Kunststoffe und Gummi Spritzgießmaschinen

Thermische Prozessoptimierung und Zykluszeitreduzierung im Spritzgießprozess

Aktualisierung: 2026-02-10

Engineering-Betriebsbedingungen

Topologie: Zentralisierte Master-Steuerung

Ansprechverhalten: Passive mechanische Pufferung

Problemdefinition

Branchenherausforderungen

01 Steigende Energiekosten pro produziertem Teil
02 Thermischer Verzug und Eigenspannungen in komplexen Geometrien
03 Lange Kühlzeiten, die bis zu 70% der Gesamtzykluszeit ausmachen

Spezifische Schwachstellen

Laminare Strömungsverhältnisse in den Kühlkanälen führen zu ineffizientem Wärmeübergang
Ungleichmäßige Temperaturverteilung (Hotspots) in der Kavität
Korrosion und Kalkablagerungen (Fouling) in den Temperierkanälen reduzieren den Kanalquerschnitt

Analyse des Ist-Zustands

"Die aktuelle Reynolds-Zahl in den Kühlkreisläufen liegt häufig unter 2300 (laminar) Temperaturdifferenz ($Δ$T) zwischen Vor- und Rücklauf überschreitet oft 5 K Pumpenleistung der Temperiergeräte ist statisch und nicht an den tatsächlichen Druckverlust angepasst"

Leistungsauswirkungen

Reynolds Zahl

≥ 4000 (Turbulente Strömung)

O E E Steigerung

≥ 5%

Zykluszeitreduzierung

10% - 20% (abhängig von Wandstärke und Material)

Temperaturdifferenz (Δt) Vorlauf/Rücklauf

≤ 2,0 K

Temperiergenauigkeit ± 0,5 K

Maximaler Systemdruck 10 bar (Standard) / 20 bar (High Pressure)

Filterfeinheit Kühlmedium ≤ 50 µm

Technische Verifizierung

Diese Lösung wurde von Atlamech Engineering nach folgenden Standards validiert:

Details anzeigen

Technischer Umfang

Hydraulische Analyse und Neuauslegung der Temperierkreisläufe
Implementierung von konturnaher Temperierung (Conformal Cooling) wo konstruktiv möglich
Integration von frequenzgeregelten Pumpensystemen zur Durchflussoptimierung
Installation von digitaler Durchfluss- und Temperaturüberwachung pro Kreis

Compliance-Standards

ISO 20430 (Sicherheit von Spritzgießmaschinen)

EUROMAP 60 (Energieeffizienz von Spritzgießmaschinen)

DIN 16765 (Werkzeuge der Stanztechnik und Spritzgießtechnik)

Implementierungsstrategie

Phase 1 (Woche 1): Thermografie-Analyse und Messung von Durchfluss/Druckverlust am Ist-System. Phase 2 (Woche 2-3): CFD-Simulation der Kühlkanäle und Auslegung der erforderlichen Pumpenkennlinien. Phase 3 (Woche 4): Installation von Verteilerbalken, Sensoren und ggf. Isolierplatten. Phase 4 (Woche 5): Validierungslauf und Feinjustierung der PID-Regelparameter.

Wichtigste Liefergegenstände

Erreichung turbulenter Strömungsverhältnisse (Re > 4000) in allen kritischen Kreisen

Reduzierung der Kühlzeit bei gleichbleibender Formteilqualität

Dokumentierter hydraulischer Abgleich des Werkzeugs

Beratungsnotizen

Hydraulische Grundlagen

Für einen effizienten Wärmeübergang ist der Übergang von laminarer zu turbulenter Strömung zwingend erforderlich. Die Berechnung der notwendigen Durchflussmenge muss auf der Reynolds-Zahl basieren, nicht pauschal auf dem Pumpendruck. Es gilt: Re = (ρ · v · d) / η.

Wartung und Wasserqualität

Um den Wärmeübergangskoeffizienten langfristig zu sichern, ist die Wasserqualität gemäß den Herstellervorgaben der Temperiergeräte einzuhalten. Korrosionsinhibitoren und Biozide sind bei offenen Systemen vorzusehen.

Sicherheitshinweis

Bei Wassertemperaturen über 100°C (Druckwassergeräte) sind verpresste Hochdruckschläuche und redundante Sicherheitsventile zwingend vorgeschrieben. Schnellverschlusskupplungen müssen gegen unbeabsichtigtes Öffnen gesichert sein.

Infrastruktur-Taxonomie

Hochleistungs-Temperiergeräte mit frequenzgeregelter Pumpe

Wärmeschutzplatten zur thermischen Entkopplung von Werkzeug und Aufspannplatte

Reinigungsgeräte für Kühlkanäle (Impulsspülung)

Typische Anwendungsmuster: Retrofit bestehender Mehrfach-Kavitäten-Werkzeuge mit paralleler statt serieller Verschlauchung Einsatz von Variothermer Temperierung für Hochglanzoberflächen Segmentierte Kühlung für Bauteile mit stark variierenden Wandstärken

Wissensgebiete

Spritzgießmaschinen: Systemarchitektur und Prozesssteuerung Thermische Prozessführung und Zykluszeitoptimierung im Spritzguss

Zusammenfassung der technischen Beziehungen

Verwendete technische Komponenten

Frequenzgeregelte Pumpensysteme, OPC UA Schnittstelle, Redundante Sicherheitsventile

Technische Einschränkungen

Reynolds-Zahl ≥ 4000, ≤ 2,0 K

Kern-Optimierungslogik

Turbulente Strömungsverhältnisse

Zusammenfassung der Implementierungsbeispiele

Projekt-Kurzbeschreibung

Hydraulische Optimierung und Zykluszeitreduktion in Spritzgießprozessen

Systemmaßstab

Mehrfach-Kavitäten-Werkzeug mit 12 separaten Temperierkreisläufen; Systemdruckanforderung bis 10 bar bei Filterfeinheit ≤ 50 µm.

Betriebsbedingungen

Temperaturdifferenz (ΔT) zwischen Vor- und Rücklauf > 5 K im Ausgangszustand; statische Pumpenleistung ohne dynamische Anpassung an Druckverlustkurven.

Implementierungsbeschränkungen

Reduzierte Kanalquerschnitte durch Fouling und Kalkablagerungen sowie begrenzte Einbauräume für Sensorik im werkzeugnahen Bereich.

Technisches Wissenscluster

Spritzgießmaschinen: Systemarchitektur und Prozesssteuerung

Technische Analyse der Spritzgießmaschinen-Architektur mit Fokus auf Antriebssysteme, prozessgerechte Regelung nach ISO-Standards und werkzeugbezogene Berechnungsgrundlagen für die Kunststoffverarbeitung.

Prozessregelung nach ISO 20468

Implementierung geschlossener Regelkreise für Druck (±0,5 bar), Temperatur (±0,5 °C) und Einspritzgeschwindigkeit zur Prozessstabilisierung.

Schließkraftberechnung und Werkzeugauslegung

Berechnungsmethoden nach VDI 2006 für projizierte Fläche, Kavitätendruck und erforderliche Schließkraft (kN).

Thermische Prozessführung und Zykluszeitoptimierung im Spritzguss

Technischer Cluster zur Analyse der Wärmeübertragungsvorgänge im Spritzgießwerkzeug mit dem Ziel der Reduzierung der Kühlzeit, Steigerung der OEE und Minimierung von thermisch bedingtem Bauteilverzug.

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