Strohhalme sind keine spektakulären und technisch ausgefallenen Produkte. Dennoch können auch sie preiswürdig sein oder zum Symbol werden.

Strohhalme sind keine spektakulären und technisch ausgefallenen Produkte. Dennoch können auch sie preiswürdig sein oder zum Symbol werden. Weil sie wie andere Einwegartikel aus Kunststoffen in großen Mengen ins Meer gelangen, wurden sie zum Sinnbild für Umweltverschmutzung und die Wegwerfgesellschaft. Hersteller von bioabbaubaren Polymeren haben sie deshalb als ideales Feld für ihre Materialien identifiziert.

Ein solches Produkt, der Strohhalm Phade des US-amerikanischen Herstellers WinCup, wurde nun von der Plastics Industry Association mit dem „Innovation in Bioplastics Award 2020“ ausgezeichnet. Er besteht aus dem Biokunststoff Polyhydroxyalkanoat (PHA) und soll in allen Umgebungen, auch im Meer, vollständig abbaubar sein, ohne Mikroplastikpartikel zurückzulassen. Gerade diese Eigenschaft wird bei bioabbaubaren Kunststoffen immer wieder bezweifelt und ist einer der großen Kritikpunkte an den Materialien. Das ab nächstem Jahr in der EU geltende Verbot für Einwegartikel aus Kunststoffen gilt deshalb auch für den preisgekrönten Strohhalm. Produkte aus bioabbaubaren Kunststoffen sind darin explizit eingeschlossen.

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Im Jahr der Covid-19-Pandemie stehen vor allem digitale Services im Fokus – aber nicht nur

Ein Jahr nach der K haben viele Hersteller von Anlagen, Geräten und Werkstoffen wieder interessante Neuheiten entwickelt, können sie aber wegen der vielen Messe-Absagen kaum der Öffentlichkeit präsentieren. Wir berichten auf diesen Seiten thematisch geordnet über die aktuellen Highlights der Branche und beginnen hier mit dem Spritzgießen.

Die Wittmann Battenfeld GmbH, Kottingbrunn/Österreich stellt ihre Produktneuerungen in diesem Jahr in Form von Videopräsentation vor, die Interessierte u. a. auf dem firmeneigenen Youtube-Kanal anschauen können. Im Zuge der Kreislaufwirtschaft präsentiert das Unternehmen mit dem Ingrinder eine Spritzgießfertigungszelle, die den Kaltkanalanguss unmittelbar als Mahlgut zurück in den Prozess fördert. Dazu entnimmt ein Angusspicker den Anguss aus dem Werkzeug und führt ihn einer Mühle zu. Eine Saugförderanlage transportiert dann zur besseren Durchmischung abwechselnd Mahlgut und Neuware in den Materialtrichter der Maschine. Wittmann Battenfeld demonstriert das Vorgehen mit der Herstellung einer Dose mit Deckel in einem 2+2-fach Werkzeug auf einer SmartPower-Maschine.

Hinsichtlich der Produktionsplanung und -überwachung arbeitet Wittmann Battenfeld mit ICE-flex zusammen. Maschinen und Peripheriegeräte lassen sich über die Schnittstellen Euromap 63 und 77 bzw. Wittmann 4.0/ OPC UA in die MES-Software Temi+ des italienischen Herstellers einbinden (Bild 1). Das für die Kunststoffindustrie konzipierte System bietet neben einem Produktionsplaner auch die Möglichkeit, den Energie- und Materialverbrauch grafisch zu visualisieren sowie Aktoren und Alarmreaktionen zu programmieren. Das neue Frontend erlaubt es zudem, Produktionsaufträge per Drag & Drop zu ergänzen und zu verschieben, Wartungszyklen zu planen und eine wöchentliche Auftragsagenda zu erstellen.

Dass der neue Handlingroboter Wittmann Sonic 131 für kurze Zykluszeiten ab 4 s eingesetzt werden kann, zeigen die Österreicher mit einer schnelllaufenden Verpackungsanwendung. Eine Maschine des Typs EcoPower Xpress 300/1100+ stellt einen Magarinebecher in 4 s her, den der Handlingroboter von oben aus der Maschine entnimmt.

Die Herstellung von Kleinstbauteilen im Reinraum wird mit einer medizintechnischen Anwendung demonstriert. Eine Mikrospritzgießmaschine des Typs MicroPower 15/10 mit einer Schließkraft von 150 kN stellt in einem 8-fach-Werkzeug 2 mg schwere Halteringe für Miniaturschläuche her. Nach einer optischen Qualitätsprüfung werden die Halteringe kavitätengetrennt in Transportbehälter sortiert.

Auf einer vollelektrischen Maschine SmartPower 120/350 wird ein Flüssigsilikonkautschuk (LSR) zu einem Drinktimer verarbeitet. Das 2-fach-Werkzeug von Nexus Elastomer Systems ist mit einem Kaltkanal und der Nadelverschlussregelung Flowset ausgestattet, um eine angusslose und gratarme Bauteilherstellung zu ermöglichen. Eine maschinentechnische Besonderheit findet sich in der Plastifiziereinheit. Deren offene Bauweise ermöglicht eine einfache Integration der LSR-Dosieranlage.

Die Engel Austria GmbH, Schwertberg/Österreich, stellt in diesem Jahr die neue Generation ihrer vollelektrischen Maschinenbaureihe e-mac in den Fokus. Mit der Herstellung von Pipettenspitzen in einem 64-fach-Werkzeug des Schweizer Werkzeugbauers Tanner mit einer Zykluszeit von 6 s zeigt Engel zur Markteinführung einen Prozess, der an den Einspritzvorgang und – aufgrund der langen filigranen Kerne – auch an die Werkzeugbewegungen hohe Präzisionsanforderungen stellt. Am Zyklusende entnimmt ein Linearroboter des Typs viper 20 die Pipettenspitzen aus dem Werkzeug und legt sie nach Kavitäten sortiert ab.

Im Vergleich zur jeweiligen Vorgängerversion präsentieren sich die neuen e-mac-Modelle aufgrund einer optimierten Kniehebelgeometrie wesentlich kompakter. So ist die zur Markteinführung im Oktober vorgestellte Maschine des Typs e-mac 265/180 (Bild 2) mit 1800 kN Schließkraft bei gleichem Öffnungshub 450 mm kürzer als die Vorgängermaschine. Sie zählt damit nach Herstellerangaben zu den kompaktesten vollelektrischen Maschinen ihrer Leistungsklasse. Das neu entwickelte Spritzaggregat weist eine höhere Dynamik auf und steht in drei verschiedenen Leistungsklassen zur Verfügung. Optional können die etablierten Assistenzsysteme wie iQ weight control oder iQ flow control in die Maschine integriert werden. Je nach Anwendung lässt sich eine Automatisierungszelle bestehend aus Qualitätskontrolle, Trayserver oder Boxenwechsler zusammenstellen. Auch hier legt Engel den Fokus vor allem auf einen möglichst kompakten Bauraum.

Prozesssimulation mit smarter Datenverwaltung

Als Vertriebspartner der Coretech System Co. Ltd. aus Taiwan stellt die SimpaTec GmbH, Aachen, im Jahr 2020 eine neue Version der Spritzgießsimulationssoftware Moldex3D vor. Das neue Release umfasst nicht nur neue Funktionalitäten und Verbesserungen in der Abbildung von Sonderverfahren, sondern auch ein benutzerübergreifendes Datenverwaltungssystem. Der verbesserte Solver verkürzt die Berechnungszeiten nach Angaben des Herstellers um mehr als 20 %. Zeit spare der Nutzer auch aufgrund neuer Geometrie- und Netzreparaturfunktionen und weil Konstruktionen sich schneller ändern lassen.

Die neue Cloud-basierte Datenverwaltungsplattform iSLM wurde speziell für Unternehmen der Kunststofftechnik entwickelt. Die Speicherstruktur beruht auf Werkzeugnummern und sichert neben den Simulationsergebnissen Daten wie die Größe von Modellmerkmalen, Anschnitttyp und -größe, Temperiersysteme sowie Abmusterungsparameter. Ein oder mehrere Nutzer können die Daten in der Plattform während des gesamten Produktentwicklungszyklus fortlaufend ablegen.

