Produktionszyklusoptimierung - Spritzgusszeit um 10-30% reduzieren 2025

Einleitung - Der Wert jeder Sekunde

Die Spritzgusszykluszeit ist der wichtigste wirtschaftliche Parameter in der Massenproduktion. Eine Verkürzung des Zyklus um nur 5 Sekunden bei der Produktion von 3 Millionen Teilen jährlich bedeutet eine Einsparung von 4.167 Maschinenstunden - entsprechend 173 Produktionstagen im Einschichtbetrieb oder 50.000-125.000€ jährlichen Einsparungen (abhängig von den Maschinenstundenkosten).

In der polnischen Spritzgussindustrie liegen die durchschnittlichen Zykluszeiten für Automobilteile bei 28-45 Sekunden, für Verpackungen bei 15-30 Sekunden und für kleine Präzisionsteile bei 8-20 Sekunden. Studien zeigen jedoch, dass in 60-75% der Fälle diese Zeit um 10-30% reduziert werden kann ohne Qualitätskompromisse - durch Optimierung der Prozessparameter, Verbesserung der Werkzeugkühlung oder Technologie-Upgrades.

Warum ist Zyklusoptimierung kritisch?

• Produktionskosten: Kürzerer Zyklus = mehr Teile pro Stunde = niedrigere Stückkosten
• Kapazität: 20% Zyklusreduzierung = 25% Produktivitätssteigerung ohne neue Maschinen
• Energie: Weniger Zeit pro Zyklus = weniger Energie pro Teil (bei richtiger Optimierung)
• ROI: Optimierungsinvestition (10-30.000€) amortisiert sich in 3-12 Monaten
• Wettbewerbsfähigkeit: Kürzere Zykluszeit = niedrigerer Angebotspreis = mehr Aufträge

Wichtige Erkenntnis: In einem typischen Spritzgusszyklus macht die Kühlung 50-70% der Gesamtzeit aus. Dies ist das größte Einsparpotenzial.

Anatomie des Spritzgusszyklus

Um die Zykluszeit effektiv zu optimieren, ist es notwendig zu verstehen, aus welchen Phasen sie besteht und wo das größte Einsparpotenzial liegt.

5 Hauptphasen des Spritzgusszyklus

Jeder Spritzgusszyklus besteht aus fünf Hauptphasen mit unterschiedlichem Zeitverbrauch und Optimierungspotenzial:

Phase	Zeit [s]	% Zyklus	Reduzierungspotenzial
Werkzeugschließen	2,8	8%	Niedrig-Mittel (5-15%)
Einspritzung + Füllung	1,2	3%	Mittel (10-30%)
Nachdruck	8,5	24%	Hoch (20-40%)
Kühlung	22,0	62%	SEHR HOCH (20-50%)
Öffnen + Auswerfen	3,5	10%	Mittel (10-20%)

Fazit: Wie gezeigt, macht die Kühlung 62% des Zyklus aus - der erste Bereich für Optimierung. Selbst eine 27%ige Kühlzeitreduzierung führt zu einer 25%igen Gesamtzyklusreduzierung. In den folgenden Abschnitten besprechen wir im Detail, wie dies zu erreichen ist.

Kühlungsoptimierung (50-70% des Zyklus)

Die Kühlung ist der größte Zeitverbraucher im Spritzgusszyklus und gleichzeitig der Bereich mit dem größten Optimierungspotenzial.

1. Werkzeugtemperaturoptimierung

Problem: Höhere Werkzeugtemperatur = bessere Füllung und Oberflächengüte, aber längere Kühlung. Niedrigere Temperatur = kürzere Kühlung, aber Risiko von Kurzschuss und Oberflächenfehlern.

