Produktentwicklung, Werkzeugbau und Fertigung eines Lifestyle-Produkts

Für die Markteinführung des Reinigungs-Kubus „QyouB“ suchte das Start-up Violin & Garlic einen erfahrenen Kunststofffertiger. Mit Hoefer & Sohn fand es einen Partner, der für Kompetenz in Entwicklung, Werkzeugbau und Fertigung steht. In einem dynamischen Prozess gelang den Partnern die Entwicklung, Optimierung bis hin zur Bemusterung und Freigabe der Bauteile zur Serienfertigung in wenigen Wochen.

Die Idee: Ein handlicher Würfel – im Inneren mit Reinigungsmittel gefüllt –, der auf Druck alle Arten von Monitoren, Tablets, Navi-Screens oder Phones zuerst feucht wischt, und nach dem Drehen trocken nachwischt. Der Pumptank kann nachgefüllt werden und eine geschäumte Außenhaut macht den QyouB zum geschmeidigen Alltagsbegleiter.

Die Erfinder des QyouB heißen Michael Knoblauch und Michael Gaigl von Violin & Garlic. Für die Umsetzung ihrer Produktidee gingen sie auf die Suche nach einem Praktiker, der den Würfel auf Machbarkeit untersucht, optimiert und zur Serienreife führt. Fündig wurde das Start-up bei Dr. Christoph Badock von Hoefer & Sohn – hier trafen die Ideen der Innovatoren auf den ermutigenden Drive von Erfahrung, Entwicklung, Werkzeugbau und Fertigungskonzept. Im hessischen Fulda wird der Hygiene-Würfel „QyouB“ heute nach den Vorgaben des erfahrenen Werkzeugbauers in den Antonius-Werkstätten hergestellt.

„Das Netzwerk im Netz und in 3D hat exzellent funktioniert“, freut sich Michael Knoblauch von V&G. Aktives Suchen und die Resonanzfähigkeit für die Berichte aus dem Markt im Hinblick auf die Kompetenz von H&S haben die Partner in schnellem Einvernehmen zusammengebracht. Weil es ja nicht nur um eine vorsichtige Einschätzung ging, sondern von Anfang an die schnelle Markteinführung eines innovativen Lifestyle-Produkts auf der Agenda stand, war die „fachkompetente Beratung bei H&S von der ersten Minute an der Türöffner für die nun erfolgte Verwirklichung“, bewertet Michael Knoblauch die Kooperation. Technisch musste vieles zusammenpassen: Wie steht es um die Dichtigkeit? Ist ein Einsatz im Auto bei Temperaturen von -20 bis 80 °C uneingeschränkt möglich? Wie kriegt man die Passungen in den Wangen der Gehäuseteile hin? Wie wird die Oberfläche weich, geschmeidig und adhäsiv fürs Reinigungsmittel, das aber zugleich den verwendeten Schaumgummi nicht angreifen soll? Wie wird die Dichtheit gewährleistet und das Verschlusssystem entwickelt, wie der Flüssigkeitsverbrauch im Alltag optimiert? Auch die Farbauswahl warf einige Fragen auf. Die Oberflächenstruktur soll optisch immer perfekt sein, aber Maße und Verzug sind nicht bei jeder Farbe gleich; das muss beim Passungsverhalten berücksichtigt werden. Damit der Würfel recyclingfähig ist, war Sortenreinheit eine Vorgabe. Daher setzte man auf 100 % Polyethylen.

Und gut aussehen sollte er auch, der pfiffige Pflege-Kubus, handlich und mit abgerundeten Ecken. Das Design und die Haptik beantworten intuitiv die Frage der Nutzbarkeit und erzeugen die Freude am Benutzen.

„Alles sprach für die Kompetenz der Hoefer und Sohn GmbH“, resümiert Michael Knoblauch von der Violin & Garlic GmbH. Er ist sich sicher: „Die Relevanz unseres Produkts zeigt sich in der Auswahl dieses Kooperationspartners – wir stellen uns selbstbewusst an der Seite des erfahrenen Werkzeugbauers dem Markt vor.“

Geschäftsführer Christoph Badock sieht es aus dem Blickwinkel von Entwicklung und Produktionsplanung so: „Wir kooperieren gerne mit frischen Start-ups – gerne mehr davon!“ Aus Sicht von H&S hat das Produkt Potenzial, die Umsetzung wurde und wird als „gerne angenommene“ technische Herausforderung gesehen. Neues Marktpotenzial könne erschlossen werden, kommentiert der H&S-Geschäftsführer. Offen sein für neue Formen der Zusammenarbeit – „nennen wir es eine agile Projektmethode, einen iterativen Prozess“, so Badock. Auch Michael Knoblauch ist begeistert: „Die Anforderungen haben sich im Projekt dynamisch entwickelt, die Entwicklung folgte diesem Prozess, Schritt für Schritt wurde klar, an was alles gedacht werden muss. Erst die technische Produktoptimierung, dann die Konstruktion und der Bau der Werkzeuge im digital vernetzen Formenbau und schließlich die Bemusterung und Freigabe der Bauteile zur Serienfertigung – alles in nur wenigen Wochen. Das hätten wir selbst aus Asien nicht schneller bekommen.“

Entlang der technologischen Entwicklung bewertet Badock auch den unverzichtbaren „Sound“ gelungener Kommunikation und Entwicklung: „Es ist immer gut, ein konsistentes Team ins Rennen zu schicken, das die Produktziele, den Konsumentennutzen, die Nachhaltigkeit, die perfekte Entwicklung der Werkzeuge und des Projektmanagements gleichermaßen und leidenschaftlich im Blick hat.“ Kurzfassung: „Gestandener Mittelstand trifft Start-up und glaubt ans gemeinsame Gelingen.“ Das gemeinsame Fazit der beiden Geschäftsführer Badock und Knoblauch: „Es hat alles geklappt, trotz unterschiedlicher Unternehmenskultur, trotz Corona und mit erheblichen Anteilen der Kommunikation im digitalen Raum.“

Vor dem fertigen Serienwerkzeug standen Simulation und Optimierungsschleifen  

Für eine edle  Oberfläche ist hohe Präzision bei  der Bearbeitung des gehärteten, teils polierten Stahls  in der Form  erforderlich

Liegt gut in der Hand: der weiche  Reinigungswürfel ist in verschiedenen  Designs und Farben erhältlich

Hoefer & Sohn

Erich Ruhl-Bady ist freier Journalist; <a href="mailto:ruhl-erich@t-online.de">ruhl-erich@t-online.de</a>

Spritzgießwerkzeuge

Kunststoffverarbeitung: Maschinen und Komponenten

Werkzeuge für die Kunststoffverarbeitung

Werkzeugbau

Dienstleistungen

Werkzeug-, Formen- und Modellbau

Über die digitale Transformation der betrieblichen Weiterbildung

Digitale Lernformen bieten für die Vermittlung kunststofftechnischer Inhalte enormes Potenzial. Allerdings steht die digitale Bildungstransformation erst am Anfang und die Lernformen der Pandemie sind ein Übergangsstadium. Zusätzlich wartet eine Herausforderung, die viele in unserer Branche noch unterschätzen.

Alles was digitalisiert werden kann, wird digitalisiert.“ Dieses Zitat wird Carly Fiorina, der früheren CEO von Hewlett-Packard, zugeschrieben. Dass es auch für die betriebliche Weiterbildung gilt, hat die Covid-19-Pandemie in den letzten anderthalb Jahren eindrucksvoll gezeigt. Im Frühjahr 2020 stellten sich die Weiterbildungsanbieter innerhalb weniger Wochen von Präsenzveranstaltungen auf digitale Alternativen um. Pünktlich zum Messe-Herbst 2021 entspannen sich die Pandemie-Rahmenbedingungen und es stellt sich die Frage: Welche dieser digitalen Angebote bleiben – und warum?