Im Bereich der Sonderverfahren bietet die neue Version genauere Vorhersagen für RTM (Resin Transfer Molding) und das Schaumspritzgießen mit chemischen Treibmitteln. Für das RTM-Verfahren liegt das Augenmerk auf einer verbesserten Verzugsberechnung. Beim chemischen Schäumen kann sich der Nutzer jetzt auch die Auflösung und Temperatur des aufschäumenden Gases berechnen lassen (Bild 3).

Hohe Qualität durch Viskositätsregelung

Die Firma Priamus System Technologies, Schaffhausen/Schweiz, reagiert auf den Trend zum zunehmenden Einsatz von Biokunststoffen und Rezyklaten mit adaptiven Prozessregelungssystemen, um trotz höherer Prozessschwankungen Bauteile mit reproduzierbarer Qualität herstellen zu können. Das Prozessüberwachungs- und Regelsystem Fillcontrol regelt die Schmelzeviskosität mithilfe eines patentierten Verfahrens automatisch und stellt sicher, dass sich gerade bei der Verarbeitung von Biokunststoffen die Bauteilqualität Zyklus für Zyklus verlässlich innerhalb der vorgegebenen Toleranzen bewegt (Bild 4).

Die Arburg GmbH + Co KG, Loßburg, sieht großes Potenzial in der Digitalisierung, um zum einen die Produktionseffizienz und zum anderen den Kundenservice zu verbessern. Das seit März 2019 verfügbare Kundenportal arburgXworld haben die Loßburger bereits auf der K 2019 mit den zentralen Apps der Basisversion MachineCenter, ServiceCenter, Shop und Calendar vorgestellt. Weitere kostenpflichtige Service- und Überwachungsfunktionen lassen sich kundenspezifisch freischalten. Die App VirtualControl etwa ermöglicht es dem Anwender, die Maschinensteuerung am PC oder Tablet zu simulieren, um Datensätze zu erstellen, Abläufe zu optimieren oder Mitarbeiter zu schulen. Um den Zeitaufwand der Produktionsplanung und Arbeitsvorbereitung zu reduzieren, kann der Kunde mit der MachineFinder-App auf Basis von material- und prozesstechnischen Daten eine passende Schließ- und Plastifiziereinheit auswählen.

Daten zum Produktionsverlauf lassen sich über das optional erhältliche Maschinendashboard in Form von Trenddiagrammen visualisieren. Auch das Arburg Leitrechnersystem ALS (das firmeneigene MES) kann der Kunde in das Dashboard integrieren. Neben der Produktionsplanung und der Erfassung von Produktionsdaten ermöglicht das System die Rückverfolgbarkeit von Bauteilen, wie Arburg auf der K 2019 mit der Herstellung von Sonnenbrillen gezeigt hat.

Zu Beginn der Corona-Pandemie hat Arburg zusammen mit dem Schweizer Kunststoffhersteller Ems-Chemie und Uvex die Fertigungszelle adaptiert und zur Herstellung zertifizierter Schutzbrillen eingesetzt. Neben der Herstellung von 2K-Mund-Nase-Schutzmasken aus LSR und PP stellt dies eines von zwei Projekten zur Herstellung von Schutzausrüstung dar. Die Corona-Pandemie hat jedoch auch Auswirkungen auf digitale Servicedienstleistungen des Maschinenherstellers. So ist jetzt eine digitale Maschinenabnahme möglich, bei der ein Arburg-Mitarbeiter über ein Tablet mit dem Kunden das Lastenheft durchgeht, bevor die Maschine beim Kunden in Betrieb genommen wird (Bild 5).

Der Spritzgießmaschinenhersteller Dr. Boy GmbH & Co. KG, Neustadt-Fernthal, erweitert sein Portfolio im Bereich der Vertikalmaschinen (Umspritzautomaten), die sich besonders für das Umspritzen von Einlegeteilen eignen. War der Maschinentyp bisher nur mit einer maximalen Schließkraft von 550 kN verfügbar, hat Dr. Boy nun die Baureihe mit der Boy 60 E VV um eine 600 kN Maschine ergänzt.

Die Umspritzautomaten (Bild 6) zeichnen sich durch die feststehende untere Platte, eine ergonomisch günstige Tischhöhe von 975 mm sowie eine gute Zugänglichkeit zum Werkzeug von allen vier Maschinenseiten aus. Kompakte Abmessungen von 3,21 m² und großzügiger Freiraum auf dem hinteren Maschinengestell für Peripherie- und Anbaugeräte gewährleisten vielfältige Integrationsmöglichkeiten für Automatisierungseinrichtungen. Standardmäßig hat Dr. Boy die Maschinen mit einem energieeffizienten Servoantrieb und der Steuerung Procan Alpha ausgestattet.

Zur Markteinführung steht zunächst eine Plastifiziereinheit mit maximalem Dosiervolumen von 166,3 cm³ zur Verfügung. Zukünftig sollen auch drei kleinere Spritzeinheiten und insgesamt acht unterschiedliche Schneckendurchmesser zur Verfügung stehen.

Bild1. Maschinen- und Peripherietechnik lassen sich in die MES-Software Temi+ einbinden, die nun u. a. eine Produktionsplanung per Drag & Drop erlaubt

Bild 2. Baureihe e-mac: Die Spritzgießmaschinen der neuen Generation kombinieren kompakten Bauraum mit hoher Flexibilität

Bild 4. Fillcontrol: Das Prozessüberwachungs- und Regelsystem erkennt und analysiert Viskositätsschwankungen bei der Verarbeitung von Biokunststoffen und zielt darauf, sie zu kompensieren

Bild 5. Bei einer Remote-Maschinenabnahme bespricht ein Arburg-Mitarbeiter über ein Tablet alle Anforderungen mit dem Kunden 

Bild 6. Mit der neuen Boy 60 E VV wird der Schließkraftbereich für Umspritzautomaten jetzt bis 600 kN ausgedehnt

Bild 3. Für das Schaumspritzgießen unterstützt Moldex3D 2020 die Analyse der Auflösung und Temperatur des aufschäumenden Gases 

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Spritzgießen

Kunststoffverarbeitung: Verfahren

Spritzgießmaschinen, Spritzpressen

Kunststoffverarbeitungsmaschinen

Industrie 4.0 für die Kunststoffverarbeitung

Industrie 4.0

Spritzgießmaschinen

Kunststoffverarbeitung: Maschinen und Komponenten

Innovationen in der Werkzeugtechnik erhöhen Qualität und Produktivität

Das Spritzgießwerkzeug bestimmt maßgeblich die finale Bauteilqualität und die Produktivität des Prozesses. Neben der durchdachten Auslegung des Bauteils gehören dazu auch eine pfiffige Werkzeugtechnik, eine ausgefeilte Schmelzeführung sowie eine effiziente und homogene Abfuhr der Schmelzewärme.

Ob Heißkanal, Normalien oder Temperiertechnik: Die Anbieter und Zulieferer aus dem Umfeld des Werkzeugbaus werden branchen- und materialübergreifend den steigenden Anforderungen an die Qualität und Produktivität gerecht und zeigen neue Konzepte, um die Bauteilherstellung ressourcenschonend und zeiteffizient zu gestalten. Der Trend zur Modularität spiegelt sich auch hier in den Entwicklungen sowohl für Kleinst- als auch Großbauteile wider, die anwendungsfreundlich in die eigene Produktion integriert werden können.

Drei neue Produktlinien für mehr Übersicht

Mit den Produktlinien base.line, high.line und eco.line grenzt die gwk Gesellschaft Wärme Kältetechnik mbH ihre Temperiergeräte künftig deutlicher in Effizienz und Ausstattungsgrad voneinander ab. Der Meinerzhagener Kühl- und Temperiertechnikexperte setzt sich dabei insbesondere mit der eco.line für eine langfristig wirtschaftliche und CO2-neutrale Produktion ein. Die kompakten Temperiergeräte unterscheiden sich im Wesentlichen durch die verwendete Pumpentechnik, das Bedienkonzept und den möglichen Individualisierungsgrad.

