Die K 2019 in Düsseldorf wurde ihrem Anspruch, die Leitmesse für Kunststofftechnik zu sein, wieder einmal gerecht. Zumindest im Bereich Spritzgießen gab es Weltneuheiten – wenn man genau hingesehen hat.

Spritzgießtrends auf der K 2019

Spritzgießen

Kunststoffverarbeitung: Verfahren

Schaumspritzgießen

Smart Factory

Energieeffizienz

Mikrospritzgießen

Mehrkomponenten-Spritzgießen

Spritzgießmaschinen, allgemein

Kunststoffverarbeitung: Maschinen und Komponenten

Spritzgießmaschinen

Spritzgießwerkzeuge

Werkzeuge für die Kunststoffverarbeitung

Fließpressen

Handling, Handhabungstechnik für die spanende Fertigung

Automatisierungstechnik

Handling, Handhabungstechnik

Spritzgieß-Sonderverfahren

Spritzgießsimulation

Software

Simulation

Elastomer-Spritzgießen

Linearroboter für die Kunststoffverarbeitung

Industrieroboter

Montagetechnik

Industrie 4.0 für die Kunststoffverarbeitung

Industrie 4.0

Montage-Spritzgießen

Knickarmroboter

Co-Injektion (Barriere-/Sandwich-Spritzgießen)

Hybrid-Spritzgießen (Metall / Kunststoff)

Ressourcenmanagement

Produktion

Mit digitaler Assistenz  zur technischen Exzellenz

Johannes Kilian ist Leiter der Abteilung für Prozesstechnologien bei Engel. Im Gespräch mit ihm und Georg Steinbichler geht es um die Hebel der Digitalisierung, technische Durchbrüche und kritische Erfolgsfaktoren.

Interview mit Georg Steinbichler und Johannes Kilian zum Stabwechsel bei Engel

Doriat, Clemens, Dr.

Digitale Transformation

Wirtschaft

Innovationen und neue Technologie

Prozesssimulation

Verbundwerkstoffe / Werkstoffverbunde

Kunststoff Werkstoffe

Prozessvisualisierung

Prozessautomation

Mess- / Regel- und Prozessleittechnik

Elektrische Antriebe für Spritzgießmaschinen

Antriebe

Elektrische Antriebe

Organobleche (gewebeverstärkte Thermoplast-Halbzeuge)

Halbzeuge und Zwischenprodukte

Kunststoff-Halbzeuge

„Die Chancen der Digitalisierung nutzen“

Mit insgesamt 20 Spritzgießexponaten, davon neun auf dem eigenen Stand, demonstriert die Arburg GmbH + Co KG, Loßburg, nicht nur bekannte Sonderverfahren, wie das In-Mold Labeling (IML), das Mehrkomponenten-Spritzgießen und das Thermoplast-Schaumspritzgießen. Ein großer Bereich ist auch der Ver‧arbeitung von Sonderwerkstoffen gewidmet, darunter hochgefüllte magnetische Kunststoffe, Biokunststoffe und Rezyklate. 

Arburg auf der K 2019 

Nachhaltigkeit

Eintauchen in eine digitale und ökoeffiziente Produktion 

Die Windsor Kunststofftechnologie GmbH, Hanau, vertreibt seit 2016 in Europa servo‧hydraulische Spritzgießmaschinen der taiwanischen Fu Chun Shin (FCS) Group mit Schließkräften zwischen 300 und 37 000 kN. Europa-Premiere feiert die servohydraulische Knie‧hebel-Maschine FCS FA-160 mit 1600 kN Schließkraft (Bild). Generell hat FCS bei der FA-Baureihe die feste Aufspannplatte verstärkt und den Schließkraftverlauf verbessert, was laut Hersteller zu längeren Werkzeugstand‧zeiten führt. Ein Produktionsleitsystem überwacht, optimiert und protokolliert Produkt- und Prozessdaten. 