Für die Antwort auf diese Frage lohnt ein Blick über den Tellerrand der Kunststoffbranche. Digitale Lernformen sind nichts Neues. Bereits Mitte der 90er-Jahre starteten die ersten E-Learning-Anbieter mit entsprechenden Lösungen. Mittlerweile sind die Software-Werkzeuge längst ausgereift und die E-Learning-Branche wächst eindrucksvoll [1]. Gleichzeitig bestehen dort über 20 Jahre Erfahrung, wie digitales Lernen erfolgreich funktioniert. Von diesem Erfahrungsschatz kann die Kunststoffbranche jetzt profitieren. So lautet eine scheinbar banale, jedoch erfolgskritische Best Practice: Die Menschen gehören zentral in den Fokus und die digitale Technologie ist nur das spätere Werkzeug.

Schauen wir auf die Kunststoffindustrie. Es gibt kaum ein Unternehmen, das vom Fachkräftemangel verschont ist. Quereinsteiger finden sich auf allen Hierarchieebenen und in allen Aufgabenbereichen. Der laufende technologische Wandel und der Druck, in Wertstoff-Kreisläufen zu denken, befeuern den Weiterbildungsbedarf. Gleichzeitig bricht die Zahl der Studierenden und Neu-Azubis ein [2]. Der Fachkräftemangel verstärkt sich. Die Weiterbildungsaktivitäten und -budgets der Unternehmen steigen immer weiter und ein Ende dieser Entwicklung ist nicht absehbar.

Eine scheinbar einfache Rechnung: Digital lernen = Kosten sparen

Steigende Ausgaben einerseits und digitale Bildungsangebote, die mit einem Preis- und Zeitvorteil gegenüber ihren Präsenzalternativen einhergehen, andererseits: Durch die wirtschaftliche Brille betrachtet, scheint diese Rechnung einfach und die digitale Bildung eine blühende Zukunft zu haben. Dass es mit dem digitalen Lernen dann doch nicht so einfach ist, haben viele Eltern und Lehrer in den letzten anderthalb Jahren erlebt.

Synchrone digitale Weiterbildungsveranstaltungen (z. B. Online-Vorträge) führen bei allen Beteiligten schnell zur Ermüdung. Der Trainer oder die Trainerin erhält wenig Rückmeldung über das Aufmerksamkeits- und Aktivitätslevel. Die Teilnehmenden kämpfen einerseits mit Ablenkungen aus ihrem Umfeld und andererseits wird ihnen die Lerngeschwindigkeit vorgegeben. Ein Thema wiederholen oder Bekanntes überspringen, ist kaum möglich. So wird aus dem synchronen Web-Meeting schnell eine Einbahnstraße: Der Dozent bzw. die Dozentin erklärt, die Teilnehmenden hören passiv zu. Egal ob Online- oder Präsenz-Vortrag. Bleibt es bei einem einmaligen Lernimpuls, vergessen die Lernenden innerhalb kürzester Zeit über 80 % des Stoffs (Bild 1).

Nachhaltiger sind asynchrone E-Learning-Kurse, die Faktenwissen als Selbstlernkurs didaktisch und medial attraktiv aufbereiten. Die Lernenden entscheiden hier selbst, wann und wo sie den Kurs bearbeiten. Ist ein Selbstlernkurs gut gemacht, wiederholen sich die Inhalte sinnvoll und die Lernenden arbeiten sich aktiv durch kleine Aufgaben. Sie entscheiden selbst anhand des Kurs-Feedbacks, wie schnell sie ein Thema bearbeiten, ob sie etwas wiederholen oder überspringen.

Durch die kontinuierliche Aktivität, die Wiederholungen und das eigene Anwenden des Gelernten festigt sich das Wissen und es gelingt ein hoher Transfer. Synchrone Elemente (z. B. Workshops, Gruppenarbeiten) unterstützen den Lernerfolg und die Umsetzung im Tagesgeschäft zusätzlich. Solche gemischten Lernformen, das Blended-Learning, gelten als der Gold-Standard in der betrieblichen Weiterbildung. Die Herausforderung kommt allerdings an anderer Stelle.

Nehmen wir beispielsweise an, ein Ingenieur braucht als Quereinsteiger eine fachliche Vertiefung. Die Personalabteilung bucht daher einen Selbstlernkurs. Allerdings steckt der Mitarbeiter in den vielfältigen Zwängen des Tagesgeschäfts fest. So schafft er es über Wochen nicht, eigenverantwortlich mit dem Kurs zu starten. Erst die Kommunikation zwischen Kurs-Anbieter und Personalabteilung schafft die nötigen Freiräume.

Aus der digitalen Bildungsmaßnahme für Mitarbeitende wird eine Führungsaufgabe für die Vorgesetzten. Nicht alle Mitarbeitenden sind sofort in der Lage, die Eigenverantwortung und Selbstorganisation aufzubringen, die ein Selbstlernkurs erfordert. Überraschen darf diese Anforderung an die Führungskräfte nicht. Neu sind die Intensität der Führungsaufgabe und die hohe Priorisierung der Weiterbildung. Je nach Zielgruppe und Thema gibt es zwei Möglichkeiten, damit umzugehen (Bild 2): Vertikale Implementierungen setzen auf die Unternehmenshierarchie; horizontale Lösungen stärken die Menschen als Individuen. Nur dieses „Social Learning“ fördert Innovation, Kreativität, Selbstwirksamkeit und befeuert das Employer-Branding.

Damit Lernen funktioniert, braucht es immer Freiräume und Führungskräfte, die an einer Personalentwicklung ehrlich interessiert sind. Dann klappt es auch mit dem Ziel: in kürzerer Zeit bessere Arbeit zu erledigen.

Die Digitalisierung der Weiterbildung startet jetzt unaufhaltsam. E-Learning-Formate versprechen Kosten- und Zeitvorteile. Auch unter ökologischen Aspekten geraten Präsenzangebote zukünftig unter Druck. Gleichzeitig steigt die Erwartungshaltung der Unternehmen an den Lernerfolg. Daher werden die aus der Pandemie bekannten Lernformen durch wirkungsvolle Maßnahmen abgelöst, z. B. durch Selbstlernkurse. Allerdings gelingen nachhaltige Weiterbildungen nur, wenn sie konkret an aktuelle Fragestellungen des Tagesgeschäfts andocken und die Führungskräfte sie aufmerksam begleiten. Idealerweise unterstützt hierbei der Bildungsanbieter.

