Kühlzeit berechnen im Spritzguss
Die Kühlzeit ist meist der größte Teil der Zykluszeit. Sie lässt sich aus Wanddicke, Temperaturleitfähigkeit des Werkstoffs und den drei Temperaturen von Schmelze, Werkzeugwand und Entformung abschätzen. Hier steht die Formel mit einem durchgerechneten Beispiel; den Kühlzeit-Rechner selbst gibt es kostenlos in der Resinovo-App.
Die Formel für die Kühlzeit
Kühlzeit (in der App)
t = s² / (π² × α) × ln(4/π × (TM − TW) / (TE − TW))
s Wandstärke, α Temperaturleitfähigkeit des Werkstoffs, TM Massetemperatur, TW Werkzeugwandtemperatur, TE Entformungstemperatur. Für teilkristalline Werkstoffe rechnet die App optional einen Kristallisationszuschlag.
Rechenbeispiel: PP, 1,5 mm Wanddicke
t = 2,25 mm² / (9,87 × 0,093 mm²/s) × ln(4/π × 200 / 50) ≈ 2,45 s × 1,63 ≈ 4 s
Annahmen wie im App-Screenshot: Massetemperatur 240 °C (obere Verarbeitungstemperatur von PP), Werkzeugwand 40 °C (Mitte des Werkzeugtemperaturbereichs), Entformung bei 90 °C (Datenblattwert der App) und die wirksame Temperaturleitfähigkeit α = 0,093 mm²/s (Raumtemperaturwert mal 0,75, weil die Wärmekapazität zwischen Schmelze und Entformung höher ist). Ergebnis: rund 4 Sekunden. Zum Vergleich: Mit der Faustregel Entformung = Werkzeugwand + 30 K für teilkristalline Werkstoffe (70 °C) ergeben sich etwa 5 Sekunden.
So rechnet die App
Der Kühlzeit-Rechner der App, kostenlos und offline: Werkstoff wählen, Wanddicke eingeben, Ergebnis mit den verwendeten Annahmen ablesen.
Wanddicke wirkt im Quadrat
In der Formel steht die Wanddicke im Quadrat. Bei gleichen Annahmen wie im Beispiel braucht die doppelte Wanddicke (3,0 mm) rund viermal so lange: etwa 16 Sekunden statt 4. Eine gleichmäßige, nicht unnötig dicke Wand ist deshalb der wirksamste Hebel für kurze Zyklen.
Was die Kühlzeit sonst beeinflusst
- Werkstoff: Je größer die Temperaturleitfähigkeit, desto schneller gibt das Teil Wärme ab.
- Massetemperatur: Eine heißere Schmelze verlängert die Kühlzeit, nur logarithmisch, aber spürbar.
- Werkzeugtemperatur: Ein kühleres Werkzeug verkürzt sie, kann aber Oberfläche und Verzug verschlechtern.
- Entformungstemperatur: Je steifer das Teil beim Auswerfen sein muss, desto länger die Kühlzeit.
Die Formel beschreibt eine ebene Wand und Thermoplaste. Duroplaste und Elastomere härten aus, statt abzukühlen. Das Ergebnis ist ein Richtwert: Kühlkanäle, Geometrie und Werkzeugwerkstoff bildet die Formel nicht ab.
Häufige Fragen
Wie berechnet man die Kühlzeit im Spritzguss?
Aus Wanddicke im Quadrat, geteilt durch π² mal Temperaturleitfähigkeit, mal dem Logarithmus des Temperaturverhältnisses aus Masse-, Werkzeugwand- und Entformungstemperatur. Das Beispiel oben rechnet es für PP vor.
Warum wächst die Kühlzeit mit dem Quadrat der Wanddicke?
Die Wärme muss durch die Wand nach außen geleitet werden. Verdoppelt sich der Weg, vervierfacht sich die Zeit, die die Wärme dafür braucht.
Was ist die Entformungstemperatur?
Die Temperatur in der Wandmitte, bei der das Teil steif genug zum Auswerfen ist. Sie hängt vom Werkstoff ab; die App nutzt Datenblattwerte oder eine Faustregel über der Werkzeugtemperatur.
Ersetzt die Formel eine Simulation?
Nein. Sie liefert eine schnelle Abschätzung für die Vorauswahl. Genaue Zykluszeiten ergeben die Abmusterung an der Maschine oder eine Füll- und Kühlsimulation.
Alle Rechner in der Tasche.
Die Berechnungshilfen sind kostenlos. Alles andere mit Resinovo Basic: eine Woche kostenlos testen, danach ab 2,99 € im Monat. Auf iPhone, iPad und Android.