Windsor auf der K 2019 

Flexibilität im Mehrkomponenten-Spritzgießen 

„Circular Economy“ ist nicht nur das Schwerpunktthema der K 2019, sie bildet auch den „grünen“ Faden beim Messeauftritt des Spritzgießmaschinenbauers und Systemanbieters Engel.

Engel befürwortet starkes Engagement der Kunststoffindustrie für Kreislaufwirtschaft

Künstliche Intelligenz für die Qualitätssicherung

Industrie 4.0 für die Qualitätssicherung

Folientechnik (IMD, IML, FIM, u.a.)

Kunststoff-Recycling

Kunststoff-Aufbereitung

Ein zweites Leben für Kunststoffe

Zum jährlichen Branchentreff der Spritzgießer kamen am 11. und 12. Februar 2020 rund 150 Experten nach Baden-Baden.

Die VDI-Jahrestagung „Spritzgießen 2020“ zeigt: Noch fehlt der „Closed Loop“

Temperiergeräte

Gießanlagen

Warmformen / Thermoformen

Kunststoff-Rezyklat

Rheologie

Messtechnik

Werkstoffprüfung

Kreislaufprobleme

Bis Jahresende tritt die größte gebrauchte Spritzgießmaschine Deutschlands ihren Weg von Süddeutschland über Amsterdam nach Mumbai an. Gindumac organisiert die vollständige Logistikabwicklung mit dem Kunden.

Gebrauchtmaschinenhandel

Dienstleistungen

Dienstleistungen in der Metallbearbeitung

Gebrauchtmaschinen

Sondermaschinen

Gindumac erhält Großauftrag aus Indien

Intelligente Assistenzsysteme ebnen der sich selbst optimierenden Produktion den Weg. Für einzelne Phasen des Spritzgießprozesses ist die automatische Nachjustierung qualitätsrelevanter Parameter schon heute Realität.

Assistenzsystem iQ weight control sorgt für eine höhere Prozessstabilität

Werkzeuginnendrucksensoren

Sensoren / Messwertaufnehmer

Steuern, Regeln

Messgeräte für Viskosität

Rezyklaten gezielt ein breiteres Einsatzspektrum eröffnen

Prozesstechnologien zur Herstellung von Mehrschicht- und Mehrkomponentenprodukten bieten großes Potenzial, aufbereitete Kunststoffabfälle auch für Kunststoffteile einzusetzen, die besonders hohe Anforderungen an die Oberflächengüte, den Produktschutz oder die Verbrauchersicherheit stellen. Der Schlüssel: Das Rezyklat befindet sich im Inneren, während die Oberfläche aus Neuware gefertigt wird. Engel hat eine Variante des Sandwich-Spritzgießens entwickelt, die auch bei komplexer Bauteilgeometrie hohe Rezyklatanteile erlaubt.

Das Sandwichverfahren „skinmelt“ bereitet verstärktem Rezyklateinsatz den Weg

Recycling, das unter die Haut geht

Über 400 Teilnehmer aus mehr als 40 Ländern informierten sich beim Arburg Summit: Medical 2020 zu aktuellen Entwicklungen, Anwendungen und Visionen und tauschten sich mit den zahlreichen Medizintechnik-Experten aus.

Medizintechnik

Medizinprodukte

Arburg Summit: Medical 2020

Sogenannte „Single Serve Capsules“, die man zum Beispiel als Einweg-Kaffeekapseln kennt, boomen in der Verpackungsbranche. Die neueste Kapselgeneration kommt spritzgegossen daher und zeichnet sich durch eine integrierte Barriereschicht aus, die Geschmack und Aroma konserviert und im Vergleich zu alternativen Herstellverfahren Material einspart. Diese anspruchsvollen Spritzgussteile fertigt ein Schweizer Unternehmen in Großserie auf Arburg-Maschinen.