[1] mmb Institut GmbH: mmb-Branchenmonitor „E-Learning-Wirtschaft“. Studie, Essen 2020

[2] GKV/TecPart: 45 Prozent weniger Erstsemester für die Kunststoffverarbeitung! Pressemitteilung, Frankfurt a. M. 2020

[3] Ebbinghaus, H.: Über das Gedächtnis. Untersuchungen zur experimentellen Psychologie. Duncker & Humblot, Leipzig 1885

Bild 1. Vergessenskurve nach Prof. Herrmann Ebbinghaus. Nach nur einmaligem Lernimpuls vergessen die Lernenden innerhalb einer Woche den Großteil des vermittelten Stoffs

Bild 2. Vertikale und horizontale Implementierung der Personalentwicklung. Nur die zweite Variante fördert Kreativität und Selbstwirksamkeit

Bild 3. Dr. Marco Thornagel ist zertifizierter European E-Learning-Manager

Name - Hauptartikel

Tech2Know ist die Weiterbildungsmarke der Thornagel GmbH, Giebelstadt. Als Pionier für digitale Weiterbildung in der Kunststoffbranche entwickelt Tech2Know maßgeschneiderte digitale Lernformate und betreibt eine Branchen-Lernplattform für die Kunststoffindustrie. Zudem coacht Tech2Know kunststoffverarbeitende Unternehmen bei der Einführung digitaler Lernformen mit dem Ziel, optimale Lernerfolge zu erreichen. Ein erster Eindruck:

<a href="http://www.tech2know.de/demokurs">www.tech2know.de/demokurs</a>

Dr.-Ing. Marco Thornagel ist seit 2020 Inhaber und Geschäftsführer der Thornagel GmbH, Giebelstadt, und zertifizierter European E-Learning-Manager; <a href="mailto:m.thornagel@tech2know.de">m.thornagel@tech2know.de</a>

Digitale Transformation

Wirtschaft

Innovationen und neue Technologie

Weiterbildung, allgemeine

Seminare, Schulungen, Kongresse

Mess- und reproduzierbare Prozesse  im Reinraum

Die Lebensmittel-, Pharma- und Medizinindustrie stellt höchste Anforderungen an die Produktsicherheit. Teile, die Pöppelmann für diesen Bereich fertigt, entstehen im Spritzgieß- oder Tiefziehverfahren unter Reinraumbedingungen. Um sich für die benötigte Reinraumklasse zu zertifizieren, setzt der Kunststoffverarbeiter auf die Software von CAQ.

Die Pöppelmann GmbH & Co. KG hat sich in den gut 70 Jahren ihres Bestehens zu einem führenden Hersteller in der kunststoffverarbeitenden Industrie entwickelt. Das Unternehmen besteht aus insgesamt vier Divisions (siehe Kasten).

Eine Sonderstellung hinsichtlich Normenanforderungen und einzuhaltender behördlicher Regelwerke nimmt die Division Famac ein. Sie ist Hersteller von Komponenten und Verpackungen für die Lebensmittel-, Pharma- und Medizinprodukteindustrie und unterliegt somit höchsten Anforderungen an Produkt- und Anwendersicherheit. Unter anderem zertifiziert nach DIN EN ISO 9001, ISO 13485 sowie BRC Packaging, fertigt die Famac Division Teile im Spritzgieß- und Tiefziehverfahren unter Reinraumbedingungen gemäß DIN EN ISO 14644–1 Klasse 7, GMP-Klasse C.

Heute wird die Division Famac hinsichtlich Qualitätssicherung durch CAQ.Net Softwarelösungen der CAQ AG unterstützt. Die Gründe für die Einführung von CAQ.Net lagen u. a. darin, dass zuvor keine Software für Qualitätsmanagement-Prozesse vorhanden war und Verfahrens- oder Arbeitsanweisungen etwa mittels Papier verwaltet und das Schulungsmanagement mit einer nicht-validierbaren Excel-Lösung bewerkstelligt wurden. Generell waren zu viele Insellösungen bei Famac im Einsatz, welche in Ermangelung von Schnittstellen zu redundanten, fehlerhaften Daten führten. Wegen mangelnder Benutzerrechtestruktur und fehlendem AuditTrail war das teils aus HTML-Eigenprogrammierung im Intranet bestehende Alt-System generell nicht validierfähig und verhinderte die Erfüllung von Normen- und Kundenforderungen hinsichtlich der Validierung computergestützter Prozesse und der Gewährleistung von Datensicherheit und -integrität.

Der Einsatz der CAQ.Net-Software im Unternehmen Pöppelmann begann 2015 mit der Einführung der Module zum Dokumenten-, Prozess- und Schulungsmanagement in Verbindung mit der zentralen Qualitätssteuerung. Dazu gesellten sich in 2018 die Module für Wareneingangsprüfung, Fertigungsprüfung, Reklamationsmanagement und Prüfmittelverwaltung sowie in 2019 das Auditmanagement und die Lieferantenverwaltung. Hierauf folgten 2020 und 2021 die Lösungen für Prüfmittelfähigkeitsuntersuchung, Änderungsmanagement, Erstmusterprüfung und Kennzahlenvisualisierung.

Ausbau des Qualitätsmanagements erfolgt Schritt für Schritt

Beim sukzessiven Rollout weiterer Module konnte das Unternehmen auf die bei der Ersteinführung von CAQ.Net in 2015 gesammelten Erfahrungen und Konzepte sowie dem Experten-Know-how der Verantwortlichen hinsichtlich Computer-Software-Validierung (CSV) im Sinne von ISO 13485 und GMP zurückgreifen.

ISO 13485 und GMP?  Keine Validierung ohne Ansatz

Beim Thema Validierung kann man nicht einfach loslaufen – man muss genau wissen, wohin man will und einen klaren Ansatz verfolgen. Bezüglich Lastenheft, dokumentierter Nachweise, VMP, RA, Pläne oder Berichte musste man bei Pöppelmann zunächst festlegen, was die (GMP-)kritischen Abläufe und Prozesse sind und wie diese vor Inbetriebnahme getestet und abgesichert werden. Es mussten Anweisungen und Tutorials entworfen werden, welche Workflows und Systemkonfigurationen beschreiben und Arbeitsanweisungen zu allen Modulen und Workflows sowie technische Berichte zu Konfigurationen (Systemeinstellungen etc.) enthalten. Da es keine Benutzerberechtigung ohne Schulungsnachweis geben sollte, wurden klare Qualifikationsanforderungen für Benutzergruppen definiert, welche praktischerweise direkt mit dem Modul zur Schulungs- und Qualifikationsverwaltung der CAQ AG überwacht werden konnten. Letztlich musste man sich noch für eine Update-Strategie entscheiden. Hier wählte man eine Frequenz von einem Update pro Jahr inklusive regelmäßiger Updatebewertung, Risikoanalyse und Relevanzbetrachtung sowie einer fortlaufenden Requalifizierung mit neuen, umfangreichen Plänen und Tests. Dabei unterstützt die CAQ AG mit der regelmäßigen Zurverfügungstellung einer lückenlosen Dokumentation sämtlicher Änderungen und Erweiterungen der Software-Module. Im Kontext der Validierung blieb da noch das Thema des Benutzerrechte-Konzepts. Im Zuge der Validierung musste Pöppelmann ein Konzept entwerfen, welches detailliert regelt, wer aus der Belegschaft, wann, wie, was, in der Software machen darf. Man entschied sich in die Aufteilung in Viewer, User, Key-User und Admin/Fach-Admin.

Das entworfene Benutzerrechte-Konzept wurde mittels der modulübergreifenden Systemsteuerung inklusive Single-Sign-On (LDAP) in alle individuellen CAQ.Net Module im Unternehmen übernommen:

<ul><li>Der Viewer ist ein Gast-User eines Moduls. Er kann ein Modul starten und Inhalte einsehen, hat allerdings keine Bearbeitungsrechte.</li><li>Der User ist ein Anwender eines Moduls. Für diese Rolle ist eine Schulung/Qualifikation erforderlich (AA). Er nutzt das System, hat aber keine Konfigurationsrechte.</li><li>Der Key-User ist ein speziell geschulter Anwender. Er erhält erweiterte Benutzerrechte und kann z. B. modulspezifische Bibliotheken bearbeiten.</li><li>Der Admin/Fach-Admin ist ein Mitarbeiter mit Administrationsrechten. Insgesamt gibt es zwei System-Admins und pro Modul einen Fach-Admin.</li></ul>

Die Notwendigkeit eines durchdachten Benutzerrechte-Konzept wird beim Thema Prüfplanung, Prüfdatenerfassung und SPC bei Pöppelmann gut ersichtlich. Während in der Prüfplanung lediglich drei geschulte Prüfplaner die ca. 1.850 aktiven Artikel sowie Artikelvarianten und Familienprüfpläne erstellen und überwachen, sind bei der darauffolgenden Prüfdatenerfassung wesentlich andere Größenordnungen am Werk. Um die 150 geschulte Mitarbeitende bzw. Prüfdatenerfasser führen die Prüfdatenerfassung unter anderem an 20 Messplätze in der Produktion selbst und der Qualitätssicherung / Qualitätskontrolle (QS / QK) durch.