Lösung: Finden Sie die minimal akzeptable Werkzeugtemperatur (MAMT)

DOE-Methode (Design of Experiments):

1. Basis-Werkzeugtemperatur einstellen (z.B. 50°C für PP)
2. Serien mit Temperaturen fahren: 45°C, 40°C, 35°C

3. Für jede Temperatur überwachen:

   • Benötigte Kühlzeit für Auswurf (ohne Verformung)
   • Oberflächenqualität (Glanz, Textur)
   • Füllung (kein Kurzschuss)
   • Maßhaltigkeit
4. Wählen Sie die niedrigste Temperatur, die alle Qualitätsanforderungen erfüllt

Beispiel: Reduzierung der Werkzeugtemperatur von 50°C auf 40°C (PP)

• Kühlzeitreduzierung: 18s → 14s (-22%)
• Qualitätseinfluss: Minimal (Glanz 85→82, akzeptabel)
• Jährliche Einsparungen: 3,3M Teile × 4s × 0,05€/min = 11.000€

Hinweis: Für einige Materialien (PA, PC) und Anwendungen (optische Teile) ist hohe Werkzeugtemperatur kritisch - kann nicht ohne Qualitätseinbußen reduziert werden.

2. Konforme Kühlung - Kühlungsrevolution

Traditionelle Kühlkanäle in Werkzeugen sind gerade, gebohrt (gerade gebohrte Löcher). Konforme Kühlung nutzt 3D-Druck (additive Fertigung) zur Erstellung von Konturkanälen, die der Kavitätsform folgen und gleichmäßige Kühlung gewährleisten.

Vorteile konformer Kühlung:

• 20-40% Kühlzeitreduzierung (Branchendaten)
• Gleichmäßige Kühlung → weniger Verzug, bessere Maßkontrolle
• Fähigkeit zur Kühlung schwieriger Geometrien (tiefe Rippen, komplexe Formen)
• Höhere Oberflächenqualität (keine Hot Spots)

Herausforderungen:

• Kosten: 15.000-80.000€ zusätzlich für Werkzeug (abhängig von Größe und Komplexität)
• Break-Even: Typischerweise 300.000-1.500.000 Teile
• Technologie: Erfordert erfahrenen Werkzeugbauer mit DMLS/SLM-Fähigkeit

ROI-Beispiel - Automobilstoßfängerwerkzeug:

• Investition: 35.000€
• Zykluszeitreduzierung: 42s → 32s (-24%)
• Jahresproduktion: 800.000 Teile
• Eingesparte Maschinenstunden: 800K × 10s / 3600 = 2.222h
• Wert @ 45€/h Maschinenzeit: 100.000€/Jahr
• Amortisationszeit: 35K / 100K = 0,35 Jahr = 4,2 Monate ✅

3. Präzise Temperaturregelung - TCU ±0,5°C

Standard-Temperaturregelgeräte (TCU) haben eine Genauigkeit von ±2-3°C. Premium-TCU (z.B. Regloplas, Wittmann-Serie) erreichen ±0,5°C.

Warum ist dies wichtig für die Zykluszeit?

• Präzise Temperatur → mehr wiederholbare Erstarrungszeit
• Kann Kühlzeit näher am Minimum reduzieren ohne Variabilitätsrisiko
• Typische Zykluszeitersparnisse: 3-8%

Kosten: Premium-TCU kostet 8.000-18.000€ (vs. 3.000-6.000€ für Standard)

ROI: 12-24 Monate für High-Volume-Produktion

4. Heißkanalsysteme

Detaillierte Abdeckung im Abschnitt Heißkanal vs. Kaltkanal, aber wichtiger Zykluszeitvorteil:

Kaltkanal: Anguss muss vor dem Auswurf abkühlen → zusätzliche 3-8 Sekunden

Heißkanal: Kein Anguss → sofortige Eliminierung von 3-8s aus dem Zyklus

Für High-Volume-Anwendungen (>500K Teile/Jahr) ist Heißkanal ein Game Changer für die Zykluszeit.

Einspritzung und Nachdruck Optimierung

Mehrstufiges Einspritzprofil

Die Einspritz- und Füllphase dauert typischerweise nur 3-8% des gesamten Zyklus, aber die Optimierung dieser Phase hat auch signifikanten Einfluss auf Halte- und Kühlzeit, was sie entscheidend macht.