Lapp Tec setzt bei Barrierekapseln auf nachhaltige und wirtschaftliche Lösungen

Aromafreundlich und kostensparend

Unterstützt von den fünf Schwesterunternehmen der Milacron-Gruppe und weiteren gut zwei Dutzend Industriepartnern lief der Spritzgießmaschinenhersteller Ferromatik Milacron bei seiner Hausmesse Mitte Mai zu großer Form auf.  Das Ausstellungsprogramm bot einen aktuellen Querschnitt durch die Kunststoffverarbeitung – und einige sehenswerte Premieren. 

Ferromatik Milacron veranstaltet Hausmesse erstmals im großen Unternehmensverbund 

Extrusion

Blasformen

Gebündelte Kräfte 

Leicht und doch stabil ist eine Neuentwicklung des Kunststoff-Zentrums in Leipzig. Mit neuartiger Rippengeometrie und speziellen Materialkombinationen ist die wirtschaftlich herstellbare Leichtbaustruktur der konventionellen Kreuzverrippung überlegen. 

Wie sich das Leichtbaupotenzial verrippter Bauteile gezielt steigern lässt 

Schaumgerechte Leichtbaustruktur 

Wieder zeigt der Maschinenhersteller aus dem Schwarzwald bei den Technologie-Tagen Mitte März zusammen mit Partnern entlang der gesamten Wertschöpfungskette Optimierungspotenziale für eine produktionseffiziente Kunststoffteilefertigung. Das Spektrum reicht von der Einzelteil- bis zur Großserienproduktion und schließt auch Beispiele für die Vernetzung der generativen mit der Spritzgießfertigung ein. 

Über 5900 Besucher aus 49 Ländern stürzen sich in die Arburg Technologie-Tage 2015 

Additive Fertigung

Vorboten der vernetzten Produktion 

Alle drei Jahre lädt der Spritzgießmaschinenhersteller Engel seine Kunden und Partner zu einem Symposium nach Oberösterreich. Unter dem Eindruck mehrerer Weltpremieren, einer Vielzahl an herausfordernden Anwendungen und zukunftsweisenden Lösungen dürften die mehr als 3000 Besucher aus allen Erdteilen ihr Kommen nicht bereut haben. 

Das Engel Symposium 2015 steht im Zeichen von intelligenten Spritzgießlösungen  und "Industrie 4.0" 

Messdatenerfassung, Software

Messdatenerfassung und -verarbeitung

Metallpulver-Spritzgießen

Spritzprägen

Prozesse werden sicher – und selbstständig 

Die K 2019 zeigt: Nachhaltige Lösungen gehen auch ohne Leistungsverzicht

Zu den vorrangigen Aufgaben auf dem Weg zur Kreislaufwirtschaft gehört es, aufbereiteten Kunststoffabfällen ein breiteres Einsatzspektrum zu erschließen. Dass dabei trotzdem – wie auch bei der Verarbeitung abbaubarer Naturwerkstoffe – auch höherwertige Produkte und komplexe Prozesse umgesetzt werden können, war auf der K 2019 allenthalben sichtbar. Das ist wichtig, denn anders werden sich solche Lösungen nicht durchsetzen.

Zu den Aufgaben auf dem Weg zur Kreislaufwirtschaft gehört es, aufbereiteten Kunststoffabfällen ein breites Einsatzspektrum zu erschließen. Dass dabei höherwertige Produkte und komplexe Prozesse umgesetzt werden können, war auf der K 2019 sichtbar.

Die Kreislaufwirtschaft als Innovationstreiber? Als Besucher der K 2019 konnte man durchaus auf diesen Gedanken kommen. Nach Jahren mit wirkungslos verpufften Initiativen und Ansätzen, die weniger der Rettung der Welt als der des eigenen Images („Greenwashing“) dienten, arbeiten die Unternehmen der Kunststoffbranche nun daran, Stoffkreisläufe seriös zu schließen und Entsorgungsinfrastrukturen in Schwellen- und Entwicklungsländern zu installieren. Vorerst alles noch im kleinen Maßstab, aber: Lasset die Ideen sprudeln!