Hierbei kommen sechs Messmaschinen, drei Zug-Druck-Maschinen sowie diverse Handmessmittel zum Einsatz. Die Auftragssteuerung für die Prüfdatenerfassung erfolgt mittels Schnittstelle zum ERP- und BDE-System und regelt sowohl die vollautomatische Anmeldung und Aktualisierung der Prüfaufträge sowie die Zuweisung zu den individuellen Messplätzen in der Produktion und QS / QK. Die Verteilung der Benutzerrechte unterscheidet hier beispielsweise bei der manuellen Prüfdatenerfassung zwischen der Benutzergruppe „PDE“ in der Produktion, welche nur Rechte zur Datenerfassung hält und der Benutzergruppe „PAB“ in QS und QK, welche weiterreichende Rechte zur Auftragsabmeldung und -bearbeitung hält.

Intelligente Software sorgt für  normenkonformes Arbeiten

Pöppelmann verfügt heute über eine ganzheitliche, validierte Softwarelösung, welche sich nicht zuletzt durch ein intelligentes Benutzerrechte-Konzept, eine einheitliche Systemoberfläche und eine hochgradige Vernetzung und Integration in die bestehende Systemlandschaft auszeichnet. Durch sichere und valide Abläufe und Prozesse sowie der Vermeidung redundanter Daten schafft die CAQ-Lösung ein Höchstmaß an Datensicherheit und damit einhergehendes Vertrauen in produktionsweite Abläufe und das Qualitätswesen. Der detaillierte Validierungsprozess schuf somit eine intelligent implementierte Software, die durchweg normenkonformes Arbeiten in Einklang mit ISO 13485 und GMP ermöglicht. Dies führt neben einer konsequenten Auditsicherheit auch zu einer gesteigerten Produktqualität und damit einhergehender Kundenzufriedenheit.

Zum Produktportfolio von Pöppelmann zählt u. a. Laborbedarf, der höchsten Qualitätsanforderungen unterliegt

In der Produktion gelten Reinraumbedingungen gemäß DIN EN ISO 14644–1 Klasse 7,  GMP-Klasse C

CAQ - Hauptartikel

Seit 1949 hat sich das Unternehmen Pöppelmann GmbH & Co. KG mit 2500 Mitarbeitern an fünf Produktionsstandorten in drei Ländern sowie 700 Spritzgießmaschinen, Tiefziehanlagen und Extrudern zu einem der führenden Hersteller in der kunststoffverarbeitenden Industrie entwickelt. Das Lösungsportfolio von Pöppelmann ist in vier prinzipiell branchenspezifisch agierende Divisionen eingeteilt:

<ul><li>Die Division Kapsto gehört nach eigenen Angaben zu den weltweit führenden Herstellern für Kappen und Stopfen</li><li> K-Tech fungiert als Zulieferer vor allem für die Automobilindustrie</li><li>Die Division Teku bietet Lösungen im Bereich Pflanztöpfe, Trays und den Erwerbsgartenbau</li><li>Der Bereich Famac steht für die Produktion von Komponenten und Verpackungen für die Lebensmittel-, Pharma- und Medizinindustrie</li></ul>

Martin Hammoor ist als Head of Quality Systems bei Pöppelmann tätig.

Software Qualitätsmanagement

Software

Qualitätsmanagement

Innovatives Spritzgießen in Zeiten der Pandemie

Während der vergangenen Monate haben sich viele firmeninternen Abläufe und Entwicklungsprozesse verlangsamt und auch verändert. Trotz allem ist die Zeit nicht stehen geblieben, auch nicht in der Spritzgießtechnik. Dabei haben vor allem zwei Themen die Diskussion und Entwicklung geprägt: Digitalisierung und Kreislaufwirtschaft. Nachfolgend einige Beispiele von Entwicklungen und Projekten, die das untermauern.

Wer sich die Aufgabe stellt, über Entwicklungen und Innovationen in Zeiten der Corona-Pandemie zu berichten, kommt sich zunächst vor wie bei einer Reportage über ein Fußballspiel, das nicht stattfindet. Messen, Kongresse, Technologievorführungen sowie Kundenveranstaltungen und -besuche wurden über einen längeren Zeitraum abgesagt oder fanden, wenn überhaupt, nur online statt. Die folgende Übersicht – erstellt am heimischen Rechner, um einige Trends der Spritzgießtechnik nachzuzeichnen – kann daher nur selektiv sein.

Dreidimensional geformte Kunststoffblenden mit integrierten Displays

Das Unternehmen Continental setzt eine Kombination aus Film Insert Molding (FIM), In-Mold Decoration (IMD) und Spritzprägen ein, um große, dreidimensional geformte Instrumentenblenden mit integrierten Displays zu fertigen (Titelbild). Die Herausforderung dabei ist, die technischen Eigenschaften von nebeneinander angeordneten Displays bezüglich Weißpunkt, Farbtemperatur, Farbkoordinaten und Schwarzhomogenität zu synchronisieren und die Displayoberflächen in die Linienführung eines Cockpits harmonisch zu integrieren [1].

Für die Umsetzung des Projekts hat Continental mehrere Spritzgieß-Sonderverfahren miteinander kombiniert. Eine zweidimensional bedruckte Folie wird dabei zunächst im HPF-Prozess (High Pressure Forming) in die dreidimensionale Kontur des finalen Bauteils umgeformt. Dieser Vorformling wird im Anschluss in ein Werkzeug eingelegt und im FIM-Verfahren hinterspritzt. Beim IMD-Verfahren wird schließlich in einem Rolle-zu-Rolle-Prozess schon im Spritzgießwerkzeug die Hardcoat-Beschichtung auf das Bauteil aufgebracht, was in Kombination mit dem Spritzprägeprozess für einen sehr geringen Spannungshaushalt im Bauteil sorgt. Bei der Kombination aller Schritte handelt es sich laut Continental um ein neues Verfahren, bei dem die verwendeten Maschinen bei Inbetriebnahme weltweit einzigartig sind.

Das Spritzgießwerkzeug, in das die bedruckte 3D-Folie vor dem Hinterspritzen eingelegt wird, wiegt insgesamt über 16 t. Aufgrund seiner Komplexität verfügt es über eine gewisse Intelligenz in Form einer speicherprogrammierbaren Steuerung (SPS), die u. a. die Bedienung via Smartphone und WLAN unterstützt. Die SPS ist zuständig für die Überwachung und Koordination der mehr als 60 Aktoren und Sensoren, die sich in dem Werkzeug befinden, und wickelt eigenständig das Zusammenspiel zwischen der Spritzgießmaschine und zwei weiteren Sekundärperipherien ab. Das Projekt von Continental ist somit ein Paradebeispiel für Innovation – im engeren Sinne bekanntlich die Umsetzung einer Idee in neue Produkte, Dienstleistungen oder Verfahren – und für das Zusammenspiel von Technologie und Digitalisierung im Spritzgießen.