Anstatt konstanter Einspritzgeschwindigkeit während der gesamten Füllung, verwenden Sie ein 2-5-stufiges Profil:

Stufe	Position [mm]	Geschwindigkeit [mm/s]	Ziel
1	0-15	60	Sanfter Start (kein Jetting)
2	15-85	180	Maximale Füllgeschwindigkeit
3	85-100	90	Sanfter Abschluss

Vorteile: Kürzere Füllzeit (1,8s → 1,3s, -28%), bessere Qualität, gleichmäßigerer Nachdruck.

Anschnittverfestigungserkennung - kritische Technik

Problem: Haltezeit wird oft basierend auf Erfahrung und "zur Sicherheit" eingestellt - oft 2-5 Sekunden länger als tatsächlich benötigt.

Lösung: Anschnittverfestigungszeitstudie

Methode:

1. Haltezeit deutlich zu lang einstellen (z.B. 15s)
2. Serien mit Haltezeit fahren: 12s, 10s, 8s, 6s, 4s, 2s, 0s
3. Für jede Serie 10 Teile wiegen
4. Diagramm zeichnen: Haltezeit vs. Teilegewicht
5. Anschnittverfestigungszeit = Punkt, an dem weitere Haltezeitverlängerung das Teilegewicht NICHT erhöht
6. Produktionshaltezeit einstellen = Anschnittverfestigung + 0,5-1,0s (Sicherheitsmarge)

Typische Ersparnis: 2-5 Sekunden bei null Investition - immer der erste Optimierungsschritt!

Heißkanal vs. Kaltkanal - Wirtschaftlichkeit

Systemvergleich

KALTKANAL:

• Material fließt durch kalten Anguss und Verteiler zur Kavität
• Anguss muss abkühlen → zusätzliche 3-8s Kühlzeit
• Verschwendetes Material (Anguss = 15-40% der Schussmasse)
• Niedrigere Werkzeugkosten (30K-80K€ günstiger)

HEISSKANAL:

• Beheizter Verteiler und Düsen halten Material im Angusssystem geschmolzen
• Eliminierung von 3-8s Kühlzeit für Anguss
• Null Materialverschwendung
• Höhere Anfangskosten: 20.000-150.000€

Beispiel ROI-Berechnung - Automobilbauteil 180g PA6, 2-Fach-Werkzeug

Parameter	Kaltkanal	Heißkanal
Werkzeugkosten	85.000€	133.000€
Zykluszeit	38 Sekunden	33 Sekunden (-13%)
Materialverschwendung	20,9%	0%
Teile/Jahr (3 Schichten)	1.661.000	1.912.000 (+15%)
Jährliche Einsparungen	-	66.900€

Amortisationszeit: €48.000 / €66.900 = 8,6 Monate ✅

Empfehlungen:

• Heißkanal empfohlen: Produktion >500K Teile/Jahr, lange Läufe, teure Materialien
• Kaltkanal akzeptabel: Niedrige Volumina (<200K/Jahr), häufige Material-/Farbwechsel

Fallstudie - Reduzierung von 45→32 Sekunden

Reale Fallstudie einer Optimierung durchgeführt von TEDESolutions für einen polnischen Tier-1 Automobilzulieferer.

Projektprofil

• Teil: Mittelkonsolenabdeckung, ABS+PC, 285g
• Maschine: Tederic NEO.H260
• Jahresproduktion: 420.000 Stück (2 Schichten)
• Basis-Zykluszeit: 45 Sekunden

Optimierungsprogramm (3 Monate)

Phase 1: Low Hanging Fruits (Woche 2-3, 0€ Investition)

• Werkzeugtemperaturreduzierung: 65°C → 60°C → -2,5s Kühlung
• Anschnittverfestigungsstudie → -3,3s Nachdruck
• Erhöhung Schließ-/Öffnungsgeschwindigkeit → -0,7s
• Ergebnis: 45,0s → 38,5s (-14%)