Die universelle Temperiergerätelinie base. line orientiert sich hinsichtlich Effizienz und Bedienkomfort am bisherigen, kosteneffizienten Marktstandard mit Peripheralrad-Pumpentechnik. Ebenfalls mit Peripheralradpumpe ausgestattet, zugleich mit höherem Bedienkomfort, 7“ Multi-Touch Display und Langzeitgarantie auf die Heizpatrone, sind Temperiergeräte in der Produktlinie high.line. Die nachhaltige Gerätelinie eco.line wiederum verfügt über hocheffiziente Zentrifugalpumpen.

Die neue Website <a href="http://www.temperiergeraete.com">www.temperiergeraete.com</a> mit Produktfinder und Filtermöglichkeiten ermöglicht einen schnellen Überblick über die Leistung, Ausstattung und voraussichtliche Lieferzeit der gwk-Temperiergeräte.

Verbesserter Leckageschutz durch Vorspannung

Mit der MasterShield-Technologie (Bild 1) stellt die Mold-Masters Europa GmbH,Baden-Baden, eine zum Patent angemeldete Federkonstruktion vor, die die Düse auf den Verteiler vorspannt. Dadurch wird laut Hersteller die Dichtcharakteristik verbessert, was eine größere Zuverlässigkeit während der Produktion durch einen optimierten Leckageschutz bei Kaltstarts sowie im Falle einer unbeabsichtigten Überhitzung ermöglicht. Die Konstruktion sorgt für eine konstantere Vorspannung, die das Risiko einer Plattendurchbiegung von ± 100 °C der Verarbeitungstemperatur verringert. So können übermäßige Belastungen des Formenbaus vermieden werden. Zudem erlaubt der Einbau auch größere Toleranzen für Werkzeugmacher bei der Plattenherstellung.

Die Federkonstruktion steht als Standardkomponente für alle Mold-Masters Heißkanallösungen für Verpackungen zur Verfügung. Dazu gehören Sprint-Heißkanalsysteme (Kappen und Verschlüsse) sowie die ThinPAK-Series für Hochdruck-Dünnwand-Verpackungen.

Auch in der Familie der zylindrischen Anschnitte für Nadelverschlüsse findet sich mit Accu-Valve GX ein Neuzugang. Dieser zeichnet sich durch einen Anschnitteinsatz mit integrierter Nadelführung aus, der die Wartung vereinfacht. Der Anschnitteinsatz kann nachbestellt und ausgetauscht und somit das Nacharbeiten von Anschnittbohrungen vermieden werden. Die kompakte 3-mm-OD-Spitze (1,0 mm Anschnitt) passt auf eine Vielzahl von Teilen. Obwohl dieses Design einen doppelten Anschnittring erzeugt, da die Konturgebung und Texturierung der Spitze möglich sind, kann der visuelle Einfluss des Anschnitts auf die Teileoberfläche minimiert werden.

Schlanker und energieeffizienter mit besserer Schmelzeführung

Um die Temperaturverteilung in der Düse energieeffizient exakter zu steuern, führt die Günther Heisskanaltechnik GmbH, Frankenberg, ihre neue BlueFlow-Düsenserie mit einem größeren Schmelzekanal-Durchmesser von 8 mm in den Längen 30, 50, 60, 80, 100, 120 und 150 mm ein (Bild 2). Das hessische Unternehmen setzt dabei auf die Dickschicht-Technologie, mit der Heizleiterbahnen in Breite und Durchmesser enger sowie in präziseren Abständen zu den einzelnen Heizwindungen positioniert werden können. Damit kann die Temperaturverteilung in der gesamten Düse genauer gesteuert werden. Da der Dickschicht-Auftrag nur ca. 20 µm beträgt, ließ sich die neue Düsenserie mit einem Schmelzekanal-Durchmesser von 8 mm realisieren. Mit Kundenversuchen hat Günther in einer Verpackungsanwendung eine beeindruckende Reduktion des Energiebedarfs von 23 % nachgewiesen, was in der Serienanwendung erhebliches Einsparpotenzial bedeutet.

Zusätzlich bietet der Heißkanalhersteller neue Umlenkeinheiten für eine bessere Schmelzeführung an. In seinem Technikum führt das Frankenberger Unternehmen unter anderem Material- und Fließtests unter Produktionsbedingungen sowie thermische Simulationen durch, um eine schmelzeschonende und homogene Temperaturverteilung zu gewährleisten. Die Untersuchungen führten zur Entwicklung der neuen fließoptimierten Standardumlenker mit hochgenauen Oberflächen in den schmelzeführenden Kanälen. Zudem haben sie den praktischen Vorteil, dass man sie bei Verschleiß oder zur Reinigung leicht und schnell wechseln kann. Neben Umlenkern sind Stopfen zum Verschließen der Verteilerkanäle von entscheidender Bedeutung. Günther bietet hier ein umfassendes Sortiment mit Schräg- und Konturstopfen für Nadelverschlussanwendungen und offene Systeme an, die die Schmelze durch ihre Oberflächengeometrie sanfter umlenken und einen guten Zugang zum Schmelzekanal im Reinigungsfall ermöglichen.

Direkte seitliche Anspritzung mit offenen Heißkanälen

Mit der neuen offenen seitlichen Heißkanaldüse der Thermoplay S.p.A., Pont St. Martin/Italien, hat das Düsenportfolio der Molding Solutions Gruppe von Barnes Zuwachs erhalten. Die neuen Düsen werden in radialer und linearer Ausführung (TFS-Radial und TFS-Linear) angeboten und eignen sich insbesondere für Formteile, die einen kosmetischen Anspritzpunkt erfordern oder deren optimale Einspritzposition im rechten Winkel zur Werkzeugöffnungsrichtung liegt. Anwendungsbeispiele stellen hier medizinische Artikel wie Spritzen, Kappen und Kanülen dar, aber ebenso Produkte aus den Bereichen Personal Care, Caps & Closures, Verpackung sowie elektronische und technische Teile. Durch die direkte Anbindung und den Einsatz spezieller Heizelemente können Materialeinsparungen und eine homogene Temperaturverteilung erwartet werden.

Anhand eines neu entwickelten Befestigungssystems verspricht Thermoplay für beide Versionen einen raschen Ein- und Ausbau. Der Düsenkörper wird zunächst in die düsenseitige Formplatte eingebaut, danach erfolgt die Montage der Düsenspitze, die in die Kavität eingeschoben wird. So können auch ungeteilte Formeinsätze verwendet werden. Der Wechsel der Düsenspitzen kann zudem im kalten Zustand direkt in der Spritzgießmaschine erfolgen – ohne Demontage des Werkzeugs.

Die lineare Ausführung der Düse ist mit 2+2 oder 4+4 parallelen Düsenspitzen ausgestattet, die einen minimalen Anspritzpunktabstand von 16 mm aufweisen. In der radialen Bauweise sind Düsen mit ein, zwei oder vier Düsenspitzen erhältlich. In der Version TFS-Linear wird zudem mit einem ausgeklügelten System die Wärmeausdehnung in Längsrichtung kompensiert (Bild 3). Mit der neuen Düse können die meisten handelsüblichen Polymere (PP, PE-HD, PS-HI, PMMA, POM, PC und viele andere) verarbeitet werden.

Schlierenbildung, Lufteinschlüsse, Brandstellen und Bindenahtfehler an Spritzgießprodukten beeinflussen die Bauteilqualität und führen meist zu hohen Ausschussraten. Diese Fehler können häufig auf Entlüftungsprobleme zurückgeführt werden, die die Fondarex SA, St.-Légier, Schweiz, mit einem Vakuumsystem lösen will.

Die überarbeitete Fondarex Plast erzeugt in der Kavität ein Vakuum, das einerseits den Füllwiderstand senkt, sodass für die Kavitätsfüllung weniger Druck benötigt wird, und andererseits Ausgasungen von Additiven direkt absaugt. So lässt sich eine Belagbildung vermeiden, wodurch sich Reinigungsintervalle der Spritzgießform verlängern können. Die Integration der Vakuumtechnik sei einfach; auch bereits bestehende Formen können nach Firmenangaben nachgerüstet werden (Bild 4). Fondarex wird in Deutschland und den Niederlanden von der Fimro GmbH (siehe S. 29) vertreten.