Bereits konkreten Nutzen stiftet das US-amerikanische Unternehmen Bureo, das aus alten Fischernetzen neue Produkte wie Skateboards oder Frisbeescheiben (siehe S. 34) macht. Die Netze werden in chilenischen Hafenstädten gesammelt und in dem Andenstaat auf einer Erema-Anlage recycelt. Zuvor landeten sie mangels eines funktionierenden Sammelsystems häufig im Meer. Auf der Messe in Düsseldorf waren es Zettelboxen, zu denen das Polyamid-Rezyklat auf einer Spritzgießmaschine des Typs Engel victory verarbeitet wurde.

Eine Anwendung am Stand von Arburg demonstrierte, wie sich recyceltes Material aus Haushaltsabfällen (Post-Consumer-Rezyklat, PCR) in den Kreislauf zurückführen lässt, um daraus langlebige technische Produkte zu fertigen. Dazu produzierte eine vollelektrische Zweikomponentenmaschine Allrounder 630 A mit 2500 kN Schließkraft aus geschäumtem PCR und einer Weichkomponente (TPE) Griffe für die Schutztür von Spritzgießmaschinen.

2K-Griffe mit leichtem Kern und hochwertiger Haptik

Das PCR auf Basis von PP (Typ: Dipolen; Hersteller: mtm plastics) wird durch physikalisches Schäumen im Profoam-Verfahren zu zwei Griffhälften verarbeitet. Mit dem Schäumen werden die Rippen im Bauteilinneren zuverlässig ausgebildet und Einfallstellen an der Oberfläche eliminiert.

Bei geöffnetem Werkzeug befindet sich das Oberteil des Griffs auf der Auswerferseite und das Unterteil auf der Düsenseite. Nach einer Drehung um 90° werden die beiden geschäumten Spritzteile direkt im Werkzeug montiert und wiederum um 90° gedreht. In der dritten Kavität des 1+1+1-fach-Werkzeugs (Hersteller: Weber Formenbau) werden sie teilweise mit TPE umspritzt. In rund 62 s Zykluszeit entsteht auf diese Weise ein 93 g schweres PCR-Leichtbauteil mit Softtouch-Effekt (Bild 1). Der geschäumte Griff ist im Vergleich zum Kompaktspritzgießen rund 10 % leichter.

Am Zyklusende entnimmt ein vertikales Robot-System (Typ: Multilift V 30) das Fertigteil aus dem Werkzeug und positioniert zwei Metallbuchsen, mit denen der fertige Griff später montiert wird. Dann dreht die Form über eine Index-Einheit um 180°. Nebenbei bemerkt: Damit die vertikale Spritzeinheit in klassischer Position an der Maschine aufgebaut werden konnte, wurde das Robot-System gedreht über der beweglichen Aufspannplatte montiert.

In einer zweiten Anwendung verarbeitete eine Maschine des Typs Allrounder 1020 H in Packaging-Ausführung neues PP-Material zusammen mit 30 % zugemischtem sortenreinen PP-Rezyklat zu dünnwandigen Rundbechern. Mit einem 8+8-fach-Etagenwerkzeug (Hersteller: Stackteck) entstehen je 16 Rundbecher in rund 4,3 s Zykluszeit. Durch die zwei hintereinander liegenden Trennebenen lässt sich die Schließkraft (hier 6000 kN) gegenüber einem 16-fach-Werkzeug halbieren und eine kleinere Maschinenbaugröße einsetzen. Die Fertigteile werden in einer Automationszelle von Campetella gestapelt und in Schlauchfolien verpackt.

Das PP-Rezyklat stellte der österreichische Kooperationspartner Erema zur Verfügung und recycelte zudem auf seinem Messestand exemplarisch einen Teil der bei Arburg produzierten PP-Becher. Auch diese Anwendung belegt: Wenn es möglich ist, Kunststoffe sinnvoll und sicher zu sammeln, lassen sich diese wieder in die Wertschöpfungskette zurückführen.