Neue Ansätze beim Thermoplast-Schaumspritzgießen

Geschäumte Bauteile weisen einen dreischichtigen Aufbau auf, wobei ein poröser Kern von zwei kompakten Deckschichten umgeben ist. Klassische Dichtereduktionen im TSG-Verfahren (Thermoplast-Schaumspritzgießen) liegen bei rund 10 %, wobei neue Entwicklungen in der Werkzeug- und Prozesstechnik (lokale) Dichtereduktionen von bis zu 50 % erlauben – was das Leichtbaupotenzial dieser Technologie unterstreicht. Ein weiteres Plus ist die Recyclingfähigkeit, da die Sandwichstruktur aus einem einzigen Material besteht.

Prozesstechnisch wird durch den homogenen Gasdruck der Verzug minimiert und die Formtreue verbessert, wobei die Gase während der Verarbeitung als „Weichmacher“ wirken: Je nach Gas und Konzentration reduziert sich die Viskosität um bis zu 50 %, was unter bestimmten Umständen die Verwendung kleinerer Maschinen erlaubt. Das Institut für Polymer-Spritzgießtechnik und Prozessautomatisierung (IPIM) an der Johannes Kepler Universität in Linz entwickelt zusammen mit dem Competence Center CHASE und Engel eine neue Prozesstechnik, bei der sowohl optimierte Plastifizierschnecken (Bild 1) als auch neue Methoden zur Inline-Bestimmung der Gaslöslichkeit unter dynamischen Bedingungen verwendet werden [2].

Wesentlicher Faktor hierbei ist der Kompressionsmodul des Gemischs, der die Volumenänderungen infolge eines Druckanstiegs charakterisiert. Auf Basis dieser Methoden sind auch Prozessoptimierungen möglich wie beispielsweise die automatische Reduktion des Staudrucks auf das technisch notwendige Minimum, um den Verschleiß und den Energieverbrauch zu reduzieren und das Förderverhalten zu verbessern.

Ein noch größeres Potenzial für die Optimierung von Schäumprozessen eröffnet die künstliche Intelligenz (KI), konkret der Einsatz eines am IPIM entwickelten und trainierten Convolutional Neutral Networks (CNN) zur Optimierung von Bauteiloberflächen im TSG-Verfahren. Das Ziel ist, für unbekannte Prozesse geeignete Prozesseinstellungen zu finden, ohne aufwendige Versuche durchführen zu müssen. Das System soll zukünftig in der Lage sein, Abweichungen vom Sollprozess in Korrelation mit den Einstellparametern automatisch entgegenzuwirken.

Werkzeugintegriertes Assistenzsystem zur Prozessregelung beim Spritzgießen

Basierend auf Algorithmen aus dem Bereich der maschinellen Lernverfahren entwickeln die Projektpartner Schneider Form GmbH und die Hochschule Schmalkalden ein „Werkzeugintegriertes Assistenzsystem zur Produktionsregelung beim Spritzgießen hochkomplexer und anspruchsvoller Bauteilspezifikationen“, kurz Wasabi [3]. Dabei führt der digitale Assistent eine indirekte permanente Qualitätskontrolle während eines Produktionszyklus durch und berücksichtigt dabei die Werkzeugatmung, die bei jedem Spritzgießprozess auftritt.

Der Output des Systems soll eine verständlich aufbereitete Beurteilung des aktuellen Prozesszyklus sicherstellen, mit der selbst unerfahrenes Personal die Prozessstabilität und Bauteilqualität bewerten kann. Das System verkürzt die Einfahrprozedur beim erneuten Rüsten von Werkzeugen, sorgt für eine permanente Überwachung im Zyklus, registriert nicht notwendige mechanische Belastungen und unterstützt den Einrichter sowie den QM-Mitarbeiter. Das Wissen rund um den Prozess soll gemäß den Projektpartnern dauerhaft dort verbleiben, wo es benötigt wird, nämlich am Werkzeug.

Für die Entwicklung des Systems wurde aufgrund ihrer komplexen und anspruchsvollen Bauteilspezifikationen eine Pkw-Stoßstange als Forschungsobjekt gewählt. Zur Ermittlung der Messdaten wurden insgesamt 26 Sensoren (Werkzeuginnendruck, Schmelzefront, Werkzeugtemperatur, Wegmessung und Werkzeugatmung) über die beiden Werkzeughälften verteilt (Bild 2). Über mehrere Versuchsreihen wurde schließlich die Datenbasis für das Design of Experiments (DoE) geschaffen, um die maßgeblichen Einflussgrößen für die Qualität der Zielkriterien zu bestimmen.

Dabei ließen sich lokale Verformungen des Werkzeugs nachweisen, die sich negativ auf die Bauteilqualität (Gratbildung) und die Werkzeugstandzeit auswirkten. Über die linearen Zusammenhänge zwischen Parametern und Qualitätskriterien sowie Wechselwirkungen zwischen den Parametern wurden mithilfe speziell angepasster Programme Merkmalskombinationen für einen Ansatz für maschinelles Lernen erarbeitet. Ein geeignetes maschinelles Lernverfahren ist die Support Vector Regression (SVR) aus der Familie der Support Vector Machines.

Der Spritzprägeprozess für sich ist keine Weltneuheit. In Kombination mit smarten Anwendungen wie hinterleuchteten Blenden für Automobil-Sportsitze ist er zumindest eine Herausforderung. Der Leuchttechnikspezialist Lumitec hat zusammen mit Arburg das Spritzprägen von Elektrolumineszenzfolien optimiert. Diese weniger als 1 mm dicke mehrschichtige Folie zeichnet sich dadurch aus, dass sie bei Anlegen eines elektrischen Feldes Licht emittiert. Zwischen zwei Elektroden befindet sich das sogenannte Dielektrikum, wobei eine Elektrode meist aus einer lichtdurchlässigen, mit Indiozinnoxid-Strukturen bedruckten Kunststofffolie besteht und die andere das Licht reflektiert [4]. Anwendung finden sie beispielsweise als Identifikationsträger und „Welcome-Indikator“ in die Rückenlehnen der Sitze eingebaut und farbig hinterleuchtet, sobald die Fahrzeuge geöffnet werden (Bild 3).

Bei dem Verfahren wird die Folie im Werkzeug thermisch vorverformt, sodass die Endausformung erst mit dem Spritzprägeprozess erreicht wird. Das Spritzprägen ist ein Niederdruckverfahren, bei dem die Nachdruckphase durch den Prägevorgang ersetzt wird, sodass beispielsweise Einleger wie Folien oder Dekore geschont werden.

Assistenzsysteme  der Maschinenhersteller

Die großen Spritzgießmaschinenhersteller bieten heute mit Produkten wie iQ weight control (Engel), aXw Control PressurePilot (Arburg), APC plus (KraussMaffei) oder HiQ Flow (Wittmann Battenfeld) adaptive Prozessregelungen an, um Prozessschwankungen gezielt entgegenzuwirken. Hierbei werden die Sollprofile während der Einspritzphase (und teilweise auch während der Nachdruckphase) so angepasst, dass eine konstante Viskosität der Schmelze innerhalb der Maschine erreicht wird. Grundlagen hierfür bilden beispielsweise die Regelung der Einspritzarbeit, des Nachdruckprofils oder die dynamische Anpassung des Umschaltpunkts von der Einspritz- auf die Nachdruckphase.

