Gut 100 Teilnehmer versammelten sich zum Neustart der VDI-Jahrestagung Spritzgießen nach der dreijährigen Pandemiepause. Im Fokus: Rahmenbedingungen und Implikationen für einen nachhaltigen Wandel der Branche.

Im Exterieur von Lkw sind, anders als bei Pkw, sehr viele Kunststoffteile verbaut.

Spritzgießen

Kunststoffverarbeitung: Verfahren

Doriat, Clemens, Dr.

Schaumspritzgießen

Wirtschaftspolitik in Deutschland

Wirtschaft

Nachhaltigkeit

Umweltmanagement

Kunststoff-Rezyklat

Kunststoff Werkstoffe

Ressourcenmanagement

Produktion

Nachhaltigkeitsträume versus Realität

Material und Herstellungsverfahren optimiert, CO2 eingespart: Recycling-Waschkappe von Pöppelmann K-Tech schließt den Kreislauf.

Material und Herstellungsverfahren optimiert, Kreislauf geschlossen: Recycling-Waschkappe für die Automobilindustrie. 

Kunststoff-Recycling

Kunststoff-Aufbereitung

Kreislaufwirtschaft

Geschlossener Materialkreislauf mit technischem Bauteil realisiert

Neue Entwicklungen machen es möglich, Rezyklate – sowohl in Form von Regranulat als auch Flakes – zukünftig in höheren Mengen kosteneffizient und umweltverträglich zu verarbeiten.

Um das Potenzial der skinmelt-Technologie zu ermitteln, wurden plattenförmige Bauteile gespritzt. Dabei wurden verschiedene PCR-ABS-Typen (schwarz) mit ABS-Neuware (weiß) kombiniert. Im Plattenquerschnitt ist der Sandwichaufbau sichtbar.

Teil 1 der Serie: Wie innovative Technologien einem breiten Rezyklateinsatz den Weg bereiten

Flakes

Spritzgießmaschinen

Kunststoffverarbeitung: Maschinen und Komponenten

Co-Injektion (Barriere-/Sandwich-Spritzgießen)

Fit für die Kreislaufwirtschaft

Scheplast verbindet laut eigener Aussage Kunststoffverabeitung und Nachhaltigkeit. Echte Bestrebungen oder leere Versprechen?

Ende Juli besuchte Kunststoffe-Redakteurin Melanie Ehrhardt Scheplast in Schwendi/Hörenhausen. Vertriebsleiter Jen Astfalk zeigte ihr das Werksgelände und stand im Interview Rede und Antwort.

16:9

Scheplast verbindet laut eigener Aussage Kunststoffverabeitung und Nachhaltigkeit. Echte Bestrebungen oder leere Versprechen? 

Biokunststoffe

Ehrhardt, Melanie

Kunststoffverarbeitung

Verantwortung beginnt im Kleinen

Analysen von KraussMaffei und der HS Schmalkalden zeigen, welche positiven Effekte sich aus der Kombination von thermoplastischem Schaumspritzgießen mit Post-Consumer-Rezyklat ergeben.

Doppelter Nutzen: Bauteilgewicht verringern und Rezyklat verarbeiten mit dem MuCell-Verfahren.

Werkstoffprüfung, mechanisch

Messtechnik

Werkstoffprüfung

Doppelt CO2 sparen

PET ist aktuell der einzige Verpackungskunststoff, der als Recyclingmaterial im industriellen Maßstab wieder zu Lebensmittelverpackungen verarbeitet werden kann. Der Werkstoff ist somit auch die Antwort auf die ambitionierten Vorgaben des EU Plastic Pact.

Um für PET neben dem Bottle-to-Bottle- und Bottle-to-Cup- auch einen Cup-to-Cup- und Cup-to-Bottle-Kreislauf zu etablieren, braucht es voneinander getrennte Materialströme für Food- und Non-Food-Verpackungen.

Carbon Busters, Teil 3: Wie und warum rPET das Recycling entscheidend voranbringen könnte

Polyethylenterephthalat

Thermoplaste

Der Verpackungswerkstoff der Zukunft

Durch kontinuierliches Nachtrainieren ist ein digitaler Zwilling des Spritzgießprozesses in der Lage, unbekannte Prozesseinflüsse zu lernen und Vorschläge für Prozessanpassungen zu errechnen. So lassen sich auch nach Beimischung von Rezyklat die Zielwerte der Bauteilqualität erreichen.

