Definition
Zylinder — im Englischen barrel, im Spritzguss-Jargon auch Plastifizierzylinder oder Schneckenzylinder — ist der beheizte Stahlzylinder, der die rückläufige Schnecke in der Spritzeinheit einer Spritzgießmaschine aufnimmt. Hier werden die aus dem Trichter kommenden Granulatkörner gefördert, verdichtet, aufgeschmolzen und zu homogener Schmelze für den nächsten Schuss aufbereitet.
Beim Kunststoff-Spritzguss ist der Zylinder das Bauteil mit dem größten Einfluss auf die Schmelzequalität. Bohrungsdurchmesser, Länge, Heizband-Layout, Innenoberfläche und Verschleißzustand entscheiden, ob das Material mit korrekter Temperatur, Viskosität und Schuss-zu-Schuss-Konsistenz an der Düse ankommt.
Was der Zylinder leistet
In jedem Schuss übernimmt der Zylinder vier Aufgaben:
- Fördern — die rotierende Schnecke schiebt die Pellets entlang der Bohrung.
- Verdichten — die Kanaltiefe der Schnecke nimmt nach vorn ab; Luft wird durch den Trichterhals des Trichter zurückgedrückt, das Material verdichtet sich gegen die Zylinderwand.
- Aufschmelzen — die Energie kommt zu rund 70–80 % aus der Scherung zwischen Pellet, Schneckengang und Zylinderwand, der Rest von 20–30 % aus den Heizbändern außen (siehe Zylinder-Heizbänder).
- Dosieren — vorn am Zylinder schließt die Rückschlagventil (Rückstromsperre) während des Einspritzens, damit die Schmelze in die Düse geschoben wird und nicht über die Gänge zurückleckt.
Der geschmolzene Kunststoff sammelt sich vor der Schneckenspitze und bildet den Schuss. Das nutzbare Schmelzevolumen, das der Zylinder vorhalten kann, ist die Zylinderauslastung, angegeben in Prozent der maximalen Schussgröße.
Zylindergeometrie — Durchmesser und L/D-Verhältnis
Zwei Zahlen definieren einen Zylinder:
- Bohrungsdurchmesser (D) — typisch 18 mm bis 120 mm auf horizontalen Standardmaschinen. Siehe Zylinderdurchmesser.
- Wirklänge (L) — die mit Gängen versehene Länge der Schnecke im Zylinder. Siehe Zylinderlänge.
Ihr Verhältnis L/D ist die Master-Spezifikation der Plastifizierleistung:
| L/D-Verhältnis | Typische Anwendung | Hinweise |
|---|---|---|
| 14–16 : 1 | PVC, PU, thermisch empfindliche Thermoplaste | Kurze Verweilzeit, geringes Degradationsrisiko |
| 18–20 : 1 | Standardmaschinen | Default für ABS, PS, PE, PP |
| 20–24 : 1 | Technische Kunststoffe (PC, PA, POM) | Bessere Mischwirkung, gleichmäßigere Schmelze |
| 24–26 : 1 | Hochleistung, glasgefüllt oder Masterbatch | Beste Homogenisierung; längere Verweilzeit |
Ein höheres L/D-Verhältnis verschafft der Schnecke mehr Gänge zum Mischen und Aufschmelzen, verlängert aber die Verweildauer der Schmelze im heißen Zylinder. Bei thermisch empfindlichen Harzen bedeutet das schnell Degradation, Vergilbung oder Brandflecken — die L/D muss also zur Harzchemie passen, nicht nur zur gewünschten Leistung.
Die Schusskapazität in Gramm skaliert grob mit D²:
Schussvolumen (cm³) ≈ (π / 4) × D² × S × 0,85
Schussgewicht (g) ≈ Schussvolumen × Schmelzedichte
dabei ist D der Schnecken-/Zylinderdurchmesser und S der Einspritzhub. Eine Verdopplung des Zylinderdurchmessers vervierfacht das maximale Schussgewicht bei gleichem Hub.
Heizzonen am Zylinder
Ein moderner Spritzgießzylinder ist in 3 bis 7 unabhängig geregelte Heizzonen über die Länge unterteilt, jede mit einem Heizband und einem Thermoelement im PID-Regelkreis. Ein verbreitetes 4-Zonen-Layout:
| Zone | Lage | Sollwert vs Düse | Aufgabe |
|---|---|---|---|
| Einzug (Zone 1) | Nahe Einzugskehle | −20 bis −40 °C | Sanftes Aufschmelzen; verhindert Brückenbildung |
| Kompression (Zone 2) | Zylindermitte | Stufe Richtung Sollwert | Aufschmelzen durch Scherung + Leitung |
| Dosierung (Zone 3) | Vor der Düse | Auf Sollwert | Homogenisierung, Temperaturgleichmäßigkeit |
| Düse (Zone 4) | Düsenadapter | Auf oder leicht über Sollwert | Verhindert Nachtropfen / Einfrieren |
Die Düsenzone ist meist die heißeste, weil das Polymer dort kaum Verweilzeit hat und jeder kalte Pfropfen den Angusspunkt einfriert. Die Einzugskehle wird wassergekühlt, damit die Hitze nicht zurück in den Trichter wandert und Granulat anschmilzt, das Brücken bildet. Details zu jedem Sollwert in Zylindertemperatur.
