Zykluszeit im Spritzguss – Ingenieurleitfaden 2026

Einführung in die Zykluszeitberechnung

Zykluszeitberechnung ist das Fundament der Spritzgießökonomie. Dieser kritische Parameter bestimmt Ihre Produktionskapazität, Fertigungskosten und Anlagenauslastung. Ob Sie ein Formenkonstrukteur sind, der die Projektrentabilität einschätzt, oder ein Betriebsleiter, der bestehende Prozesse optimiert, spart genaue Zykluszeitvorhersage Tausende an Entwicklungskosten und stellt rentable Produktion sicher.

In diesem umfassenden Leitfaden zerlegen wir die vollständige Ingenieurformel für die Spritzgießzykluszeit, einschließlich Kühlzeitsgleichungen, Füllberechnungen und Optimierungsstrategien. Wir liefern die mathematische Grundlage zur Vorhersage von Produktionsraten vor dem Stahlzuschnitt, mit spezifischen Beispielen und Tederic-Maschinenleistungsdaten.

Die vier Phasen des Spritzgießzyklus

Jeder Spritzgießzyklus besteht aus vier sequentiellen Phasen, die jeweils zur Gesamtzykluszeit beitragen:

1. Füllphase (Spritzgießen)

Das geschmolzene Kunststoffmaterial wird unter hohem Druck und Geschwindigkeit in die Formhöhle eingespritzt.

2. Packphase (Packen/Halten)

Zusätzliches Material wird in die Form gepackt, um das Schrumpfen beim Abkühlen des Kunststoffs zu kompensieren.

3. Kühlphase

Der Kunststoff erstarrt in der Form, typischerweise die längste Phase (60-80% der Gesamtzykluszeit).

4. Formbewegungsphase

Die Form öffnet sich, das Teil wird ausgeworfen und die Form schließt sich für den nächsten Zyklus.

Das Verständnis des Beitrags jeder Phase ist wesentlich für genaue Zykluszeitberechnung und Optimierung.

Die Kühlzeitsgleichung

Kühlzeit ist typischerweise der dominierende Faktor in der Spritzgießzykluszeit, oft 70-80% der Gesamtzyklusdauer ausmachend. Die Kühlzeitsgleichung leitet sich aus den Grundlagen des Wärmeübergangs ab:

t_kühlung = (h²/π²α) × ln(konst × (T_schmelze - T_form)/(T_auswerfen - T_form))

Wobei:

• t_kühlung = Kühlzeit (Sekunden)
• h = Wandstärke (mm)
• α = Thermische Diffusivität (mm²/s)
• T_schmelze = Schmelzetemperatur (°C)
• T_form = Formtemperatur (°C)
• T_auswerfen = Auswerftemperatur (°C)

Vereinfachte Ingenieurformel

Für praktische Berechnungen verwenden Ingenieure oft die vereinfachte Form:

t_kühlung = (wandstärke)² × materialfaktor × ΔT-faktor

Wobei:

• Wandstärke in mm
• Materialfaktor: PP = 0.8-1.0, ABS = 1.0-1.2, PC = 1.5-2.0
• ΔT-Faktor: Basierend auf Temperaturdifferenz

Berechnungsbeispiel

Für ein 2 mm dickes Polypropylenteil:

Schmelzetemperatur: 220°C, Formtemperatur: 60°C, Auswerftemperatur: 100°C

t_kühlung = (2)² × 0.9 × 1.2 = 4.32 Sekunden

Spritzgießfüllzeitberechnung

Füllzeit hängt von der Spritzgeschwindigkeit, Schussvolumen und Teilegeometrie ab. Die Formel lautet:

t_füllen = (Schussvolumen)/(Spritzgeschwindigkeit)

Wobei:

• Schussvolumen = Teilvolumen + Verteilerkanalvolumen (cm³)
• Spritzgeschwindigkeit = Querschnittsfläche × Füllgeschwindigkeit (cm³/s)

Erweiterte Füllzeitformel

Berücksichtigt Fließlänge und Viskosität:

t_füllen = (L × h × w × ρ)/(Q × viskosität_korrektur)

Wobei:

• L = Fließlänge (cm)
• h, w = Kanalabmessungen (cm)
• ρ = Dichte (g/cm³)
• Q = Volumetrischer Durchfluss (cm³/s)
• viskosität_korrektur = Viskositätskorrekturfaktor

Tederic Hochgeschwindigkeitsspritzvorteil

Tederic DE-Serie Maschinen erreichen Füllgeschwindigkeiten bis zu 500 mm/s, reduzieren Füllzeiten auf 0.5-2 Sekunden für typische Teile.

