Wie berechnet man die richtige TCU-Kapazität für das Spritzgießen?

Beginnen Sie mit dem Prozess, nicht mit dem Produktkatalog

Die meisten TCU-Käufe beginnen am falschen Ort. Jemand öffnet den Katalog eines Lieferanten, sieht sich die Modellpalette an und wählt ein Modell aus, das in etwa den Anforderungen entspricht – in der Regel mit einer zusätzlichen Sicherheitsmarge.

Der bessere Ansatz ist, mit Ihrem Prozess zu beginnen und sich rückwärts zur Spezifikation vorzuarbeiten. Welche Temperatur benötigen Sie? Wie viel Wärme gelangt in die Form? Wie viel muss herauskommen? Welche Durchflussrate sorgt für eine gleichmäßige Temperatur? Sobald Sie diese Zahlen kennen, ist die Auswahl des richtigen Geräts ganz einfach.

Schritt 1: Definieren Sie Ihre Temperaturanforderungen

Dies bestimmt, ob Sie ein Gerät auf Wasser- oder Ölbasis benötigen.

Wasser-TCUs arbeiten in der Regel bei Temperaturen bis zu 90 °C (Druckwassergeräte bis zu 160 °C oder sogar 200 °C). Öl-TCUs sind für Temperaturen von 150 °C bis 350 °C ausgelegt.

Für die meisten Spritzgussanwendungen, bei denen Standard-Thermoplaste (PP, PE, ABS, PA) verarbeitet werden, ist eine Wasserkühlung mit einer Betriebstemperatur von 40–90 °C ausreichend. Technische Kunststoffe wie PEEK, PEI oder PPS erfordern oft Formtemperaturen über 120 °C, was entweder eine Druckwasserkühlung oder eine Ölkühlung erforderlich macht.

Schritt 2: Heizleistung berechnen

Die Heizleistung (in kW) bestimmt, wie schnell die TCU Ihre Form auf Betriebstemperatur bringen kann und wie gut sie den Sollwert während der Produktion hält.

Die Formel für die Erwärmung: Q = (m × c × ΔT) / t

Dabei ist Q die erforderliche Heizleistung in kW, m die Masse der Form in kg, c die spezifische Wärme von Stahl (ca. 0,50 kJ/kg·°C), ΔT die Temperaturdifferenz (Zieltemperatur minus Umgebungstemperatur) und t die gewünschte Aufheizzeit in Sekunden.

Beispiel: Eine 200 kg schwere Form wird in 30 Minuten (1.800 Sekunden) von 20 °C auf 80 °C erhitzt: Q = (200 × 0,50 × 60) / 1.800 = 3,3 kW

Dies ist der Mindestwert für die Aufheizung. Während der Produktion verliert die Form kontinuierlich Wärme an die Umgebung und an das Kühlwasser. Eine praktische Regel: Addieren Sie 30–50 % zum berechneten Aufheizbedarf hinzu. In diesem Beispiel wäre ein 6-kW-Heizgerät angemessen.

Schritt 3: Kühlleistung berechnen

Beim Spritzgießen ist die Kühlleistung oft wichtiger als die Heizleistung. Die TCU muss die Wärme abführen, die der geschmolzene Kunststoff während jedes Zyklus an die Form abgibt.

Die Formel: Q_cool = (m_shot × c_plastic × ΔT_plastic) / t_cycle

Dabei ist m_shot das Schussgewicht in kg, c_plastic die spezifische Wärme des Polymers in kJ/kg·°C, ΔT_plastic der Temperaturabfall des Kunststoffs (Schmelztemperatur minus Auswerfertemperatur) und t_cycle die Zykluszeit in Sekunden.

Beispiel: Spritzgießen von PP mit einer Schussmenge von 150 g, einer Schmelztemperatur von 230 °C, einem Auswerfen bei 80 °C und einem Zyklus von 25 Sekunden: Q_cool = (0,15 × 1,93 × 150) / 25 = 1,7 kW pro Kavität. Für eine Form mit 4 Kavitäten: 6,9 kW Kühlleistung erforderlich.

Schritt 4: Durchflussrate und Druck bestimmen

Die Durchflussrate gewährleistet eine gleichmäßige Temperaturverteilung über alle Kühlkanäle hinweg. Ein zu geringer Durchfluss führt zu Hotspots und einer ungleichmäßigen Teilequalität.

Ein praktischer Ausgangspunkt: Eine turbulente Strömung durch die Kühlkanäle ist für eine effiziente Wärmeübertragung unerlässlich. Dies bedeutet in der Regel eine Mindestströmungsgeschwindigkeit von etwa 1,5–2 m/s.

Für einen typischen Kühlkanal mit 8 mm Innendurchmesser bei 2 m/s: ca. 6 l/min pro Kanal. Für eine Form mit 6 parallelen Kühlkreisläufen: insgesamt 36 l/min Durchfluss erforderlich.

Wichtig: Überprüfen Sie immer die Pumpenkurve bei dem erforderlichen Druck – nicht nur die maximale Fördermenge. Eine Pumpe mit einer Nennleistung von maximal 80 l/min kann bei einem Gegendruck von 4 bar möglicherweise nur 40 l/min fördern.

Schritt 5: Alles zusammenfügen

Für das obige Beispiel würde die Spezifikation wie folgt lauten: Temperaturbereich bis zu 90 °C (Wasser), Heizleistung 6 kW, Kühlleistung mindestens 7 kW bei Ihrem tatsächlichen ΔT und Durchflussrate 36 l/min bei ca. 3 bar.

Dies ist eine klare, prozessbasierte Spezifikation. Vergleichen Sie dies mit „Wir hatten zuvor ein 12-kW-Gerät, bestellen Sie dasselbe“ – was möglicherweise die doppelte erforderliche Heizleistung darstellt, ohne Berücksichtigung von Kühlung oder Durchfluss.

Überspringen Sie die manuelle Berechnung

Die obige Berechnung ist nicht schwierig, erfordert jedoch die Kenntnis Ihrer Prozessparameter und die Zeit, diese durchzuarbeiten. Aus diesem Grund haben wir ein Online-Tool entwickelt, das dies in etwa zwei Minuten erledigt.

Der Boe-Therm TCU-Konfigurator fragt nach Ihrem Anwendungstyp, Material, Formgewicht, Betriebstemperatur und grundlegenden Prozessparametern. Er berechnet die erforderliche Heizleistung, Kühlleistung und Durchflussmenge und empfiehlt eine bestimmte Konfiguration.

Probieren Sie es aus unter boe-therm.com/configurator.