Der Heißkanalhersteller Witosa GmbH aus Frankenberg erweitert sein Portfolio mit der ab September 2020 erhältlichen Heißkanaldüse DB-R (Bild 5) zur Einzelanwendung um ein neues Bauteilkonzept. Sie verfügt dank eines neuen Heizungsverlaufs über eine homogenere Temperaturführung bei gleichzeitig hoher Stabilität gegenüber dem Anlagedruck an der Spritzgießmaschine. Eine verbesserte Isolierung und die kleine Anlagefläche zum Spritzgießwerkzeug verringern die Wärmeübertragung, was sich positiv auf Zykluszeit und somit Produktivität auswirkt.

Witosa verspricht für die neue Düse 100-%-ige Leckagesicherheit schon im nicht aufgeheizten Zustand, sodass Reparaturen aufgrund von Fehlbedienung beim Aufheizen vermieden werden können. Zudem ist die neue Düse wartungsfreundlich gestaltet; so kann der Spitzenwechsel im aufgeheizten Zustand direkt in der Spritzgießmaschine erfolgen, was wartungsbedingte Ausfallzeiten verkürzt.

Die neuen Heißkanaldüsen eignen sich sowohl für die Verarbeitung von Standardkunststoffen als auch für technische Kunststoffe sowie glasfaserverstärkte Materialien. Sie sind kompatibel mit allen marktüblichen Witosa-Düsenspitzen und mit einer Regelstelle einsetzbar. Die Düse kann standardmäßig mit den Durchmessern 16 mm bis 40 mm und in einer Länge von 40 mm bis 240 mm geliefert werden, Sonderlängen sind auf Anfrage möglich.

Die Elotech Industrieelektronik GmbH, Hilden, entwickelt und fertigt seit 25 Jahren Elektronik- und Software-Komponenten für Heißkanalsteuerungen und will nun mit eigenen Steuerungen auf Basis ihres Regelalgorithmus technologische Standards setzen. Der Hersteller verspricht mit der Regelung beispielsweise das Aufheizen von Düsen von 20 auf 250 °C in wenigen Sekunden mit geringen Überschwingern, sodass die Maschinenanfahrzeit deutlich verkürzt werden kann. Die PID-Selbstoptimierung (Proportional-Integral-Differential) und ständige Nachberechnung der PID-Parameter im Millisekunden-Takt ermöglichen eine schnelle Regelung mit geringer Überschwingung, was die Düsenbelastung während des Aufheizvorgangs verringert und so Schäden vermeidet.

Elotech bietet je nach Anwendungsfall die Heißkanalsteuerungen in den Ausbaustufen RT1000, RT4000 und RT7000 (Bild 6) an. Alle drei Systeme besitzen die gleichen PID-Regelalgorithmen, wobei die Anzahl der zu regelnden Heizzonen von 1 bis zu 48 (ab 2021) je nach Modell variiert. Bei der größten Variante sind zwei 48-Zonen-Einheiten auch kaskadierbar, sodass die Verbundaufheizung übergeordnet eingesetzt werden kann.

Die Heißkanalsteuerungen lassen sich mit umgebenden Systemen über Profibus, Profinet oder OPC UA verbinden. Für die RT4000- und RT7000-Familie stehen zudem jeweils für die Remote-Bedienung und -Wartung der integrierte Web-Server oder die VNC-Viewer-App zur Verfügung. Durch die maschinenlesbare semantische Beschreibung der Maschinendaten sind neue Anwendungsfälle möglich, die als kundenspezifische Lösung angefragt werden können.

Kleinste Schiebereinheit noch kleiner (und größer)

Die Meusburger Georg GmbH & Co KG, Wolfurt/Österreich, ergänzt ihre 2018 vorgestellte kompakte TT-Schiebereinheit E 3310 mit Schieberflächen von 12 x 10 mm und 15 x 12 mm nach oben und unten mit den neuen Größen 18 x 14 mm und 8 x 6 mm. Durch einbaufertige Schiebereinheiten lassen sich generell bereits in der Konstruktion sowie bei der Werkzeugherstellung die Kosten reduzieren. Der mitgelieferte Anschlag stoppt den Schieber auch bei hohen Geschwindigkeiten präzise. Die kompakten Schiebereinheiten können platzsparend direkt im Einsatz oder in der Formplatte eingesetzt werden, wodurch komplexe Geometrien oder auch die Integration von Schiebern in Wechselformen umsetzbar werden. Zudem können Schieber und Führung zusammen montiert und demontiert werden.

Der Begriff „TT“ leitet sich aus den T-Führungen im Schieber und im Schließkeil ab. Damit wird eine bessere Kraftübertragung bei hohen Spritzdrücken erreicht. Der DLC-beschichtete Stahlschieber (aus 1.2343 mit 52 HRC) bietet neben einer hohen Verschleißfestigkeit auch gute Gleiteigenschaften. Dank der ESU-Güte eignen sich die Schieber zudem für Hochglanzpolituren. Die Schiebereinheiten können inklusive der Einbauräume mit dem Download der CAD-Datei eingeplant werden und tragen zu einer kompakten Bauweise im Werkzeug bei (Bild 7).

Auswerferelemente gehören zu den höchst beanspruchten Bauteilen im Werkzeug und sind für die Werkzeugfunktion und Formteiloptik von großer Bedeutung. Die Hasco Hasenclever GmbH + Co KG, Lüdenscheid, erweitert nun das Angebot um die neuen gehärteten und nitrierten Auswerferhülsen Z458. Sie verfügen über einen stufenlosen Übergangsbereich zur Führungsbohrung, der Beschädigungen an den Auswerferstiften bei längeren Hüben vorbeugt, vereinfachen die Montage der Auswerferstifte und bieten durch die Nitrierschicht einen höheren Reibungskoeffizienten sowie verbesserten Korrosionsschutz.

Im Bereich der Temperierelemente stellt der Normalienhersteller wiederverwendbare Verschlussstopfen zur Konfektionierung von gebohrten sich kreuzenden Kühlkreisläufen vor. Die Verschlussstopfen Z9425 eignen sich sowohl zum Verschließen von Temperierbohrungen nach außen hin als auch zum Unterteilen bzw. Umlenken des Temperiermediums innerhalb des Temperierkreislaufs. Sie werden mit einer Befestigungsschraube mit Torx-Geometrie ausgestattet, die die Positionierung der Stopfen erleichtert (Bild 8). Das Torx-Profil gewährleistet eine bessere Kraftübertragung der Drehmomente, ohne das Innenprofil zu beschädigen. Unter vertikalen Einbaubedingungen empfiehlt es sich, die Verschlussstopfen vor der Montage durch Eindrehen der Torx-Schraube auf ein geringes Übermaß zu bringen, um die Reibung zur Bohrungswand auszunutzen. Bei der Montage werden die Verschlussstopfen in die Bohrung geschoben und an vorgesehenen Stellen durch Spreizen des O-Rings fixiert; daher lassen sie sich einfach montieren bzw. demontieren. Durch den Einsatz von Viton-O-Ringen sind die Verschlussstopfen druckfest bis 10 bar, temperaturbeständig bis zu 180 °C und weisen eine hohe Korrosionsbeständigkeit auf.

Zudem erhält das Zentrierflanschprogramm Zuwachs mit den neuen Varianten Z7511 und Z7516 (mit Befestigungsbohrungen) für die Düsenseite. Sie sind in verschiedenen Größen mit Innendurchmessern von 26 und 36 mm lieferbar. Die Zentrierflansche sind nun ergänzend zur standardmäßigen 4-mm-Maschinenführungslänge zur besseren Führung und Vereinfachung von Rüstvorgängen bei allen Varianten ebenfalls mit einer maschinenseitigen Führungslänge von 8 mm erhältlich.