Pack- und Haltezeit

Packzeit wird durch die Anguss-Erstarrungszeit und Druckanforderungen bestimmt:

t_packen = Anguss-Erstarrungszeit + Sicherheitsmarge

Anguss-Erstarrungszeit-Formel

t_erstarren = (Anguss-Dicke)² × k / α

Wobei:

• k = Wärmeleitfähigkeitsfaktor
• α = Thermische Diffusivität

Packdruckprofil

Typisches Packprofil:

• Anfängliches Packen: 80-90% des Spritzdrucks (0.5-2 Sekunden)
• Sekundäres Packen: 50-70% des Spritzdrucks (2-5 Sekunden)
• Halten: 20-40% des Spritzdrucks bis zur Anguss-Erstarrung

Formöffnungs- und Schließzeit

Formbewegungszeit hängt von Formgewicht, Maschinenspezifikationen und Hubweg ab:

t_öffnen/schließen = (Hubweg)/(Öffnungsgeschwindigkeit) + Beschleunigungszeit

Typische Zeiten

Maschinengröße	Öffnungszeit	Schließzeit	Auswerfzeit
50-100 Tonnen	0.8-1.2s	0.6-1.0s	0.3-0.5s
100-300 Tonnen	1.0-1.5s	0.8-1.2s	0.4-0.6s
300-1000 Tonnen	1.5-2.5s	1.2-2.0s	0.5-0.8s

Tederic Elektroschalter-Vorteil

Tederic TT Elektroschalter erreichen Öffnungs-/Schließzeiten 30-50% schneller als hydraulische Systeme mit Positionierungsgenauigkeit von ±0.01mm.

Bedeutung der Trockenzykluszeit

Trockenzykluszeit ist die theoretische Mindestzykluszeit ohne Kühlungsanforderungen. Dies ist eine kritische Maschinenspezifikation:

Trockenzyklus = t_füllen + t_packen + t_öffnen + t_schließen + t_auswerfen

Branchenstandards

Anwendung	Typischer Trockenzyklus	Produktionszyklus	Effizienz
Dünnwandige Verpackungen	2-3s	8-12s	25-35%
Allgemein	3-5s	15-30s	15-25%
Große technische Teile	5-8s	45-90s	8-15%

Maschinenwahl basierend auf Trockenzyklus

Wählen Sie Maschinen, bei denen die Trockenzykluszeit 20-30% der Gesamtproduktionszykluszeit beträgt, für optimale Effizienz.

Vollständige Zykluszeitformel

Die vollständige Zykluszeitberechnung kombiniert alle Phasen:

Gesamtzykluszeit = t_füllen + t_packen + t_kühlen + t_öffnen + t_schließen + t_auswerfen

Umfassende Formel

Zykluszeit = MAX(t_kühlen, t_andere) + t_maschine

Wobei:

• t_kühlen = Kühlzeit (normalerweise der Engpass)
• t_andere = Summe von Füll-, Pack- und Bewegungszeiten
• t_maschine = Maschinenabhängige Zeiten

Produktionsleistungsberechnung

Teile pro Stunde = 3600 / Zykluszeit

Tägliche Produktion = (Teile pro Stunde) × (Stunden pro Schicht) × (Effizienz)

Beispiel vollständiger Berechnung

Für ein 2 mm dickes PP-Teil mit folgenden Parametern:

• t_füllen = 1.5s
• t_packen = 3.0s
• t_kühlen = 25.0s
• t_öffnen/schließen/auswerfen = 2.5s

Gesamtzyklus = 1.5 + 3.0 + 25.0 + 2.5 = 32.0 Sekunden

Leistung = 3600/32 = 112.5 Teile/Stunde

Zykluszeitoptimierungsstrategien

Effektive Zykluszeitoptimierung erfordert systematischen Ansatz für jede Phase:

1. Kühlzeitoptimierung

• Konformale Kühlkanäle reduzieren Kühlzeit um 30-50%
• Formtemperatur optimieren für Kühlrate und Zykluszeitbalance
• Formmaterialien mit hoher Leitfähigkeit verwenden (Kupferlegierungen)
• Aktive Kühlsysteme mit Temperaturkontrolle implementieren

2. Füllzeitoptimierung

• Spritzgeschwindigkeit erhöhen bei Qualitätserhaltung
• Angussdesign optimieren für besseren Fluss
• Heißkanalsysteme verwenden zur Viskositätsreduzierung
• Kaskadenspritzgießen für Mehrfachformwerkzeuge implementieren

3. Maschinenoptimierung

• Elektrische Maschinen wählen für schnellere Bewegungen
• Zugkraft optimieren zur Schließzeitreduzierung
• Servohydraulik verwenden für präzise Kontrolle
• Parallele Bewegungen wo möglich implementieren