Das Assistenzsystem HiQ Flow von Wittmann Battenfeld beispielsweise befasst sich mit der Überwachung, Dokumentation und Regelung von Viskositätsabweichungen während des Einspritz- und Nachdruckvorgangs, um eine gleichbleibend hohe Teilequalität zu erzielen, unabhängig von der Materialviskosität [5]. Dabei werden während der Einspritzphase detektierte Viskositätsänderungen im selben Schuss aktiv korrigiert (Bild 4), wobei das Integral der Einspritzarbeit in Abhängigkeit des Einspritzdrucks, der Zylinderfläche und der Position des Spritzkolbens bestimmt wird. Auf Basis eines Referenzschusses werden der Umschaltpunkt und die Nachdruckhöhe in Abhängigkeit der Einspritzarbeit des aktuellen Schusses korrigiert.

Einige dieser Funktionen sind grundsätzlich nicht neu, sondern wurden schon in den 1980er-Jahren zum Patent angemeldet [6]. Allein die Umsetzung hat einige Jahre gedauert. In Anbetracht der zunehmenden Verarbeitung von Biokunststoffen und Rezyklaten, die zwangsläufig mit größeren Prozessschwankungen verbunden ist, ist das Prinzip der adaptiven Prozessregelung sicherlich ein Schritt in die richtige Richtung. Der Vollständigkeit halber sei an dieser Stelle ebenfalls angemerkt, dass es für die Schmelze auch „ein Leben nach der Maschine“ gibt, nämlich im Heißkanal und in den Kavitäten. Inwieweit diesen rein maschinenbasierten Lösungen beispielsweise bei Mehrfach- und Familienwerkzeugen Grenzen gesetzt sind, wird die Zukunft zeigen.

Assistenzsysteme sind jedoch nicht nur auf adaptive Prozessregelungen beschränkt, ihr Anwendungsspektrum wird laufend um viele Bereiche erweitert – Prozessoptimierung, Produktion, prädiktive Instandhaltung (Predictive Maintenance) und Service, um nur einige zu nennen. Im Gespräch mit Johannes Kilian, Leiter der Abteilung für Prozesstechnologien bei Engel, wird deutlich, wohin die Reise geht: Es geht darum, den Prozess bestmöglich einzustellen, dabei möglichst wenig Fehler zu machen und den Weg dorthin weitgehend zu vereinfachen. Als Beispiel nennt er den iQ process observer, der seit Mai 2021 bei ausgewählten Kunden im Einsatz ist. Das System, bei dem es sich nicht um eine Prozessregelung handelt, überprüft auf der Basis von statistischen Kennzahlen und anderen stochastischen Methoden, wo der Prozess hinwandert, und berechnet Vorschläge für Veränderungen. Das System, das auch als Web-Applikation geplant ist, soll also den Prozess transparenter machen und dadurch die Anwendung möglichst vereinfachen.

Maschine kennt Teil – maschinenintegrierte Simulation

In dieselbe Richtung tendiert der Engel-Ansatz zur Nutzung von Simulationsdaten. Sim link ist eine intelligente Schnittstelle zu Autodesk Moldflow, die den Datensatz aus der Spritzgießsimulation umwandelt und dessen Genauigkeit überprüft. Grundsätzlich wird das Produkt als 80-%-Lösung und somit als Unterstützung für den Anwender angesehen. Der Kunde muss schließlich selbst seinen Prozess optimieren, der dann mithilfe intelligenter Assistenzsysteme wie iQ weight control konstant gehalten werden soll. Generell bestätigt Johannes Kilian, dass die iQ-Produkte bei Engel stark gewachsen sind und diese nicht zum Selbstzweck entwickelt wurden, sondern sich auch wirtschaftlich rechnen müssen.

Auch bei Arburg ist die Verknüpfung zwischen Simulation und Maschinensteuerung bereits Realität, wobei der Maschinenhersteller hier mit dem Softwareanbieter Simcon zusammenarbeitet. In einem Interview haben Eberhard Duffner (Arburg) und Paul F. Filz (Simcon) das Konzept erläutert [7], das in zwei Stufen realisiert werden soll. Im ersten Schritt wird aus der Simulation ein Füllassistent implementiert, der die passenden Spritzparameter für die Maschine und den Prozess ermittelt und den Füllprozess in 3D visualisiert (Bild 5). Auch hier ist das Ziel, dem Einrichter die Arbeit einfacher zu machen, indem er eben nicht mehr komplexe Darstellungen wie den Schneckenweg oder den Druckverlauf über der Zeit interpretieren muss.

In einer zweiten Stufe geht es darum, Qualitätsprobleme zur beheben und reale Prozessschwankungen in einer leicht verständlichen Darstellung interaktiv zu veranschaulichen. Die Grenzen für diesen Ansatz liegen derzeit sowohl in der Anwendung wie auch auf der Materialseite. Mehrfach-Werkzeuge mit vielen Kavitäten und hohem Heißkanalvolumen sind aufgrund der Kompressibilität und des steuerungstechnischen Eigenlebens im Heißkanal, die in der Simulation überhaupt nicht berücksichtigt werden, derzeit ausgeschlossen.

Der Begriff „Digitalisierung“ wird generalistisch überall dort verwendet, wo Daten irgendwelcher Art kommuniziert werden müssen. Dies beginnt für manche KMU bereits mit dem Einsatz von Projektmanagement-Tools wie Microsoft Teams. Für andere Firmen steht der Begriff synonym für Schnittstellen und Protokolle von Messdaten und anderen digitalen Informationen, während die Premium-Class-Anwender komplett vernetzte MES-Systeme zur Produktionsplanung und ähnlichem darunter verstehen (Bild 6).

Digitalisierungslösungen sind auf allen Stufen – entweder maschinenintegriert oder von externen Anbietern – größtenteils bereits heute verfügbar, wie die Produkt- und Markenbezeichnungen Arburg Leitrechnersystem ALS, KraussMaffei Plastics 4.0, Engel inject 4.0, Wittmann 4.0, Sumitomo (SHI) Demag myConnect und KePlast EasyNet (ein Auszug aus dem Keba Smart-Factory-Portfolio) zeigen (Bild 7). Sie bilden die Basis für zukünftige Entwicklungen beispielsweise zur Steigerung der Produktionseffizienz oder zur Vereinfachung und transparenteren Gestaltung der Prozesse.

Automatisierung und künstliche Intelligenz

Um langfristig wettbewerbsfähig zu bleiben, hat sich Vorwerk entschlossen, gemeinsam mit dem Institut für Product Engineering (IPE) der Universität Duisburg-Essen den Mehrwert einer 100-%-Inline-Qualitätserfassung sowie der direkten Vorhersage der Formteilqualität auf Basis der Prozessdaten zu begutachten [8]. Anhand des Filterdeckels eines Staubsaugers (Bild 8) wurde die vollständige Ausformung der Dichtlippe aus TPE sowie die korrekte, umlaufende Position der TPE-Kontur näher untersucht. Um die Variation der Breitenmaße zu erfassen, wurde ein Kamerasystem mit Schwarz-Weiß-Sensor und einer Auflösung von 21 Megapixeln verwendet, mit der die Formteile unmittelbar nach der Entnahme abgelichtet werden.

Die Formteilmaße wurden zunächst einmalig definiert, anschließend automatisch erfasst und mit einem Zeitstempel versehen. Aus diesem Grund müssen die Uhrzeiten von Spritzgießmaschine und Kamerasystem über einen Zeitserver des Unternehmensnetzwerks synchronisiert werden.