Verpackungsprodukte haben schnell ihre Pflicht erfüllt. Warum sie dann nicht als Ausgangsstoff für neue Hightech-Artikel verwenden, etwa für die Automobilbranche? Dachten sich die Strategen bei KraussMaffei und zeigten auf der Messe, wie sich ein simpler Eimer in eine Verkleidung für eine A-Säule mit Stoffdekor verwandeln lässt. Möglich macht dies ein Zweischneckenextruder ZE 28 BluePower, der das Material upcycelt.

Am Beginn der Reise fertigte die zur K neu präsentierte Spritzgießmaschine GX 1100 mit einer Schließkraft von 11 000 kN Eimer aus PP, die dann – extern geschreddert – als Mahlgut wieder in den Materialkreislauf eingespeist wurden. Der Zweischneckenextruder macht daraus ein technisch aufgewertetes Recompound. Dafür werden den PP-Flakes Farbstoffe und ein 20 %-iger Anteil an Talkum zugesetzt. Nach der Unterwassergranulierung und Trocknung steht das Recompound mit angepassten Eigenschaften für die folgende Spritzgießanwendung auf einer vollelektrischen Maschine PX 320–1400 zur Verfügung.

Der Zyklus beginnt damit, dass ein Roboter das vorgeschnittene Alcantara-Dekor in die Form einlegt. Das Textil – in verschiedenen Bereichen gedehnt oder gestaucht, um Falten auf der dreidimensionalen Bauteiloberfläche zu vermeiden – wird mit dem PP „aus zweiter Hand“ im MuCell-Verfahren hinterspritzt. Die Spritzgießmaschine ist dazu mit dem neuen TDM-Plastifiziersystem von Trexel ausgestattet. Die geschäumte Struktur spart mehrere Prozent Gewicht und reduziert zudem die Druck- und Temperaturbelastung des Dekors, sodass dessen hochwertiges Erscheinungsbild erhalten bleibt; auch Einfallstellen und Verzug werden reduziert. Nach dem Öffnen des Werkzeugs wird das Dekor um das Bauteil (Bild 2) herum gefaltet und in der Form beschnitten.

Anschließend wird ein Etikett angebracht, das die komplette Produktionshistorie aller Schritte vom Spritzgießen des Eimers über das Compoundieren bis hin zu den Prozessparametern des finalen Spritzgießzyklus enthält. Dabei überwacht das Assistenzsystem APC plus (Adaptive Process Control) den Spritzgießprozess und passt ihn permanent an, um Störeinflüsse wie Chargen- und Klimaschwankungen oder eben wechselnde Recompound-Anteile auszugleichen. Beim Spritzgießen geschieht dies über eingespeicherte Materialparameter sowie die Analyse der Schmelzeviskosität und indem der Umschaltpunkt von Druck zu Nachdruck angepasst wird.

Rezyklatanteil in Sandwichbauteilen so weit wie möglich steigern

Überhaupt ist die Stabilität der Spritzgießprozesse ein Schlüssel dazu, Rezyklate auch für höherwertige Produkte einsetzen zu können, denn diese unterliegen naturgemäß stärkeren Chargenschwankungen als Neuware. Um deren Einfluss auf den Prozess zu reduzieren, kam auch bei der Verarbeitung von voll rezykliertem ABS zu flächigen Musterteilen am Stand von Engel ein Assistenzsystem (iQ weight control) zum Einsatz. Die Software sorgt selbst bei stark schwankender Rohmaterialqualität für ein konstantes Schmelzevolumen beim Einspritzen und damit für eine konstant hohe Produktqualität.

Ein anderer Ansatz, Rezyklate in größerem Stil einzusetzen, sind Sandwichbauteile mit einem Kern aus Rezyklat, der in Neuware eingebettet ist. Das Ziel lautet hier, zum einen immer mehr Produkte für diese Form der Zwei-Komponenten-Fertigung auszulegen und zum anderen den Rezyklatanteil in den Sandwichstrukturen zu erhöhen. Der mögliche Rezyklatanteil im Kern wird wesentlich von der Formteilgeometrie und dem Füllbild der Kavität bestimmt. Die Transportboxen (Bild 3), die Engel im sogenannten Skinmelt-Verfahren herstellte, sind in dieser Hinsicht eine besondere Herausforderung. Trotz der kantigen Bauteilgeometrie gelingt es hier, einen hohen Rezyklatanteil von über 50 % zu erreichen.