Elektronisches Durchfluss- und Temperatur-Messgerät für die Temperierung

Zur Herstellung qualitativ hochwertiger Kunststoffteile spielt die Temperierung der Spritzgießwerkzeuge und damit der regelmäßige Soll/Ist-Vergleich der Temperierung eine bedeutende Rolle. Dazu bietet die Nonnenmann GmbH aus Winterbach seit Juli 2020 ein elektronisches Messgerät an, das Durchflussmenge und Temperatur des Temperiermediums erfasst. Der Sensor lässt sich per Plug & Play an den zu prüfenden Temperierkanal anschließen, sodass auch Messungen ohne aufwendige Vorbereitung möglich sind (Bild 9).

Das Gerät ist einsetzbar als Stand-Alone-Lösung zur vorbeugenden Wartung, zur Maschinenkommunikation und zur automatischen Überwachung im Produktionsprozess. Im Zuge der Erstbemusterung eines Werkzeugs können beispielsweise Kennwerte für den Neuzustand als Referenzwerte ermittelt und dokumentiert werden. Durch die Programmierung von Grenzwerten kann auch eine Warnung bei Über- oder Unterschreiten im Produktionsbetrieb erfolgen. Damit kann die Temperierung sowohl des kompletten Werkzeugs als auch einzelner Kreisläufe, z. B. eines kritischen Kanals, berwacht werden. Alternativ zum Stand-Alone-Betrieb lässt sich das Messgerät auch über M12-Stecker mit der Spritzgießmaschine verbinden, sodass die Signalübergabe über die Schnittstelle IO-Link möglich wird.

Der mechatronische Durchflusssensor ist geeignet für Durchflusswerte im Messbereich von 0,5 bis 25 l/min. Er kann eingesetzt werden für Medientemperaturen von –10 °C bis +100 °C, ist für eine Druckfestigkeit von 40 bar ausgelegt und zur Verwendung mit Wasser sowie Temperieröl geeignet. Die Messungen erfolgen in Schritten von 0,1 l/min und 1 °C. Das Messgerät wird standardmäßig zur raschen Anwendung mit einer Schnellkupplung Euro-Profil mit Durchflussdurchmesser 9 mm vormontiert und inklusive Adapterkupplungen für kleinere Anschlüsse (6 mm) geliefert. Um Spritzgießwerkzeuge mit verringerten Durchflusswerten wieder produktionsfähig zu machen, bietet das Unternehmen Reinigungsgeräte der Serie PropNew an.

Automatisierte Reinigung von Temperierkanälen

Mit dem neuen Modell SPM123 bietet die Fimro GmbH, Langenstein, die Möglichkeit, Temperierkreisläufe künftig automatisiert zu reinigen. Basierend auf den Vorgängermodellen ist die Anlage nun ausgestattet mit einer SPS, die anwendungsbezogen eigene Reinigungsprogramme erstellen kann.

Die mobile Ausführung der Anlage mit integrierter Auffangwanne ermöglicht die Reinigung an unterschiedlichen Stationen in der Produktion und erspart somit einen aufwendigen Werkzeugtransport. Bis zu sechs Temperierkreise lassen sich nun parallel reinigen, wobei der integrierte Durchflussmesser Aufschluss über die Reinigungsergebnisse je Kreis gibt (Bild 10). In Kombination mit einer Druckerhöhungspumpe, die die Dichtigkeit überprüft, ermöglicht die Anlage die Wartung und Dokumentation pro Form.

Zusätzlich zur Dokumentation der Reinigungsergebnisse nach Temperierkreis überwacht die Anlage auch die Verschmutzung des eigenen Filters und gibt dem Anwender jeweils eine aktuelle Übersicht über die notwendigen Wartungsintervalle. Durch eine integrierte Konzentrationsmessung der Reinigungschemikalien wird auch der Badwechsel nach Bedarf bestimmt, um die volle Reinigungswirkung bei möglichst geringem Chemikalienverbrauch zu gewährleisten.

Schnelle Designentscheidungen mit detailgetreuer Texturfolie für Prototypen

Die auf Oberflächenstrukturierung spezialisierte Reichle Technologiezentrum GmbH, Bissingen/Teck, stellt als Erweiterung zu ihrem bestehenden Angebot nun die Applikation vor, Prototypen flexibel mit einem nahezu realen Abbild der gewünschten Narbung oder Textur zu versehen. Diese Designmerkmale werden nicht durch die Bearbeitung der Oberflächen von Prototypenwerkzeugen erzielt, sondern durch die Applikation von speziellen Prototypenfolien. Basierend auf digitalen Narb- und Texturdateien können laut Reichle Folien in nahezu beliebiger Farbe und Dicke detailgetreu hergestellt und auf die Prototypenbauteile aufkaschiert werden. Ein entsprechendes Mapping, das bei geometrischen Texturen notwendig ist, wird dabei berücksichtigt, sodass auch Strukturausläufe und Narbtiefenreduzierungen auf den Prototypen ersichtlich sind (Bild 11).

Begleitend dazu bietet Reichle die Prototypenherstellung mit 3D-Druck oder Fräsen von Clay-Modellen an. Diese können dann im Fahrzeug oder am Produkt verbaut werden und hinsichtlich der Optik und der Haptik in der Anwendungsumgebung professionell beurteilt werden. So können Designentscheidungen bereits frühzeitig in der Produktentwicklung getroffen werden, was zu erheblichen Kosteneinsparungen führen kann. Die gewählte Struktur lasse sich dann nach Freigabe des Anwenders schließlich aufgrund der digitale Prozessketten 1 : 1 in die Serienspritzgießform übertragen.

Kompakte Nadelverschlusslösung für Kleinspritzgießmaschinen

Das L2X-Mikro Heißkanalsystem der Ewikon Heißkanalsysteme GmbH, Frankenberg, ist ab sofort als kompakte 4-fach-Version mit Nadelverschlusstechnik für Schussgewichte um 0,05 g erhältlich. Um die hohe thermische Leistungsfähigkeit bei der Verarbeitung von Standardmaterialien ebenso wie von technischen Thermoplasten mit engen Prozessfenstern zu gewährleisten, sind die Heißkanaldüsen mit einer direkten Wendelrohrpatronenheizung ausgestattet, die in Ausfräsungen im schmelzeführenden Druckrohr geführt wird. Das resultiert in einer schlanken Düse mit nur 10 mm Außendurchmesser und 3 mm Schmelzekanaldurchmesser, die leckagesicher in den Verteiler eingeschraubt wird. Die spezielle Schraubtechnik mit Überwurfmutter erlaubt eine freie Drehung der Düse bis zum endgültigen Fixieren der Schraubverbindung und damit eine präzise Positionierung der Anschlusskabel, sodass der benötigte Einbauraum minimiert wird. Das System nutzt die Hubplattentechnik für die synchrone Betätigung aller Verschlussnadeln (Bild 12). Aufgrund des kompakten Designs der Antriebstechnik kann es in alle gängigen Formgrößen für Kleinspritzgießmaschinen integriert werden.

Die vollbalancierten Verteiler haben eine Kantenlänge von 55 x 55 mm. Damit werden die Gesamtfließweglänge und das Schmelzevolumen im System reduziert. Dies ist besonders bei Anwendungen mit kleinen Schussgewichten und verweilzeitkritischen Materialien vorteilhaft. Für den Einsatz auf Kleinspritzgießmaschinen ist das System ausschließlich als komplette Heiße Seite in 4-fach-Ausführung erhältlich. Das Düsenraster beträgt 30 x 30 mm. Um höherfachige Systeme mit Standard-Formaufbauten zu realisieren, können auch mehrere der 4-fach-Nadelverschlussmodule mit einer gemeinsamen Hubplatte und einer Überverteilung kombiniert eingesetzt werden. Ein 16-fach-System kann so mit einer minimalen Formgröße von 256 x 346 mm zusammengestellt werden. Da die Überverteilung einfach gehalten werden kann, bleibt auch bei einer solchen Konfiguration der Vorteil der kurzen Fließweglängen bestehen.