4. Teiledesignoptimierung

• Wandstärkenvariation minimieren
• Versteifungs- und Anschlussdesign optimieren für gleichmäßiges Kühlen
• Für Fertigbarkeit entwerfen mit Fließbetrachtungen
• Familienwerkzeuge verwenden zur Zykluszeitamortisation

Tederic Elektroschalter-Vorteile

Tederic Maschinen sind speziell für Zykluszeitoptimierung konzipiert:

TT-Serie Elektroschalter-Eigenschaften

• Schnelle Formbewegungen: Öffnen/Schließen 30% schneller als hydraulisch
• Präzises Positionieren: ±0.01mm Genauigkeit für konsistente Zyklen
• Energiegewinnung: Regeneratives Bremsen reduziert Energieverbrauch
• Geringe Wartung: Kein Hydraulikölwechsel oder Leckagen

DE-Serie Voll-Elektro-Vorteile

• Ultraschneller Spritzguss: Füllgeschwindigkeiten bis zu 500 mm/s
• Parallele Verarbeitung: Formöffnung während Schneckenrückgewinnung
• Leiser Betrieb: Für Reinraumumgebungen geeignet
• Temperaturstabilität: Bessere Prozesskonsistenz

Leistungsvergleich

Parameter	Tederic Elektro	Hydraulik Standard	Verbesserung
Trockenzykluszeit	2.5-4.0s	3.5-6.0s	25-35%
Energieverbrauch	0.3-0.5 kWh/kg	0.6-0.9 kWh/kg	40-50%
Wiederholbarkeit	±0.01mm	±0.1mm	10x besser

Wirtschaftliche Auswirkungen der Zykluszeit

Zykluszeit wirkt sich direkt auf Fertigungsökonomie aus:

Kostenberechnung

Stündliche Produktionskosten = (Arbeit + Ausrüstung + Material) / Leistungsrate

ROI der Zykluszeitreduzierung

Zykluszeitreduzierung um 2 Sekunden bei 30-Sekunden-Zyklus:

• Produktionssteigerung: 6.7% (von 120 auf 128 Teile/Stunde)
• Jährliche Einsparungen: Abhängig von Teilwert und Volumen
• Typischer ROI: 6-12 Monate für Zyklusoptimierungsprojekte

Branchenstandards

Branche	Typische Zykluszeit	Teile/Stunde	Weltklasse
Dünnwandige Verpackungen	5-8s	450-720	3-5s Zyklus
Kfz-Komponenten	30-60s	60-120	20-40s Zyklus
Technische Teile	45-120s	30-80	30-90s Zyklus

Kapazitätsplanung

Jährliche Kapazität = (Teile/Stunde) × (Stunden/Schicht) × (Schichten/Tag) × (Betriebstage) × (Effizienz)

Wobei Effizienz Ausfallzeiten, Rüstzeiten und Qualitätsprobleme berücksichtigt.

Zusammenfassung und Schlüsselformeln

Beherrschung der Spritzgießzykluszeitberechnung ist für rentable Produktion unerlässlich. Die wichtigsten zu merkenden Formeln:

Kernformeln

• Kühlzeit: t_kühlung = (h²/π²α) × ln(konst × (T_schmelze - T_form)/(T_auswerfen - T_form))
• Füllzeit: t_füllen = (Schussvolumen)/(Spritzgeschwindigkeit)
• Gesamtzyklus: Zykluszeit = t_füllen + t_packen + t_kühlen + t_öffnen + t_schließen + t_auswerfen
• Produktionsrate: Teile/Stunde = 3600 / Zykluszeit

Optimierungsprioritäten

1. Kühlzeitreduzierung (normalerweise 70-80% der Zykluszeit)
2. Maschinengeschwindigkeitsoptimierung (elektrisch vs hydraulisch)
3. Teiledesign für Fertigbarkeit
4. Prozessparameteroptimierung

Tederic Vorteile

• Elektroschaltersysteme: 30-50% schnellere Formbewegungen
• Hochgeschwindigkeitsspritzguss: Füllgeschwindigkeiten bis zu 500 mm/s
• Parallele Verarbeitung: Mehrere Operationen gleichzeitig
• Energieeffizienz: 40-50% geringerer Verbrauch

Genave Zykluszeitberechnung ermöglicht fundierte Entscheidungen über Formdesign, Maschinenauswahl und Prozessoptimierung. Verwenden Sie diese Formeln mit Formflusssimulation für die genauesten Vorhersagen.

Für detaillierte Zykluszeitenanalyse und Tederic Maschinenempfehlungen, kontaktieren Sie unser Engineering-Team. Wir können Ihre Prozesse für maximale Produktivität und Rentabilität optimieren.

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