Phase 2: Prozessprofilerstellung (Woche 4-6, 0-5K€)

• 3-stufiges Einspritzprofil → -0,3s
• Nachdruckabfallprofil → -1,2s
• Aggressives Kühlzeitschneiden → -1,7s
• Ergebnis: 38,5s → 35,3s (-8%)

Phase 3: Hardware-Upgrade (Woche 7-12, 22.300€)

• Premium-TCU ±0,5°C (9.800€) → -1,8s
• Kühlkanal-Upgrade (12.500€) → -1,5s
• Ergebnis: 35,3s → 32,0s (-9%)

Endergebnisse

Parameter	Start	Ende	Verbesserung
Zykluszeit	45,0s	32,0s	-28,9%
Teile/Stunde	80	112,5	+40,6%
Cpk (dimensional)	1,28	1,52	+18,8%
Ausschussrate	2,8%	1,2%	-57%

ROI:

• Gesamtinvestition: 37.300€ (22.300€ Hardware + 15.000€ Beratung)
• Jährlicher Nutzen: 70.780€/Jahr (erhöhter Durchsatz, weniger Ausschuss, Energie)
• Amortisationszeit: 6,4 Monate ✅

Wichtigste Erkenntnisse

1. Low Hanging Fruits am wichtigsten: Phase 1 (null Investition) lieferte 14% Reduzierung
2. Anschnittverfestigung kritisch: 3,3s gespart nur durch richtige Haltezeit
3. Kühlung dominiert: 67% der gesamten Reduzierung kam von Kühlungsoptimierung
4. Qualität verbessert: Aggressive Optimierung verschlechterte Qualität NICHT - im Gegenteil (Cpk +18%)

Fehlerbehebung und Fallstricke

Zyklusoptimierung ist eine Balance zwischen Geschwindigkeit und Qualität. Hier sind die häufigsten Probleme und ihre Lösungen:

Problem 1: Verzug nach Kühlzeitreduzierung

Ursache: Teil hat nicht ausreichend verfestigt - innere Spannung verursacht Verformung.

Lösung:

• Zurückgehen: Kühlzeit um 2s erhöhen
• Kühlzeit in 1s-Schritten reduzieren, 50 Teile nach jeder Änderung testen
• Teile sofort und nach 24h messen - vergleichen
• Kühlung in Vorrichtung für heiße Teile erwägen

Problem 2: Einfallstellen nach Haltezeitreduzierung

Ursache: Unzureichendes Nachdrücken - Anschnitt verfestigte zu früh, Material konnte nicht nachfließen.

Lösung:

• Nachdruckdruck erhöhen: +50-100 bar
• Umschaltung optimieren: früherer Wechsel von Einspritzung auf Nachdruck
• Nachdruckzeit leicht erhöhen (um 1-2s)
• Langfristig: Teil für einheitliche Wanddicke umgestalten

Problem 3: Grat nach Einspritzgeschwindigkeitserhöhung

Ursache: Hoher dynamischer Druck öffnet Werkzeug während Einspritzung, Material tritt an der Trennebene aus.

Lösung:

• Schließkraft erhöhen: +10-15%
• Mehrstufige Einspritzung: langsamere Geschwindigkeit am Ende der Füllung
• Einspritzgeschwindigkeit leicht reduzieren
• Werkzeugwartung prüfen: Parallelität, Oberflächenverschleiß

Goldene Regel der Optimierung

"Optimieren Sie aggressiv, aber validieren Sie rigoros"

• Jede Änderung: mindestens 50-100 Teile testen
• Maß-, Sicht- und Funktionsqualität messen
• Cpk überwachen - keine Verschlechterung >10% akzeptieren
• Im Zweifelsfall → zurückgehen und neu bewerten

Zusammenfassung und Fahrplan

Wichtigste Schlussfolgerungen

1. Zykluszeit ist der wichtigste wirtschaftliche Parameter

Reduzierung um 5 Sekunden bei 3 Millionen Teilen/Jahr = 50.000-125.000€ jährliche Einsparungen. In den meisten Fällen ist 10-30% Reduzierung möglich ohne Qualitätskompromisse.