Werkstoffe, Metallurgie und Verschleiß
Ein einfach nitrierter Zylinder läuft mit ungefüllten Harzen jahrelang, doch das Bild ändert sich mit abrasiven oder korrosiven Materialien:
- Nitrierte Zylinder — am verbreitetsten. Grundwerkstoff 38CrMoAl o.ä.; Nitrieren erzeugt eine 0,4–0,7 mm tiefe Härtezone, HRC ≈ 60–65. Geeignet für PE, PP, PS, ABS ohne Füllstoff.
- Bimetall-Zylinder — eine verschleißfeste Innenschicht (Eisen-, Nickel- oder Wolframkarbid-basiert) wird im Schleudergussverfahren in das Stahlrohr eingegossen. Schicht 1,5–2,5 mm, HRC 60–72. Pflicht bei glas-, mineral- oder kohlefaserverstärkten Harzen sowie bei korrosiven Materialien (PVC, Fluorpolymere, Flammschutz-Compounds).
- Oberflächenbehandlungen — Verchromen der Bohrung (0,025–0,10 mm) gegen Korrosion, zusätzliche Beschichtungen auf den Schneckengängen.
Verschleiß zeigt sich als allmählicher Verlust an Plastifizierleistung, steigender Zykluszeit, verzögerter Schneckenrückführung und sichtbaren Schwarz- oder Brandstippen. Übersteigt das Spiel zwischen Gang-Außendurchmesser und Zylinder-Innendurchmesser etwa das Dreifache des Ursprungswerts (typisch >0,5 mm radial bei 60 mm Maschine), muss der Zylinder aufgebohrt oder ersetzt werden. Bis dahin zahlt jeder Schuss Tribut bei der Schmelzequalität.
Zylinder und Prozess: Verweilzeit und Schuss-zu-Zylinder-Verhältnis
Zwei Daumenregeln halten den Zylinder im Sweet-Spot:
- Schuss-zu-Zylinder-Verhältnis (barrel occupancy) zwischen 20 % und 80 % der Nennkapazität. Unter 20 % verweilt das Polymer zu lange und degradiert; über 80 % gibt es kein Polster und die Druckregelung wird instabil. Siehe Zylinderauslastung.
- Verweilzeit = (Zylinderkapazität / Schussgewicht) × Zykluszeit. Für die meisten Harze Zielwert 3–8 Minuten maximal. Längeres Verweilen im heißen Zylinder erhöht das Risiko thermischer Degradation. Siehe Verweilzeit.
Den passenden Zylinder für ein Teil zu wählen heißt, das Schussgewicht in einen Zylinder zu legen, in dem beide Kenngrößen im grünen Bereich liegen — nicht einfach die größte verfügbare Maschine zu nehmen.
Verwandte Begriffe
Siehe auch: Zylinderdurchmesser, Zylinderlänge, Zylinder-Heizbänder, Zylindertemperatur, Zylinderauslastung, Schnecke, Düse, Trichter, Rückschlagventil, Verweilzeit, Spritzeinheit, Spritzgießmaschine.
FAQ
Was ist der Zylinder im Spritzguss?
Der Zylinder ist das beheizte Stahlrohr, das die Schnecke einer Spritzgießmaschine umschließt. Granulat tritt aus dem Trichter ein, wird gefördert, verdichtet und über die Länge aufgeschmolzen und verlässt den Zylinder als homogene Schmelze durch die Düse, um die Werkzeugkavität zu füllen.
Welche Funktion hat der Zylinder in einer Spritzgießmaschine?
Der Zylinder beherbergt die Schnecke, überträgt über externe Heizbänder Wärme auf das Material, hält die durch Schneckendrehung und Einspritzen erzeugten Drücke und bildet eine kontrollierte Bohrung, in der festes Granulat zu gleichmäßiger Schmelze richtiger Viskosität und Temperatur wird.
Wie wird die Zylindertemperatur geregelt?
Der Zylinder ist in 3 bis 7 Zonen unterteilt, jede mit Heizband und Thermoelement in einem PID-Regelkreis. Die Sollwerte steigen vom Einzug zur Düse hin, wobei die Einzugszone etwas kühler bleibt (gegen Brückenbildung) und die Düsenzone etwas heißer (gegen Einfrieren).
Was ist ein Bimetall-Zylinder und wann braucht man ihn?
Ein Bimetall-Zylinder hat eine verschleiß- und korrosionsfeste Legierungsschicht (Eisen-, Nickel- oder Wolframkarbid-basiert), die im Schleudergussverfahren in das Stahlrohr eingegossen ist. Er ist Pflicht für glas- oder mineralgefüllte Harze, Kohlefaser-Compounds sowie korrosive Materialien wie PVC, Fluorpolymere und Flammschutz-Typen, in denen ein standard-nitrierter Zylinder in Monaten verschleißen würde.
Welches L/D-Verhältnis ist ideal für einen Spritzgießzylinder?
20:1 ist das praktische Minimum für gleichmäßige Schmelze. Standardmaschinen laufen mit 20:1 bis 22:1; technische Kunststoffe profitieren von 22:1 bis 24:1; thermisch empfindliches PVC oder PU bleibt bei 14:1 bis 18:1, um Verweilzeit zu begrenzen und Degradation zu vermeiden.