Bild 4. Mit einem optionalen Dichtring (schwarz) und entsprechender Vakuumanbindung können Formteile mit aktiver Entlüftung hergestellt werden

Bild 5. Einzeldüse DB-R: links mit Düsenspitze, rechts mit Vorkammer

Bild 6. Vielzonenregler: Das System überdeckt in der höchsten Ausbaustufe eine große Bandbreite von 8 bis 48 Zonen

Bild 7. Das Einbaubeispiel zeigt die kompakten Maße der TT-Schiebereinheit am CAD-Modell

Bild 8. Die mit Viton-O-Ringen ausgestatteten Verschlussstopfen werden durch eine Torx-Schraube befestigt 

Bild 9. Die Messung von Durchflussmenge  und Medientemperatur am Rücklauf ermöglicht Rückschlüsse auf die Ursachen bei Abweichungen

Bild 1. Die Sprint-Heißkanalsysteme zur Herstellung von Kappen und Verschlüssen enthalten jetzt standardmäßig den MasterShield-Leckageschutz

Bild 10. Mit der mobilen Reinigungsanlage lassen sich bis zu sechs Kreisläufe parallel reinigen

Bild 11. Detailaufnahme eines Prototypenbauteils mit drei unterschiedlichen Texturen. Sichtbar sind die erzielbare Oberflächenstruktur und der Texturauslauf 

Bild 12. Das 4-fach-Heißkanalsystem mit Nadelverschluss für Kleinspritzgießmaschinen erlaubt die verweilzeitoptimierte Verarbeitung von Bauteilen mit geringem Schussgewicht

Bild 2. Die Standardisierung der Dickschicht-Technologie ermöglicht die Erweiterung der BlueFlow-Düsenserie

Bild 3. Die neuen seitlichen Heißkanaldüsen (hier die 4+4-Version der TFS-Linear) versprechen Materialeinsparungen und ein einfaches Handling

Auch in der Krise zeigen die Hersteller sich nicht verzagt und präsentieren interessante Neuheiten rund um das Spritzgießwerkzeug. Die Heißkanal-, Normalien- und Peripheriehersteller der Werkzeugtechnik arbeiten an anwenderfreundlichen Lösungen und entwickeln Erfolgsmodelle konsequent weiter. Mit effizienteren Temperierstrategien und technisch durchdachten Handreichungen zur Verringerung des Wartungsaufwands von Spritzgießwerkzeugen tragen sie dazu bei, die Kunststoffindustrie für die Zukunft zu rüsten. Man darf gespannt sein, welche Potenziale zur Ressourceneinsparung die Neuerungen erreichen können.

Kunststoffverarbeitung allgemein

Spritzgießwerkzeuge

Werkzeuge für die Kunststoffverarbeitung

Normalien und Heißkanaltechnik

Komponenten für die Kunststoffverarbeitung

Formen- und Werkzeugbau

Heißkanalsysteme

Zwei wichtige Branchenverbände müssen derzeit ihre Hauptgeschäftsführer-Position neu besetzen: PlasticsEurope Deutschland sucht schon seit Ende April, nun auch der Gesamtverband Kunststoffverarbeitende Industrie.

Die Dramaturgie des Wechsels beim GKV musste dabei etwas erstaunen. Mit einer Pressemitteilung zu dem Anfang November geplanten Dienstbeginn von Dr. Oliver Möllenstädt preschte sein neuer Arbeitgeber (siehe Seite 11) schon am 11. August vor, während der GKV erst am 18. August, drei Arbeitstage nachdem <a href="https://www.kunststoffe.de" target="_blank">Kunststoffe.de</a> darüber berichtet hatte, den Weggang des Hauptgeschäftsführers mit einer schmallippigen Meldung im Internet bestätigte – nicht ohne zu betonen, dass der Vertrag bis Jahresende laufe.

„Nur“ um Personalien scheint es sich in beiden Fällen zu handeln, doch ist in diesen aufgewühlten Zeiten die Besetzung solcher Posten sicher auch eine Frage der strategischen Ausrichtung. Abgesehen von den aktuellen wirtschaftlichen Turbulenzen bleibt das über Wohl und Wehe entscheidende Megathema, mit dem sich die Kunststoffbranche zunehmend auseinandersetzen muss, die politische Regulierung. Gerade dazu mit vernehmbarer – am besten mit einer – Stimme zu sprechen, sollte Ziel aller Akteure unserer Branche sein. Nur so kann sie sich im Dialog mit Politik und Öffentlichkeit Gehör verschaffen. Einfacher macht das die aufgefächerte Verbandslandschaft nicht, weil schon die Interessen der global orientierten Rohstofflieferanten mit denen der mittelständischen Kunststoffverarbeiter nicht immer leicht vereinbar erscheinen.

Sicher ist Vielfalt eine Stärke, und es gab auch bisher schon eine Zusammenarbeit zwischen unterschiedlichen Gruppierungen. Zu hoffen bleibt aber, dass die „Neuen“ die Annäherung zwischen den Verbänden stärken, wenn schon die Zeit für einen (im Idealfall auch die Kunststoffmaschinen- und Anlagenbauer umfassenden) gemeinsamen Kunststoffverband noch nicht reif ist.

<i><a href="mailto:karlhorst.klotz@hanser.de">Dr. Karlhorst Klotz</a></i>

Editorial Klotz

Die erfolgsverwöhnte Branche der kunststoffverarbeitenden Industrie muss im ersten Halbjahr einen deutlichen Rückgang verkraften. Verpackung und Bau sind vergleichsweise robust, technische Teile und Konsumgüter im Stresstest.

Der Juni, der wie im Vorjahr die Pfingstferien beinhaltete, lief für die kunststoffverarbeitende Industrie überraschend gut, dennoch musste die Branche im Vergleich zum Vorjahr ein Umsatzminus von 4,8 % hinnehmen. Zwar ist die Lage insgesamt nach Aussage der Unternehmen schlecht bis sehr schlecht. Dennoch überrascht es vor diesem Hintergrund nicht, dass nach der mehrmonatigen, hauptsächlich durch die Covid-19- Pandemie bedingten Talfahrt mit dem ersten Anzeichen einer Trendwende (Bild) der Optimismus allmählich wieder zurückkehrt und in den Chefetagen überwiegend die Meinung vorherrscht, dass es nicht mehr schlimmer kommen, sondern wieder aufwärts gehen wird.

Das erste Halbjahr schloss mit einem Branchenumsatz von 30 Mrd. EUR und liegt damit um 9,6 % unter dem Vorjahr. Die Zahlen des ersten Halbjahrs sind aber durchaus differenziert zu betrachten. Die Hersteller von Kunststoffverpackungen können sich trotz geringerer Nachfrage nach Industrieverpackungen ebenso zu den Gesunden zählen wie die Bauindustrie – beide stehen mit einem Rückgang von 3,1 % vergleichsweise gut da.

Das wird umso deutlicher, wenn man nur die Juni-Werte betrachtet, in der die Kunststoffverarbeiter mit der Bauindustrie 3,2 % mehr Umsatz erwirtschafteten als im Vorjahr. Die Verpackungsbranche konnte in diesem Monat die Umsatzerlöse um rund 1 % steigern. Für beide Segmente ist das umso bemerkenswerter, als die hier verarbeiteten Kunststoffe in den letzten Monaten deutlich im Preis nachgegeben haben und mit ein Grund für die insgesamt zurückgegangenen Umsätze sein dürften.

Im Konsum zeigen sich deutlich die Spuren der Ausgangsbeschränkungen, Geschäftsschließungen und Kurzarbeit, sodass im ersten Halbjahr der Umsatz um 15,1 % zurückging. Im Vergleich zum April, der mit minus 30 % schlimm war, fühlt sich der Rückgang im Juni im Vergleich zum Vorjahreswert mit minus 11,3 % schon fast wieder gut an.

Davon sind die Hersteller von technischen Teilen noch ein gutes Stück entfernt. Der Lockdown der Fahrzeugindustrie und das langsame Wiederanfahren der Automobilwerke führten zu einer akuten Nachfrageschwäche für technische Teile. Fehlende Neuprojekte brachten bereits 2019 dem Werkzeugbau einen Umsatzrückgang um 8,9 % ein. Dies führte neben der Nachfrageschwäche zu geringeren Investitionen in neue Anlagen und belastet die Abnehmerbranche des Maschinenbaus, der jüngst von einem Auftragsrückgang bis Juni 2020 um 20 % berichtete.