Zusätzlich zur optischen Inline-Qualitätserfassung wurde untersucht, ob sich die betrachteten Qualitätsmerkmale auch indirekt vorhersagen lassen, wobei der Modellbildung eine zentrale Rolle zukommt. Dabei werden sieben „State of the Art“-Lernverfahren (u. a. Neuronale Netze, Stützvektormethoden, Gussprozess-Regression) parallel trainiert und treten gegeneinander an, sodass letztendlich nur das Modell mit den besten Validierungsdaten für die Prognose verwendet wird (Bild 8).

Auch hierbei handelt es sich um einen sehr interessanten Ansatz, der jedoch wie so oft mit dem universellen Einsatz zu kämpfen hat. Beispielsweise muss berücksichtigt werden, dass die Schwindung  der Formteile zum Zeitpunkt der Erfassung mit dem Kamerasystem noch nicht abgeschlossen ist. Vorwerk weist außerdem darauf hin, dass eine Prognose nur dann möglich ist, wenn eine hohe Güte der in der Lernphase verwendeten Qualitätsdaten vorausgesetzt werden kann.

Ein schönes Beispiel aus dem Bereich „Digitale Transformation“ ist ein neues Produktmarkierungssystem von matriq für Spritzgieß-, Blasform- und Thermoform-Kunststoffartikel (Bild 9). Hierbei werden die einzelnen Produkte individuell mit einer nicht trennbaren Produktmarkierung versehen, indem ein eindeutiger Code auf jedes hergestellte Teil „eingebrannt“ wird. Jede Kodierung wird zyklisch neu generiert, womit die Teile selbst eindeutig rückführbar sind. Im Gegensatz zu nachgeschalteten Systemen wie Laser-, Druck- oder geklebten Markierungen geschieht dies direkt während der Herstellung der Teile. Der Nutzen einer komplexen und teuren Netzwerklösung wird dadurch deutlich erhöht.

Nachhaltigkeit ist das große Thema unserer Zeit und wird wohl auch die kommenden Messen bestimmen. Dabei ist es derzeit noch nicht entschieden, wo die Schwerpunkte liegen werden. Inwieweit sich die Anteile von biobasierten und biologisch abbaubaren Kunststoffen auch im Spritzgießen entwickeln werden, ist trotz der enormen Anstrengungen der Materialhersteller zurzeit aus verschiedenen Gründen nicht absehbar. Dies liegt u. a. daran, dass sich die Kompostierung von abbaubaren Kunststoffen als schwierig gestaltet und gleichzeitig in vielen Ländern (noch) nicht als „grüne Lösung“ akzeptiert wird. Gemäß European Bioplastics beträgt der Anteil von Biokunststoffen derzeit etwa 1 % der weltweiten Gesamtproduktion, allerdings mit deutlich steigender Tendenz.

Ganz sicher wird das Recycling eine große Rolle spielen, wobei KraussMaffei das Thema Kreislaufwirtschaft bereits mit einem Beispiel für Upcycling bereichert hat. Dabei werden spritzgegossene Eimer extern geschreddert und als Mahlgut wieder in den Materialkreislauf eingespeist. Mithilfe eines Zweischneckenextruders wird aus dem Sekundär-Rohstoff unter Zugabe eines Farbstoffs und eines 20-%-igen Anteils Talkum neues und technisch aufgewertetes Granulat hergestellt. Aus diesem „Post-Industrial-Material“ wird schließlich im Spritzgießverfahren die Abdeckung einer A-Säule mit Textiloberfläche – ein Hightech-Bauteil aus der Automobilindustrie – hergestellt (Bild 10). KraussMaffei sieht sich dabei als einzigen Hersteller am Markt, der die für diesen Kreislauf notwendigen schlüsselfertigen Systeme aus einer Hand anbietet, und damit als Lösungslieferant für die Kreislaufwirtschaft [10].

Lego hat in der Zwischenzeit den ersten Prototyp für einen Baustein aus Rezyklat entsorgter PET-Flaschen hergestellt, wobei eine Ein-Liter-PET-Flasche im Durchschnitt genug Rohmaterial für zehn solcher im Spritzgießverfahren hergestellten Bausteine liefert. Nach Unternehmensangaben erhöht die zum Patent angemeldete Materialrezeptur die Strapazierfähigkeit des PET, damit es für Bauklötzchen geeignet ist und die strengen Qualitäts- und Sicherheitsanforderungen von Lego erfüllt. Zunächst muss der Prototyp jedoch eine mindestens einjährige Testphase durchlaufen, bevor entschieden wird, ob die PET-Rezeptur in die Pilotproduktionsphase übergehen soll.

Wer an die letzte K-Messe in Düsseldorf denkt, wird sich vor allem an zwei Themen erinnern: Digitalisierung mit Industrie 4.0 und „Circular Economy“. Während sich der erste Hype auf seinem Höhepunkt befand, stand der zweite gerade am Beginn einer unglaublichen Entwicklung. Die Hilfsmittel zur Digitalisierung in Form von Hard- und Software-Plattformen, Schnittstellen und Peripherien sind heute weitestgehend und flächendeckend vorhanden. Die Hausaufgaben sind gemacht, wenn auch leider nicht standardisiert und selten kompatibel. Nun kommt der interessantere und wesentlich innovativere Teil in punkto Vereinfachung und Prozessautomatisierung. Dazu braucht es Ideen, Algorithmen und vielleicht auch einen Teil künstliche Intelligenz. Hier wird sich im Bereich Prozessregelung die Spreu vom Weizen trennen. Beim Thema Nachhaltigkeit hingegen ist der Zenit noch lange nicht erreicht. Hier darf man gespannt sein, wie die Industrie insbesondere die politischen Vorgaben eines „Green Deal“ technisch und kommerziell in den Griff bekommt.

[1] Lenz, M.; Hohmann, K.: Formsache Automobildisplay. Kunststoffe 110 (2020) 3, S. 47–50

[2] Kastner, C.; Kienzl, W.; Kobler, E.; Steinbichler, G.: Ein Sonderverfahren auf dem Weg zum nachhaltigen Normalfall. Kunststoffe 111 (2021) 2, S. 20–23

[3] Werner, M.; Seul, T.; Wenzel, A.; Greifzu, N.; Lehr, M.: Scharfe Prozessdigitalisierung. Kunststoffe 111 (2021) 4, S. 36–40

[4] Müller, R.-U.: Ein Leuchten zur Begrüßung. Kunststoffe 111 (2021) 3, S. 46–47

[5] Pearson, B.; Pazour, P.: Keine Gewichtsprobleme mehr. Kunststoffe 110 (2020) 9, S. 60–63

[6] Patentschrift AT 381 670: Verfahren zur Kontrolle des Formfüllvorganges einer Kunststoff-Spritzgiesseinrichtung (1986) Lampl, A.