Damit sich die Sandwichprodukte am Ende ihrer Nutzungsdauer wieder recyceln lassen, muss auch die Sandwichkomponente sortenrein sein. Für die Herstellung der Transportboxen verarbeitet Engel daher ausschließlich Polypropylen, wobei das Rezyklat aus Post-Consumer-Sammlungen stammt. Engel arbeitet hierfür mit dem Grünen Punkt, dem Dualen System Deutschland (DSD), zusammen.

Neben der Verarbeitung von Kunststoff-Rezyklaten stehen marktreife Lösungen für einen Kreislauf mit der Natur im Zentrum des Interesses. Ein bemerkenswertes Beispiel dafür ist das Compound Zeroplast free (Hersteller: Zeroplast), das ausschließlich aus nachwachsenden und mineralischen Rohstoffen besteht: Naturfasern, einem nicht näher genannten Mineral und einem wachsartigen Abfallprodukt aus der Lebensmittelproduktion.

Der Naturwerkstoff weist laut Streamlined Life Cycle Assessment (LCA) pro Kilogramm in den meisten untersuchten Wirkungskategorien eine deutlich bessere Umweltbilanz auf als gängige Kunststoffmaterialien. Er ist frei von chemischen Additiven, biokompatibel, nach Gebrauch wiederverwertbar (recycelbar) sowie bei unsachgemäßer Entsorgung in der Natur abbaubar. Und, wichtig für die Industrie: Er lässt sich in Großserie im Spritzgießverfahren verarbeiten, wie bei Wittmann Battenfeld zu sehen war. Die für Naturstoffe typischen Chargenschwankungen erforderten dafür lediglich eine neu entwickelte Programm- und Prozesstechnik.

Auf einer Mehrkomponentenmaschine der Serie EcoPower (Titelbild) wurden Kosmetiktiegel und Deckel aus Zeroplast free hergestellt. Der Tiegel wird mit dem Hauptaggregat der Maschine, der andersfarbige Deckel mit dem L-Aggregat gespritzt (Bild 4). Der Tiegelboden wird im IML-Verfahren mit einem Label aus zertifiziertem „Cradle-to-Cradle“-Papier versehen. Damit bleibt das Produkt auch nach Dekoration kreislauffähig.

Engel Austria GmbH  

www.engelglobal.com

EREMA Engineering Recycling Maschinen und Anlagen GmbH 

www.erema.at

Wittmann Battenfeld GmbH  

www.wittmann-group.com

KraussMaffei Technologies GmbH 

www.kraussmaffei.com

ARBURG GmbH + Co KG  

www.arburg.com

Trexel GmbH  

www.trexel.com

Ausgabe-2020-01

Bild 4. Tiegel und Deckel werden in einem 2K- Prozess aus einem als kunststofffrei zertifizierten Naturwerkstoff hergestellt

Spritzgießen wird grün(er), hier mit einer 2K-Maschine des Typs EcoPower 240/1100H/130L Combimould, die auf der K 2019 einen reinen Naturwerkstoff in zwei Farben verarbeitete

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Bild 3. Die Transportboxen stellen aufgrund ihrer Geometrie hohe Anforderungen an  das Sandwich-Spritzgießen. Dennoch liegt der Rezyklatanteil hier bei über 50%

Bild 2. In einem geschlossenen Material- und Fertigungskreislauf aus Extrusions- und Spritzgießtechnik werden aus Eimern A-Säulenverkleidungen mit Premiumoberfläche 

Bild 1. In einer Kombination aus Mehrkomponenten- und Schaum-Spritzgießen werden Industriegriffe ressourceneffizient aus PCR-Material und TPE in Hart- Weich-Verbindung gefertigt