2. Kühlung bietet das größte Potenzial (50-70% des Zyklus)

• Werkzeugtemperaturoptimierung (DOE-Studie)
• Konforme Kühlung (20-40% Reduzierung, ROI 4-12 Monate)
• Premium-TCU ±0,5°C (3-8% Variabilitätsreduzierung)

3. Nachdruckoptimierung - Low Hanging Fruit

Anschnittverfestigungsstudie kann 2-5 Sekunden bei null Investition sparen.

4. Heißkanal ist Durchbruch für hohe Volumina

Eliminierung von 3-8 Sekunden Zykluszeit + null Materialverschwendung. Amortisation <12 Monate für Produktionen >500.000 Teile/Jahr.

5. Moldflow-Simulation ist schnellster Weg zum Optimum

Investition 5.000-15.000€, Ertrag 60.000-200.000€+. ROI oft unter 1 Monat für neue Werkzeuge.

Optimierungs-Fahrplan - Schritt für Schritt

PHASE 1: Niedrigkostenoptimierung (0-2 Wochen, 0€)

1. Anschnittverfestigungsstudie → optimale Haltezeit
2. Werkzeugtemperatur-DOE → MAMT finden
3. Trockenzyklusgeschwindigkeit erhöhen
4. Ziel: 8-15% Reduzierung

PHASE 2: Prozessprofilerstellung (2-4 Wochen, 0-5K€)

1. Mehrstufiges Einspritzprofil
2. Nachdruckabfallprofil
3. Aggressives Kühlzeitschneiden (Qualitätsüberwachung)
4. Ziel: 5-12% zusätzliche Reduzierung

PHASE 3: Hardware-Modernisierung (2-6 Monate, 10K-80K€)

1. Premium-TCU ±0,5°C (8K-18K€)
2. Kühlkanalmodifikationen (5K-25K€)
3. Konforme Kühlung (15K-80K€) - neue Werkzeuge, hohe Volumina
4. Heißkanal (20K-150K€) - für >500K Teile/Jahr
5. Ziel: 10-25% zusätzliche Reduzierung

GESAMTPOTENZIAL: 23-52% Zykluszeitreduzierung bei systematischer Umsetzung aller drei Phasen

Tederic Maschinenfähigkeiten

NEO Serie (hydraulisch): Schließgeschwindigkeit bis 280 mm/s, Wiederholbarkeit <0,5%, responsive Hydraulik für mehrstufige Profile

DREAM Serie (elektrisch): Ultraschnelle Zyklen (400 mm/s), Wiederholbarkeit <0,3%, 30-50% niedrigerer Energieverbrauch, präzise Temperaturregelung ±1°C

Typischer ROI für verschiedene Optimierungen

Optimierungstyp	Investition	Zyklusreduzierung	Amortisation
Nur Prozess (Phase 1-2)	0-5K€	10-20%	Sofort
Premium-TCU	10K-18K€	3-8%	4-14 Monate
Konforme Kühlung	15K-80K€	15-30%	4-18 Monate
Heißkanal	25K-150K€	10-25%	6-24 Monate

Best Practices - Checkliste

✅ Planung

• Mit Zyklusphasenanalyse beginnen - wo ist die Zeit?
• Klare, realistische Ziele setzen (10-30%)
• Kühlungsoptimierung priorisieren

✅ Ausführung

• Schrittweise Änderungen - nicht alles auf einmal
• Rigoros validieren - mindestens 50-100 Teile
• Cpk überwachen - keine Verschlechterung akzeptieren
• Alles dokumentieren

✅ Investitionsentscheidungen

• ROI korrekt berechnen - Wert der Durchsatzsteigerung einbeziehen
• Heißkanal - ernsthaft erwägen für >500K Teile/Jahr
• Konforme Kühlung - bewerten für neue High-Volume-Werkzeuge