Kühlzeit-Rechner
Berechnen Sie die optimale Kühlzeit des Spritzguss-Formteils auf Basis der Wanddicke, Schmelzetemperatur und Werkzeugparameter. Der Rechner verwendet die Ballman-Shushman-Gleichung — eine analytische Methode zur Schätzung der Kühlzeit für den eindimensionalen Wärmefluss durch eine ebene Wand.
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In ARGUS ist die Kühlzeit automatisch mit der Zykluszeit und den Kosten verknüpft
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Wie berechnen wir die Kühlzeit?
Die Kühlzeit des Spritzguss-Formteils ist die Zeit, die der Kunststoff im Werkzeug benötigt, um die sichere Entformungstemperatur zu erreichen — also die Temperatur, bei der das Bauteil ausreichend steif ist, um sich unter dem Einfluss der Auswerfer und des Eigengewichts nicht zu verformen. In der Praxis beträgt die Kühlzeit 50–80 % der gesamten Spritzguss-Zykluszeit und ist damit ein entscheidender Parameter der Produktionswirtschaftlichkeit.
Der Rechner verwendet die Ballman-Shushman-Gleichung — eine analytische Lösung der Fourier'schen Wärmeleitungsgleichung für den eindimensionalen Wärmefluss durch eine ebene Wand. Das Modell setzt symmetrische Kühlung beider Formteilseiten und homogene thermische Materialeigenschaften voraus.
s — Wanddicke [mm]
α — Temperaturleitfähigkeit [mm²/s]
Tm — Schmelzetemperatur [°C]
Tw — Werkzeugtemperatur (Kavitätswandung) [°C]
Te — Entformungstemperatur [°C]
Die Temperaturleitfähigkeit α beschreibt die Fähigkeit des Werkstoffs, Wärme zu leiten, im Verhältnis zu seiner Fähigkeit, thermische Energie zu speichern. Sie ist definiert als α = λ / (ρ × cp), wobei λ die Wärmeleitfähigkeit, ρ die Dichte und cp die spezifische Wärmekapazität ist. Für typische Thermoplaste liegt der Wert α im Bereich 0,07–0,20 mm²/s.
Kühlzeit für gängige Werkstoffe
Die folgenden Werte beziehen sich auf ein Bauteil mit einer Wanddicke von 2,5 mm bei typischen Verarbeitungsparametern. Die tatsächliche Kühlzeit hängt von der Bauteilgeometrie, der Leistungsfähigkeit des Kühlsystems und den Besonderheiten des Werkzeugs ab.
PP — 10–16 s (α ≈ 0.09 mm²/s)
PA6 — 12–18 s (α ≈ 0.10 mm²/s)
PC — 10–15 s (α ≈ 0.11 mm²/s)
POM — 12–20 s (α ≈ 0.09 mm²/s)
HDPE — 14–22 s (α ≈ 0.08 mm²/s)
PET — 8–14 s (α ≈ 0.11 mm²/s)
Die Kühlzeit wächst proportional zum Quadrat der Wanddicke — ein Bauteil mit 5 mm Wanddicke kühlt bei identischen thermischen Bedingungen 4× länger als ein Bauteil mit 2,5 mm. Dies ist eine fundamentale Gesetzmäßigkeit, die sowohl die Zykluszeit als auch die Produktionswirtschaftlichkeit bestimmt.
Die Werkzeugtemperatur hat einen doppelten Einfluss auf die Bauteilqualität: eine niedrigere Temperatur verkürzt die Kühlzeit, kann aber die Oberflächenqualität verschlechtern und innere Spannungen erhöhen. Bei teilkristallinen Werkstoffen (PP, PA, POM) begrenzt zu schnelles Abkühlen die Kristallisation, was die mechanischen Eigenschaften und die Maßhaltigkeit beeinflusst.
Wann mit Vorsicht anzuwenden
Die Ballman-Shushman-Gleichung liefert eine gute Näherung für Bauteile mit gleichmäßiger Wanddicke und symmetrischer Kühlung. Bei Bauteilen mit großen Wanddickenunterschieden, massiven Rippen oder dicken Angüssen kann die tatsächliche Kühlzeit 15–30 % länger sein als der berechnete Wert.
Das Modell berücksichtigt nicht: Kühlasymmetrie (unterschiedliche Temperaturen beider Werkzeugseiten), Kristallisationswärme teilkristalliner Werkstoffe, den Schererwärmungseffekt in der Einspritzphase oder den Einfluss des Nachdrucks auf die Wärmeübergangsbedingungen. Im ARGUS-System wird die Kühlzeit unter Berücksichtigung der vollständigen Bauteilgeometrie, der Maschinenproduktionshistorie und der werksspezifischen Materialdaten ermittelt.
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