäle, bei denen der Luftstrom infolge längerer Fließ- wege, von Umlenkungen oder Querschnittsänderungen stärker behindert wird, müssen größere Durchmesser auf- weisen, um einen vergleichbaren Volumenstrom zu er- möglichen. Auf diese Weise lassen sich lokale Widerstände kompensieren und ein gleichmäßiger, flächenspezifischer Volumenstrom realisieren. Zur Einhaltung des definierten Auslegungskriteriums werden Anzahl und Durchmesser der Stützluftkanäle in den jeweiligen Funktionsbereichen Bild 2: Funktionsbereiche des Stempels (links) und Stützluftkombinationen (rechts) Bild 3: Umlenkung der Fluidströmung (links) und Visualisierung der Entwicklungsschritte der Luftkanaldurchmesser und -Positionen (rechts) Funktionsbereiche des Stützsluftstempels Kombinationen der Stützluftkanäle in Abhänggigkeit der Funktionsbereiche Wandschräge Kantenradius Boden Störungsbedingte Richtungsänderung Entwicklungsprozess zur Auslegung der Luftkanalgeometrie Stützluftzuführung Umlenkung der Strömung um 86° zur Strümungsrichtung Umlenkung der Strömung um 41° zur Strümungsrichtung 86° 41° (Boden | Kantenradius | Wandschräge) (1|0|0) (0|1|0) (0|0|1) (1|1|0) (1|0|1) (0|1|1) (1|1|1) (0|0|0) Stempel (1|1|1) Thermoformen – Aus der Forschung