Auszug aus dem Python-Skript, das die relevanten Prozessgrößen über die OPC-UA-Schnittstelle aufzeichnet.

Steuerung der Bauteilqualität durch lernfähige neuronale Netze

Künstliche Intelligenz für die Qualitätssicherung

Industrie 4.0

Industrie 4.0 für die Qualitätssicherung

Industrie 4.0 für die Kunststoffverarbeitung

Digitaler Zwilling

Software

Simulation

Mehr Rezyklat dank digitalem Zwilling

Nachhaltigkeit und die Verringerung des CO2-Fußabdrucks gewinnen zunehmend an Bedeutung. Das war auch bei der Entwicklung von „ClipClap“ essenziell.

„ClipClap“ ist ein Klickpedal-Adapter für Fahrräder, der über jeden handelsüblichen Schuh gezogen werden kann,

Mehrkomponenten-Spritzgießen

Polycarbonat

Nachhaltige Unterstützung von der Idee zur Serie

Der Masterbatchhersteller AF-Color hat auf der Fakuma verschiedene Produkte vorgestellt, die den Einsatz von Rezyklaten verbessern und den Recyclingprozess erleichtern sollen. Darunter ist mit EBA 990341 Dry Natur ein Trocknungsbatch aus der AF-Complex-Reihe. Es eignet sich für Folien mit einer Dicke von > 10 µm.

Mit den passenden Additiven lassen sich die mechanischen Eigenschaften von Rezyklaten verbessern und unerwünschte Bestandteile und Gerüche entfernen

Messe Fakuma

kunststoffe.de

Additive

Mit Additiven die Rezyklateigenschaften verbessern

Die Digitalisierung kommt zur rechten Zeit. Mehr und mehr entpuppen sich smarte Lösungen als Geburtshelfer ressourcenschonender Technologien und Wegbereiter für die Kreislaufwirtschaft. Digitale Assistenten für Prozessregelung und -bewertung sind längst Standard, und auch Messeaussteller ziehen einen besonderen Nutzen aus der Digitalisierung.

„Augmented Reality“ eingeblendet: Temperaturen der Schneckenzylinder-Regelzonen von  der Einzugszone bis zur Düse (beginnend rechts), sowie Animation des zukünftigen Programmablaufs

Trendige Spritzgießanwendungen auf der Fakuma 2021

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

Condition Monitoring / Prozessüberwachung

Instandhaltung

Digitale Transformation

Innovationen und neue Technologie

Spritzgießwerkzeuge

Werkzeuge für die Kunststoffverarbeitung

Spritzprägen

Lasermarkieren

Oberflächentechnik

Laserbearbeitungen

Qualitätssicherung Kunststoff

Qualitätssicherung

Wegbereiter für die Kreislaufwirtschaft

Um der steigenden Nachfrage nach Produkten mit hohem Rezyklatanteil von bis zu 100 % gerecht zu werden, hat Lifocolor zusätzliche Masterbatches seiner Lifocycle-Produktreihe mit Trägersystemen aus Recyclingmaterial vorgestellt.

Um einen möglichst hohen Rezyklatanteil in Produkten zu erhalten, werden verstärkt Masterbatches mit Trägersystemen aus Recyclingmaterial nachgefragt.

Farbstoffe und Pigmente

Additiv-Konzentrate

Farbkonzentrate (Batches)

Additiv-Batches

Farbstabil auch nach mehreren Recyclingzyklen

Der Einsatz von Rezyklaten konfrontiert Unternehmen bei der Verarbeitung, Verklebung, Bedruckung und Etikettierung der Materialien bzw. Bauteile mit neuen Anforderungen. Die atmosphärische Plasmatechnologie hat sich hier als Schlüsseltechnologie etabliert: Oft ermöglicht sie die Nutzung von Recycling-Kunststoffen überhaupt erst.

Beim Einsatz von Openair-Plasma arbeitet der Plasmastrahl ortsselektiv und folgt millimetergenau der Bauteilgeometrie. Bei der Plasmabehandlung entsteht nur sehr wenig Wärme, sodass die behandelten Bauteile formstabil bleiben.