Mit diesen Vorgaben überrascht es nicht, dass im ersten Halbjahr wertmäßig 18,1 % weniger technische Teile abgesetzt werden konnten. Auch der Juni vermittelt mit einem Rückgang von 14,3 % noch keine echte Aufbruchsstimmung.

Der VDA berichtet zwar von steigenden Produktionszahlen, die im Juli nur noch 6 % unter dem Vorjahr lagen, und einem Auftragsindex, der im Juni nahezu das Vorjahresniveau erreichte, insgesamt reicht das jedoch (noch) nicht, um die Lage der Zulieferindustrie wesentlich zu verbessern. So werden am Jahresende Automobilzulieferer Umsatzrückgänge von bis zu 30 % verkraften müssen – im Segment der technischen Kunststoffteile dürfte das Minus bei ca. 14 % liegen.

Wenig bessere Perspektiven werden für die Hersteller von Konsumgütern gesehen. Zwar ist die allgemeine Kauflaune wieder gestiegen, dennoch dürften viele Konsumenten aufgrund der kurzarbeitsbedingten Einkommensreduzierung mit ihren Ausgaben zurückhaltend sein. Ein Rückgang aufs Jahr gesehen um 10 % würde eine deutliche Verbesserung der aktuellen Situation bedeuten.

Für die Baubranche dürfte die Lage ungemütlicher werden, weil viele Industrie-Bauvorhaben verzögert zu Ende gebracht und neue Projekte vermehrt verschoben werden. Insgesamt dürfte der Rückgang mit erwarteten 4 % verkraftbar sein. Einzig für die Verpackungsbranche dürfte das Jahr mit einem leichten Minus um die 2 bis 3 % vergleichsweise versöhnlich enden, wenn da nicht die fortwährenden Belastungen für die Branche aus der Politik und der Öffentlichkeit wären.

Die von der Europäischen Union geplante Plastiksteuer auf nicht recycelte Kunststoffabfälle von 80 Cent je Kilogramm zwingt die Wirtschaft auf für den Klimaschutz kontraproduktive Wege, z. B. zu energieintensivem Waschen kontaminierter Verpackungen für das Recycling oder zur Verwendung von energetisch und zum Teil ökologisch schlechteren Verpackungsalternativen aus Glas, Metall oder Papier.

Das Recycling an sich ist zu begrüßen und in Deutschland weiter auf einem Wachstumspfad, auch wenn hier das erste Halbjahr deutliche Einschnitte hinterlassen hat – doch es könnte noch schlimmer kommen. Schon jetzt zeichnet sich ab, dass viele Unternehmen, die bisher von der EEG-Umlage befreit waren, durch die Auftragsrückgänge in diesem Jahr die notwendigen Verbrauchsschwellenwerte nicht mehr erreichen und deshalb diese Vergünstigung verlieren. Dies könnte insbesondere Kunststoffrecycler, Extrudeure und Compoundeure treffen und somit deren Wirtschaftlichkeit in Frage stellen. Hier ist die Politik aufgerufen, eine Übergangsregelung oder besser noch die Novellierung des EEG-Gesetzes voranzutreiben und sich dabei für die Beseitigung des scharfen Schnitts einzusetzen.

Ebenso sollte die Politik Augenmaß beim geplanten Arbeitsschutz-Kontroll-Gesetz walten lassen. Arbeitsteilung ist in der deutschen Industrie ein wichtiger Erfolgsfaktor, der nicht wegen des Missbrauchs einzelner komplett zu verurteilen ist. So nutzen viele Firmen für Logistik, IT wie auch zum Bedienen von Auftragsspitzen externe Dienstleister und halten sich dabei an bestehende Verhaltenskodices, wie beispielsweise den des GKV. Der Präsident des GKV, Roland Roth, mahnt: „Die Branche braucht derzeit keine zusätzlichen Belastungen aus der Politik, sondern vielmehr Weitsicht, um den erwarteten Umsatzrückgang von rund 8 % ohne Auswirkungen auf die Arbeitsplätze und Unternehmen verkraften zu können.“

Bild 1. Der Umsatzverlauf im ersten Halbjahr macht die Auswirkungen des Lockdowns deutlich. Für das zweite Halbjahr rechnet der GKV mit einer leichten Erholung Quelle: GKV; Grafik: © Hanser

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<b>Dipl.-Ing. Michael Weigelt</b> ist Geschäftsführer des GKV/TecPart – Verband Technische Kunststoff-Produkte e. V. und verantwortlich für die statistische Auswertung der Branche im Gesamtverband Kunststoffverarbeitende Industrie (GKV);  <a href="mailto:michael.weigelt@tecpart.de">michael.weigelt@tecpart.de</a>

Wirtschaftspolitik in Deutschland

Wirtschaft

Anwendungsfälle der digitalisierten Kunststoffverarbeitung

PIC 4.0 erarbeitet ganzheitliche Lösungen zu industriellen Bedarfen

Teil 2 der Serie über das Plastics Innovation Center 4.0 (PIC 4.0) an der RWTH Aachen beschreibt das Vorgehen, mit dem gezielt industrielle Anwendungsfälle einer Smart Factory identifiziert und innerhalb des PIC 4.0 in reale Testbeds umgesetzt werden.

Während der Einsatz von Assistenzsystemen in der Produktion zunimmt, steigt das Angebot digitaler Lösungen weiter. Die Anzahl pragmatischer Ansätze und realer Umsetzungsbeispiele ist jedoch noch immer gering und der tatsächliche Nutzen der Digitalisierung lässt sich nur schwer quantifizieren. Teil 2 der Serie über das Plastics Innovation Center 4.0 (PIC 4.0) an der RWTH Aachen beschreibt das Vorgehen, mit dem gezielt industrielle Anwendungsfälle einer Smart Factory identifiziert und innerhalb des PIC 4.0 in reale Testbeds umgesetzt werden.

Das Institut für Kunststoffverarbeitung (IKV) an der RWTH Aachen errichtet mit dem Plastics Innovation Center 4.0 (PIC 4.0) bis Ende 2022 eine vollständig vernetzte Forschungsinfrastruktur, die dem Vorbild einer Smart Factory folgt. Auf der mehr als 4200 m² großen Bruttogesamtfläche der Baumaßnahme sollen verschiedene Produktionstechnologien entlang einer komplexen Wertschöpfungskette datentechnisch vernetzt und anwendungsnah optimiert werden [1]. Hierzu gliedert sich das Projekt inhaltlich in die drei Teilbereiche Complex Value Chain, Digital Engineering und Global Connectivity.

Technologietransfer: Pragmatische Lösungen für reale Probleme

Bereits im Vorfeld des Projekts PIC 4.0 wurden am IKV umfangreiche Recherchen und Experteninterviews durchgeführt, um die Anforderungen und die Hemmnisse der deutschen Kunststoffbranche zu ermitteln und die Forschungsfragen des PIC 4.0 daran auszurichten. Branchenvertreter unterschiedlicher Industriezweige – vom Materialhersteller über den Maschinenbauer bis hin zum Verarbeiter – sehen die größten Hemmnisse in der Sorge vor Systembindung oder Datenverlust sowie der Unsicherheit bezüglich der eigenen strategischen Entwicklung im Umfeld der Digitalisierung (Bild 1). Der tatsächliche Nutzen bestehender Insellösungen lasse sich zudem oft nicht erfassen, weshalb dringlichere Aufgaben im täglichen Wettbewerb im Vordergrund stünden.

Die ermittelten Anforderungen und Bedarfe der befragten Branchenexperten decken sich mit vielen branchenunabhängigen Studien [2–4]. Zum Ausbau der Konnektivität und der Kommunikationsfähigkeit werden demnach vornehmlich standardisierte Schnittstellen und offene Systeme benötigt (Bild 2). Fernab der technischen Umsetzung fehlt es jedoch mit Blick die Chancen und den tatsächlichen Nutzen digitalisierter Systeme generell an Transparenz, um den Mehrwert entsprechender Projekte einschätzen und auch die Belegschaft zur Umstellung motivieren zu können.

