STAND DER TECHNIK
Der derzeitige Stand der Technik bietet dem Benutzer eine Auswahl an Temperiergeräten, die sich generell aufgrund des verwendeten Wärmeleitmediums (diathermisches Öl oder Wasser) und des eingesetzten Heizsystems (Strom oder Gas) unterscheiden.
Die optimalen Eigenschaften eines Wärmeleitmediums können wie folgt zusammengefasst werden:
· Hoher Siedepunkt
· Hohe thermische Leitfähigkeit
· Hoher Flammpunkt (für ölige Flüssigkeiten)
· Keine Oxidierung
· Keine Korrosion
· Keine Toxizität
Normalerweise werden Wasser oder diathermische Öle als temperaturregelnde Flüssigkeiten eingesetzt.
Der Wärmeübertragungskoeffizient durch Konvektion und Wärmeleitung ist für Wasser ungefähr doppelt so hoch wie für Öl.
Wasser hat jedoch einen niedrigen Siedepunkt, ist anfällig für Kalkablagerungen und kann Korrosionserscheinungen bewirken.
Diese drei Probleme können durch Druckbeaufschlagung des Kreises bewältigt und gelöst werden, sodass das Wasser auch bei hohen Temperaturen immer flüssig bleibt. Dazu werden geeignete, korrosionsbeständige Materialien (Edelstahl 1.4301, 1.4401 usw.) verwendet und das Prozesswasser bei einer Härte über 20 °F eventuell aufbereitet.
Synthetische Öle und Medien haben nicht dieselben gleichbleibenden Wärmeleitmerkmale wie Wasser: Bei höher werdender Temperatur verringert sich die interne Leitfähigkeit und die spezifische Wärme wird höher. Außerdem sind diese Medien sehr teuer, sowohl im Einkauf als auch in der Entsorgung, umweltverschmutzend und bei Erreichen der kritischen Temperatur auch entzündlich.
Ölige Flüssigkeiten cracken außerdem unter gewissen Umweltbedingungen (Temperatur > 60 °C und gleichzeitige Anwesenheit von Sauerstoff) oder bei direktem Kontakt mit den Heizelementen, was zu einer starken Reduzierung der Fließfähigkeit führt und den Wärmeaustausch beeinträchtigt.
Für das Heizsystem stehen zwei Möglichkeiten zur Auswahl: mit Strom oder Erdgas (Patent von IECI). Bei elektrischen Heizsystemen können die Heizwiderstände entweder direkt ins Öl eingetaucht oder extern, mit indirekter Beheizung montiert sein (System IECI-IHCS auf Temperaturreglern Climat Serie PF-Z und PF-ZH).
TEMPERATURREGLER MIT DIATHERMISCHEM ÖL
Bei dieser Art von Temperaturregelung wird die Gießform durch Zirkulation von diathermischem Öl in den Klimakanälen auf die gewünschte Temperatur gebracht.
Dabei ist zwischen Mineralölen, die aus der Destillation von Rohöl erzeugt werden, und synthetischen Flüssigkeiten zu unterscheiden, die beide zum Großteil aus Kohlenwasserstoffen bestehen. Synthetische Medien haben jedoch eine höhere Alterungsbeständigkeit.
Die Zersetzung der Flüssigkeit führt im Allgemeinen zur Bildung von flüchtigen Stoffen, „low boilers“ genannt, sowie von Polymeren mit hoher Viskosität - so genannte „high boilers“: Die erstgenannten Stoffe müssen regelmäßig aus dem System entfernt werden, um einen Hohlsog in der Pumpe, Dampfverstopfungen oder mechanische Schäden zu vermeiden, während die zweitgenannten Stoffe nur in synthetischen Flüssigkeiten bis zu einer gewissen Menge (10-15 %) löslich sind.
Die synthetische diathermische Flüssigkeit hat außerdem den Vorteil, einen hohen Siedepunkt zu besitzen, der demnach die Vorwärmung der Gießform bis zu 300 °C ermöglicht.
Nachteilig hingegen sind die abfallende thermische Leitfähigkeit (W/m*°K) und die Erhöhung der spezifischen Wärme (kcal/kg*°K) bei ansteigender Temperatur, was die Wärmeübertragung beeinträchtigt.
TEMPERATURREGELUNG MIT ÜBERHITZTEM WASSER
Bei normalem Druck (760 mm der Quecksilbersäule) behält reines Wasser zwischen 0 und 100 °C seinen flüssigen Zustand bei; bei 0 °C wird es fest, bei 100 °C verdampft es. Für eine wirksame und effiziente Temperaturregelung und die Vermeidung von Kalkablagerungen besteht die Notwendigkeit, das Wasser auch bei hohen Temperaturen (siehe Abbildung oben) in flüssigem Zustand zu erhalten.
Das Ausflocken von Kalziumkarbonat und Magnesiumkarbonat (die Hauptbestandteile der gewöhnlich als KALK bezeichneten Verkrustungen) steht in direktem Verhältnis zur Temperaturerhöhung und ist bei der Verdampfung maximal.
Die mit überhitztem Wasser funktionierenden Temperaturreglergeräte müssen demnach mit besonders zuverlässigen Vorrichtungen ausgestattet sein, die eine mindeste Druckbeaufschlagung in Relation zur maximal erreichbaren Temperatur gewährleisten.
Zu den für die Temperaturregelung wichtigsten physikalischen und chemischen Eigenschaften des Wassers zählen demnach:
• höchste spezifische Wärme unter den gewöhnlichen Stoffen (1 kcal/kg/°C), bei unterschiedlichen Temperaturen gleichbleibend;
• Koeffizient für Wärmeübertragung durch Konvektion ungefähr doppelt so hoch als bei öligen Flüssigkeiten;
• besserer Koeffizient für Wärmeübertragung durch Wärmeleitung als bei öligen Medien;
• konstante Wärmeübertragungsmerkmale innerhalb einer großen Temperaturspanne (im Gegensatz zu öligen Flüssigkeiten, die bei einer Temperaturerhöhung auch einen Anstieg der spezifischen Wärme und eine Verringerung der Wärmeleitfähigkeit aufweisen);
• keine Entzündlichkeit;
• Wirtschaftlichkeit: das verwendete Wasser muss keine besonderen chemischen Merkmale besitzen, außer einer Gesamthärte zwischen 10 und 20 °F (mittlere Härte).
Es besteht demnach die Möglichkeit, das Wasser nach entsprechender Filterung aus Kühltürmen, Brunnen oder geschlossenen Kühlkreisen zu verwenden.