Atmosphärische Plasmatechnologie als Schlüssel zu mehr Ressourcenschonung

Bedrucken

Chemisches Bearbeiten (Auftragen)

Plasmabehandlung

Reinigen und Vorbehandeln

Additive Fertigung

Verbesserte Verarbeitung von Rezyklaten

Die 2019 gegründete Initiative forscht über den Einfluss von Druckfarben auf die Recyclingfähigkeit von Kunststofffolien. Jetzt stellt sie neue Ergebnisse vor.

Beispiele für Rezyklat und Folie aus 100% Rezyklat

Folien

Halbzeuge und Zwischenprodukte

Kunststoff-Halbzeuge

Neuer Input für „Design for Recycling“-Richtlinien

Im Kunststoffrecycling mangelt es an einer Qualitätsinfrastruktur – Normen schaffen Abhilfe und  fördern zirkuläres Wirtschaften. Mit der Normungsroadmap Circular Economy treibt das Deutsche Institut  für Normung (DIN) das Thema konsequent voran. Kunststoffe sind darin ein Schwerpunkt.

Die Industrie braucht eindeutig definierte Normen und Qualitätsstandards, um Kunststoffrezyklate in den Wertstoffkreislauf einbinden zu können. 

Wie Normen Kunststoffrezyklaten den Weg in den Wertstoffkreislauf bereiten können

Normen / Standards

Recht allgemein / sonst.

Qualität ist auf Standards angewiesen

Ausreichende Mengen an Rezyklaten sind nicht bei allen Polymeren in der notwendigen Qualität erhältlich. Auf den 31. Dresdner Verpackungstagen gaben Experten Einblicke in die aktuelle Situation und erklärten, wieso sich die Lage in Zukunft noch verschärfen könnte.

Bei vielen Polymeren sind Rezyklate zurzeit schwer zu bekommen.

Verpackungsmaterial

Logistik

Streifinger, Florian

Recycling

Mangelware Rezyklate

Weniger CO2 beim Bauen: Kunststoffverdränger ersetzen Beton

Ökologisch nachhaltig bauen  mit Kunststoff

GS Kunststofftechnik produziert für die Firma Unidome Deutschland GmbH im Spritzgießverfahren Hohlkörper aus recyceltem Polypropylen, die in Gebäudedecken bis zu 40 Prozent Beton ersetzen.

Bauen belastet das Klima erheblich: Bei der Zementproduktion entstehen jedes Jahr drei Milliarden Tonnen CO2, schätzt der UN-Weltklimarat. Ökologische Baustoffe und die Dekarbonisierung der Betonherstellung helfen nur partiell oder langfristig. Eine Alternative ist der Einsatz von Kunststoff: GS Kunststofftechnik produziert für die Firma Unidome Deutschland GmbH im Spritzgießverfahren Hohlkörper aus recyceltem Polypropylen, die in Gebäudedecken bis zu 40 Prozent Beton ersetzen.

Beton ist weltweit einer der wichtigsten Baustoffe. Seine Herstellung setzt allerdings jede Menge CO2 frei. Zwar arbeiten Teile der Zementindustrie daran, ihren CO2-Fußabdruck zu verringern, indem sie Zement und Beton dekarbonisieren. Schnelle Abhilfe ist jedoch nicht in Sicht. So hat der Plan des Verbands Deutscher Zementwerke einen Zeithorizont bis zum Jahr 2050. Auch ökologische Baustoffe wie Holz, Ziegel, Lehm oder Stroh sind nicht in der Lage, die benötigten Betonmengen zu ersetzen, mit denen die Emissionen massiv gesenkt werden könnten.

Einen bereits heute realisierbaren Ansatz verfolgt die Unidome Deutschland GmbH aus Eltville am Rhein. Sie hat eine materialeffiziente Leichtbauweise entwickelt, bei der an wenig tragenden Stellen von Gebäudedecken und Fundamenten statt Beton Hohlkörper, sogenannte Verdränger, verwendet werden. Vor allem in mehrstöckigen Gebäuden mit großen Decken, Balkonen und Fundamenten mit Dicken zwischen 18 und 50 cm sind die Kunststoffteile sinnvoll. „Auf diese Weise gelingt es, bis zu 40 % des Betons zu ersetzen“, erklärt Unidome-Geschäftsführer Dr.-Ing. Karsten Pfeffer.