Darüber hinaus begründet der vielfach geäußerte Wunsch nach einem vereinfachten Technologietransfer, der akademische Ansätze in pragmatische und industrienahe Lösungen übersetzt, die Ausrichtung des PIC 4.0 hin zu einer anwendungsorientierten Forschungsinfrastruktur. Zu diesem Zweck werden bereits während der baulichen Ausführung des PIC 4.0 praxisnahe Anwendungsfälle zur digitalen Unterstützung in der Produktion ermittelt und in realen Testbeds erforscht.

Testbeds stellen in der Informationstechnik eine realitätsnahe Hardware-Software-Umgebung dar, mit deren Hilfe einzelne Systemkomponenten sowie die Systemanforderungen getestet werden [5]. Sie erweitern den klassischen produktionstechnischen Versuchsstand um eine Softwarekomponente und heben die Bedeutung interagierender Einzelsysteme hervor. Anhand der zu entwickelnden Testbeds werden verschiedene kleinere Anwendungsfälle kombiniert und in einem umfassenden Systemverbund analysiert.

In einem ersten Schritt wird das PIC 4.0 zunächst relevante Anwendungsfälle der Kunststoffverarbeitung sammeln und dabei auf sämtliche Domänen der Kunststoffverarbeitung (Materialwirtschaft, Prozess- und Produktentwicklung, Spritzgießen, Extrusion, Qualitätssicherung u. v. m.) eingehen. Unter Berücksichtigung der Hierarchie-Achse des Referenzarchitekturmodells Industrie 4.0 (RAMI 4.0) werden die Anwendungsfälle eingruppiert (Bild 3).

Screening von Anwendungsfällen durch Industriepartner

So ergeben sich je nach Detailgrad des zu untersuchenden Anwendungsfalls unterschiedliche Systemgrenzen zur weiteren Betrachtung. Beispielsweise umfasst die geplante Ausarbeitung von Testbeds zur Werkzeugwartung oder Sensorkalibrierung (Field Device Ebene) reduziertere Teststände als eine agile Kapazitätsplanung (Work Center), die auf Wechselwirkungen der gesamten Fertigung z. B. hinsichtlich Umgebungstemperaturen oder Materialschwankungen reagieren muss.

Nach dem Screening allgemeiner und relevanter Anwendungsfälle sowie deren Kategorisierung erfolgt eine Bewertung der industriellen Relevanz. Dabei erhält das IKV Unterstützung durch weitere Branchenvertreter, die das Projekt in wiederkehrenden Abstimmungstreffen durch ihre individuellen Kompetenzen bereichern. Dieser begleitende Innovationsbeirat ermöglicht es, in der bereits großen Menge operativer wie strategischer Anwendungsfälle diejenigen zu identifizieren, die aufgrund ihrer Praxisnähe zur initialen Umsetzung in einem Testbed des PIC 4.0 entwickelt und bearbeitet werden sollten.

Vom Anwendungsfall zur Forschung am realen Testbed

Die weitere detaillierte Ausgestaltung stützt sich auf der IEC 62559–2 Use Case Methodology der International Electrotechnical Commission. Dieser internationale Standard beschreibt Anwendungsfälle und weitreichende Anwendungsszenarien [6]. Darin werden zu jedem der Anwendungsfälle, die der Beirat zur initialen Umsetzung und weiteren Forschung innerhalb des PIC 4.0 ausgewählt hat, Schritt-für-Schritt-Analysen einzelner Szenarien mitsamt den beteiligten Akteuren und interagierenden Systemkomponenten aufgelistet.

Ausgehend von der vorangestellten Bedarfsanalyse ist im Bereich Global Connectivity, in dem die Entwicklung von Schnittstellen zum Ausbau der Kommunikationsfähigkeit der Maschinen und Anlagen im Vordergrund steht, bereits ein Testbed „Heterogener Maschinenpark“ definiert (Bild 4). Der Maschinenpark des IKV bietet hierfür die Grundlage, um die Kommunikationsfähigkeit von Maschinen verschiedener Hersteller und unterschiedlichen Alters zu untersuchen. Bisherige Aktivitäten der Schnittstellenentwicklung, die u. a. bereits auf der K 2019 präsentiert wurden [7], fließen nahtlos in die weitere Forschung auf dem Gebiet der Schnittstellenentwicklung auf Basis etablierter Kommunikationsstandards ein.

Das Testbed „Heterogener Maschinenpark“ bietet neben der zentralen Forschung zur Schnittstellenentwicklung die Gelegenheit, Anwendungsfälle verkürzter Rüstvorgänge von Spritzgießwerkzeugen nach dem Vorbild von „Plug & Produce“-Konzepten zu realisieren. Zudem schafft es die Grundlage für datenbasierte Ansätze zum Maschinenvergleich oder dem Transferlernen, um Wissen über das Maschinen- und Prozessverhalten bereits bei der Erstabmusterung neuer Werkzeuge zu nutzen und die Anlaufphase zu verkürzen.

Rückführung realer Prozessdaten  in die Simulation

Weitere bereits geplante Testbeds betreffen die Bauteil- und Prozessentwicklung, insbesondere die Rückführung von realen Prozessdaten zur automatisierten Bestimmung der Simulationsgüte, sowie die gezielte Analyse von Wechselwirkungen einer komplexen Wertschöpfungskette von der Materialaufbereitung bis zur Qualitätssicherung. Im Spannungsfeld zwischen Produktions- und Informationstechnik gilt es hier insbesondere die Material- und Informationsflüsse einer Smart Factory konsistent zu modellieren und aufeinander abzustimmen.

[1] Hopmann, C.; Bibow, P.: Zentraler Knotenpunkt der Digitalisierung in der Kunststoffverarbeitung. Kunststoffe 110 (2020) 6, S. 14–16

[2] Anderl, R.: Leitfaden Industrie 4.0. Orientierungshilfe zur Einführung in den Mittelstand. VDMA-Verlag, Frankfurt am Main 2014

[3] Lichtblau, K.; Stich, V.; Bertenrath, R.; Blum, M.; Bleider, M.; Millack, A.; Schmitt, K.; Schmitz, E.; Schröter, M.: Industrie 4.0-Readiness. Impuls-Stiftung des VDMA, Aachen-Köln 2015

[4] Müller, F. G.; Bressner, M.; Görzig, D.; Röber, T.: Industrie 4.0: Entwicklungsfelder für den Mittelstand. Aktuelle Hemmnisse und konkrete Bedarfe. Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung IPA, Stuttgart 2017

[5] Fortier, P. J.; Michel, H. E.: Computer systems performance evaluation and prediction. Digital Press, Burlington (MA) 2003

[6] International Electrotechnical Commission: IEC 62559–2: Use case methodology. IEC Central Office, Genf, Schweiz 2015

[7] Schmitz, M.; Hopmann, C.; Röbig, M.; Pelzer, L.; Topmöller, B.; Wurzbacher, S.: Jenseits menschlicher Fähigkeiten. Modellgestützte Prozesseinrichtung durch vollvernetzte Produktion im Spritzgießen. Kunststoffe 109 (2019) 9, S. 142–145

Das Institut für Kunststoffverarbeitung an der RWTH Aachen mit der geplanten Erweiterung  durch das PIC 4.0

Bild 1. In einer Umfrage unter Branchenexperten (n = 28) ermittelte das IKV Faktoren, die die Umsetzung von Digitalisierungsprojekten in der Kunststoffverarbeitung erschweren oder verhindern

Bild 4. Das Testbed „Heterogener Maschinenpark“ bietet weitere Möglichkeiten zur Analyse relevanter Anwendungsfälle

Bild 3. Die Kategorisierung verschiedener Anwendungsfälle erfolgt auf unterschiedlichen Ebenen entlang der RAMI-4.0-Hierarchie-Achse

Bild 2. In der Umfrage beschrieben Branchenexperten (n = 26) aus ihrer Sicht, welche Bedarfe in der Kunststoffindustrie hinsichtlich der Digitalisierung bestehen 