[7] Doriat, C.: „Sehen, was im Werkzeug passiert“ – Interview mit Eberhard Duffner und Paul E. Filz. Kunststoffe 109 (2019) 10, S. 158–161

[8] Schulze Struchtrup, A.; Mahl, A.; Kvaktun, D.; Thalemann, M.; Schiffers, R.: Inline-Qualitätserfassung und datenbasierte Qualitätsprognose. Kunststoffe 110 (2020) 8, S. 18–21

[9] Mitzler, J.; Pöpel, C.-P.; Kruppa, S.: Heute Verpackung, morgen Rohstoff. Kunststoffe 109 (2019) 10, S. 146–150

Bild 8. Konzept für die Modellbildung zur Qualitätsprognose. Im Zentrum der Untersuchungen zur Einführung von Industrie-4.0-Maßnahmen standen die vollständige Ausformung des Staubsaugerdeckels sowie die korrekte, umlaufende Position der TPE-Kontur

Bild 9. Das neues Produktmarkierungssystem Dynamic Mold generiert einen zyklischen Code für eine eindeutige Rückführbarkeit der Kunststoffteile

Bild 1. Die Geometrie der speziell entwickelten Plastifizierschnecke PFS (Physical Foaming Screw) verbessert die Homogenität der gasbeaufschlagten Schmelze

Bild 10. Aus Eimer wird A-Säule: KraussMaffei zeigt einen geschlossenen Material- und Fertigungskreislauf aus Extrusions- und Spritzgießtechnik in Kombination mit digitalen Lösungen

Bild 2. Systemkonzept Wasabi: An der beweglichen Werkzeugseite sind 16, an der festen Seite zehn Sensoren installiert

Bild 3. Die Blenden werden in Automobil-Sportsitze eingebaut und leuchten zur Begrüßung

Bild 4. Das Assistenzsystem HiQ Flow korrigiert Viskositätsabweichungen während des Einspritz- und Nachdruckvorgangs im selben Schuss

Bild 5. Der „aXw Control FillAssist“  zeigt dem Bediener, was gerade im Werkzeug passiert

In die durchgehend 3D-geformte Instrumentenblende sind zwei Displays nahtlos integriert

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Bild 6. Das Leitrechnersystem ALS sorgt für eine durchgängige IT-Vernetzung

Bild 7. KePlast EasyNet MES ist ein benutzerfreundliches Programm zur kostengünstigen Vernetzung und Überwachung von Spritzgießmaschinen, das sich ideal zur zentralen Datenerfassung sowie -sicherung auf stationären und mobilen Endgeräten eignet. Das neue Produktionsmanagement-Feature ermöglicht die tiefe vertikale Integration von Produktionsaufträgen vom ERP-System direkt zum Maschinenbediener – diese Aufträge werden in Echtzeit an die HMI geschickt und alle gesammelten Daten zum Produktionsstatus wieder retourniert

Dipl.-Ing. (FH) Christopherus Bader war bis 2015 CEO der Priamus System Technologies AG, Schaffhausen/Schweiz, und bis 2021 Geschäftsführer der Priamus System Technologies, branch of Barnes Group Suisse Industries LLC am selben Standort. Aktuell ist er in beratender Funktion in der Spritzgießbranche tätig; <a href="mailto:christopherbader@t-online.de">christopherbader@t-online.de</a>

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Zwischen neuem Materialmix  und Energieeffizienz

Ein Stimmungsbild über den aktuellen Stand der Rohr- und Profilextrusion

Die Kunststoffe hat bei Herstellern aus dem Bereich der Rohr- und Profilextrusion nachgefragt, welche Entwicklungen die Produktpalette beeinflussen und welche Trends die Zukunft bestimmen. Aufgrund der unterschiedlichen Anwendungen stehen die Unternehmen vor unterschiedlichen Herausforderungen. Dennoch gibt es Gemeinsamkeiten, was die Coextrusion, den Einsatz von Rezyklaten oder die Digitalisierung anbelangt.

Die Kunststoffe hat bei Herstellern aus dem Bereich der Rohr- und Profilextrusion nachgefragt, welche Entwicklungen die Produktpalette beeinflussen – und welche Trends die Zukunft bestimmen. Aufgrund der unterschiedlichen Anwendungen – die von Mikrokathederschläuchen bis hin zu Gasrohren reichen – stehen die Unternehmen vor unterschiedlichen Herausforderungen. Dennoch gibt es Gemeinsamkeiten, was die Coextrusion, den Einsatz von Rezyklaten oder die Digitalisierung anbelangt.

Selten waren Planung oder Prognosen so schwierig wie in den vergangenen zwei Jahren. Viele Maschinenhersteller aus der Kunststoffbranche freuen sich mittlerweile wieder über hohe Auftragseingänge. Auf Basis von Interviews liefert Kunststoffe mit diesem Beitrag ein Stimmungsbild über den Status quo im Bereich der Rohr- und Profilextrusion.

Stimmung und wirtschaftliche Lage: durchweg positiv

Die Stimmung bei den von uns befragten Unternehmen ist durchweg positiv. Nach pandemiebedingten Herausforderungen im Vorjahr verbuchen inzwischen viele eine erfreuliche Entwicklung der Umsätze. „Der Anstieg der Aufträge ist vor allem auf die wachsende Nachfrage nach Extrudern für Compounding in den Bereichen Lebensmittelverpackung und Medizin zurückzuführen“, betont Clemente Bausano, Vice President von Bausano & Figli.

Christoph Scabell, Geschäftsführer bei Extrudex Kunststoffmaschinen beschreibt die derzeitige Lage so: „Nach einem wirtschaftlichen sehr schwierigen Zeitraum von beinahe zwei Jahren werden jetzt die verschobenen Investitionen nachgeholt. Wir erwarten einen sehr erfreulichen Jahresabschluss 2021 und weitere Erholung für 2022.“ Das aktuelle Statement von Dr. Friedrich Kastner, CEO und Managing Partner bei Collin Lab & Pilot Solutions: „Das Jahr 2020 war eine Herausforderung. Natürlich haben wir mit Rückgängen gerechnet, die auch eingetreten sind. Wir haben aber freie Kapazitäten genutzt, um unser Verbesserungs- und Entwicklungsprogramm noch intensiver voranzutreiben und die sich ergebenden neuen Chancen in den gerade in der Vergangenheit auch schon sehr wichtigen Bereichen Medizin und Pharma weiter zu nutzen.“ Auch bei Collin wird mit einem positiven Jahresabschluss 2021 gerechnet.

Welche Trends beeinflussen Technik und Produktportfolio?

In den vergangenen Jahren haben sich verschiedene Tendenzen im Produktportfolio oder bei Entwicklungen der Anlagentechnik ergeben, die sich je nach Anwendung bzw. Teilbranche unterscheiden. Clemente Bausano: „Die Entwicklungen der letzten Jahre betrafen insbesondere Kunststoffrohranwendungen. Von Wasser- und Gasverteilungsnetzen über die Regenwasserableitung bis hin  zu Energieversorgungssystemen und Sprinkleranlagen: Die weltweite Nachfrage ist exponentiell gestiegen. Aus diesem Grund hat Bausano seine Produktpalette für die Extrusion von PVC-, PP- und PE-Rohren komplett erneuert, um den steigenden Anforderungen der Hersteller in Bezug auf Schmelzehomogenität, Prozessflexibilität, Maximierung des Durchsatzes und Reduzierung des Energieverbrauchs gerecht zu werden. Schließlich gibt es eine wachsende Nachfrage nach Profilen aus Materialien, die aus wiedergewonnenen Polymeren und aus bis zu 80 % Naturfasern hergestellt werden: Produkte, die sich in Bezug auf Zuverlässigkeit, Leistung und Produktionskosten als besser erweisen als Holz.“

Auch KraussMaffei bietet eine breite Produktpalette im Bereich der Rohrextrusion an. Dazu zählen u. a. Anlagen für Trinkwasser-, Abwasser-, Heizungs- oder Gasrohre. Coextrusionsrohre mit verschiedenen Materialkombinationen können dabei in bis zu sieben Schichten produziert werden. Beispiele hierfür sind PVC-Schaumkernrohre, ein Mix aus PP-R mit Glasfasern und Mineralien oder Mehrschichtrohre mit Haftvermittler und einer EVOH-Sauerstoffbarriere. „Das klassische Produktprogramm im Bereich Bau ist stabil und erweitert sich um Mehrlagentechnologien. Wir freuen uns, dass wir in unserem Technikum speziell diese Mehrlagentechnologien präsentieren können“, so Dr. Volker Nilles, Executive Vice President New Machines bei KraussMaffei.