Gefertigt werden die Halbkugeln, die erst auf der Baustelle zusammengesetzt werden, bei GS Kunststofftechnik in Idar-Oberstein. Der Systemlieferant und Spritzgießspezialist stellt verschiedene Größen des Typs Unidome XS vollständig aus recyceltem Polypropylen (rPP) her. Das Material lässt sich sehr leicht und vielseitig formen und wird deshalb häufig eingesetzt. Weitere Vorteile sind die gute Beständigkeit gegen Hitze, Säuren und Laugen sowie seine lange Haltbarkeit, die der Lebensdauer von Gebäuden entspricht.

Hohlkörper aus Kunststoff ersparen sehr viel CO2

Gefertigt werden die Verdränger bei GS Kunststofftechnik auf einer Spritzgießmaschine des Typs Haitian Mars III mit einer Schließkraft von 3800 kN. Für die Modelle mit unterschiedlichen Höhen von 70, 90, 110 und 130 mm kommen jeweils verschiedene Werkzeuge mit einfacher Kavität zum Einsatz. Aus der Spritzgießmaschine kommen sie als Halbschalen mit Wanddicken von 1,5 mm.

In dieser Form lassen sie sich leicht aufeinander stapeln und effizient transportieren. Auf der Baustelle setzen die Arbeiter jeweils zwei Halbschalen zusammen und fixieren sie mithilfe eines einfachen Verschlussmechanismus. Über integrierte Abstandshalter zur tragenden Bewehrung und umlaufende Pins für eine sichere Kontrolle des Abstands zum nächsten Hohlkörper gelingt die gleichmäßige Montage. Integrierte Stütztunnel sorgen für eine hohe Stabilität der Verdränger.

Da sie innen hohl sind, bringen die Verdränger weitaus weniger Gewicht auf die Waage als Betonteile mit gleichen Abmessungen. Das bedeutet weniger Einsatz von Zement und entsprechend weniger Treibhauspotenzial. Damit sind die CO2-Einsparungen aber noch nicht zu Ende. Denn auch die Logistik trägt ihren Teil zum Klimaschutz bei. Ein Kleintransporter mit den Verdrängern ersetzt bis zu 48 Lastwagen mit Beton. Das bedeutet im Idealfall, dass 60 Tonnen weniger CO2 in die Atmosphäre gelangen.

Die Verdränger helfen, leichter, stabiler und günstiger zu bauen

Für das Bauwerk bieten die Verdränger ebenfalls eine Reihe von Vorteilen, erklärt Unidome-Geschäftsführer Pfeffer. Da der Kunststoff als Baumaterial bedeutend weniger wiegt als Beton und Stahl, werden auch die Gebäude insgesamt leichter – mit weitreichenden Folgen. Pfeffer nennt ein Beispiel: „Decken können deshalb dünner gebaut werden oder es können größere Spannweiten realisiert werden, weshalb wiederum auf einen Teil der Stützen und Unterzüge verzichtet werden kann.“ Laut Unidome kann man so auf bis zu 20 % des bisher eingesetzten Betonstahls verzichten.

Durch größere Deckenspannweiten nimmt die Freiheit bei der Gestaltung der Grundrisse zu. Darüber hinaus benötigen die Bauwerke aufgrund ihres niedrigeren Eigengewichts einfachere Fundamente. Gleichzeitig sind die leichteren, schlanken Gebäudestrukturen sicherer und standfester, wenn es zum Beispiel zu einem Erdbeben kommt.

Daneben helfen die Verdränger, die Baukosten zu senken. Zum einen fallen geringere Logistikkosten an. Zum anderen sind Kunststoff-Verdränger günstiger als das entsprechende Betonvolumen. Und drittens lässt sich mit der innovativen Bauweise die Bauzeit verkürzen.

„Mit unseren mehr als zwanzig Jahren Erfahrung in der Entwicklung und Anwendung von Hohlkörpertechnologien sind wir in der Lage, den heute fortschrittlichsten Betonformer anzubieten“, erklärt Unidome-Geschäftsführer Pfeffer. Referenzen sind unter anderem Schul-, Forschungs- und Hochschulgebäude in der DACH-Region, Spanien und Palästina, ein Klinikneubau in Passau, Hotelanlagen in Saudi-Arabien und Kuwait, ein Sägewerk in der Schweiz, ein Technologiepark in Malaga und ein zwölfgeschossiger Büroturm in Lahore/Pakistan.

Qualitätsschwankungen des Recyclingmaterials im Griff

Neben den Bauherren ist die Umwelt der große Gewinner – nicht nur, weil der Einsatz von Verdrängern statt Beton die CO2-Emissionen reduziert. Denn auch das für die Hohlkörper verwendete rPP benötigt in der Herstellung deutlich weniger Energie als Neugranulat. Damit sinkt zudem die Abfallbelastung: Denn jedes Kilogramm Recycling-Kunststoff, das in den Verdrängern verbaut wird, ist ein Kilogramm weniger in der Umwelt.

Zwar liefern verschiedene Lieferanten Rezyklate mit sehr unterschiedlichen Qualitäten, doch Qualitätsprobleme bei ihrer Verwendung sieht Pascal Wagner-Schön nicht. Er ist bei GS Kunststofftechnik als Head of CRM der Ansprechpartner für Unidome. „Die Prozessabweichungen infolge der Qualitätsschwankungen haben unsere Bediener problemlos im Griff. Sie sind sehr geübt darin, die Parameter bei jeder neuen Granulatcharge rasch zu justieren.“ Denn die Experten verfügen beim Einsatz von Regranulat über umfassendes Know-how. Unter anderem fertigt GS Kunststofftechnik Etuis für wiederverwendbare Wattestäbchen aus Ocean Bound Plastic – recycelten Kunststoffabfällen, die aus den Meeren gewonnen werden.

„Mit GS Kunststofftechnik haben wir den richtigen Partner gefunden“, lobt Unidome-Geschäftsführer Pfeffer. „Bei der Herstellung der Verdränger sind uns vor allem die Spritzgießerfahrung, Flexibilität und das Know-how in der Logistik wichtig.“ Denn jede Bestellung von Unidome muss möglichst schnell in der richtigen Größe und Menge geliefert werden. Dazu verfügt der Hersteller in Idar-Oberstein nicht nur über eine eigene Produktion mit erfahrenen Fachkräften, sondern auch über ein eigenes Logistikzentrum, ebenfalls mit einer kompetenten und eingespielten Mannschaft.

Ausgabenartikel KU10-22

Vor allem in mehrstöckigen Gebäuden mit großen Decken, Balkonen und Fundamenten mit Dicken zwischen 18 und 50 cm sind die Verdränger sinnvoll. Mit ihnen können Bauherren bis zu 40 % Beton einsparen.

Die Unidome-Verdränger fertigt der Spritzgießspezialist GS Kunststofftechnik.

Unidome-Geschäftsführer Dr. Ing. Karsten Pfeffer (2. von rechts) mit den leichten und stapelbaren Verdrängerhälften. Links neben ihm Key Account Manager Ameen Hafiz.

Stefan Dahlem, Process Engineering, mit einer Hälfte eines Unidome-Kunststoffverdrängers in der Fertigung von GS Kunststofftechnik in Idar-Oberstein.

Die Verdränger von Unidome werden vollständig aus wiederverwertetem Polypropylen gespritzt.

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Weniger CO2 beim Bauen: Kunststoffverdränger ersetzen Beton

F. Stephan Auch ist freier Fachjournalist und Inhaber der auchkomm Unternehmenskommunikation, Nürnberg.

Die GS Kunststofftechnik – Gebrüder Schmidt KG ist ein Systemlieferant und Spritzgießspezialist mit ca. 190 Mitarbeitern. Sein Sitz ist Idar-Oberstein in Rheinland-Pfalz. Die weltweiten Kunden des Lohnfertigers mit eigener Konstruktion stammen überwiegend aus den Branchen Hygiene, Sanitär, Maschinenbau, Kosmetik und Haushaltsgeräte. Der Betrieb wurde 1818 von Johann Karl Schmidt als Metallwarenfabrik gegründet. Er zählt heute zu den ältesten deutschen Industrieunternehmen in Familienbesitz. In den 1950er-Jahren begann es mit der Verarbeitung von Kunststoffen. 1996 zog die in GS Kunststofftechnik umbenannte Firma an den aktuellen Standort. Er umfasst auf einer Gesamtfläche von 15 000 m² Verwaltung, Konstruktion, Produktion und ein eigenes Logistikzentrum. Der Umsatz betrug 2021 rund 20 Mio. EUR.

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