In der Kunststoffverarbeitung werden Spritzgießmaschinen selten im Auslegungspunkt betrieben. Der Autor erläutert, wie mithilfe von Referenzkurven der energetische Zustand im aktuellen Arbeitspunkt einer Spritzgießmaschine zuverlässig bewertet und verbessert werden kann.

Analyse der Energieeffizienz im Teillastbetrieb von Spritzgießmaschinen

Spritzgießen

Kunststoffverarbeitung: Verfahren

Spritzgießmaschinen, allgemein

Kunststoffverarbeitung: Maschinen und Komponenten

Spritzgießmaschinen

Energieeffizienz

Wertvolle Referenzen

Engel konnte nachweisen, dass sich Regranulate aus Organoblechverschnitt unter Beibehaltung der Materialeigenschaften im Spritzgießverfahren verarbeiten lassen. Composite-Rohstoffe könnten so vollständig im Kreislauf gehalten werden. Das macht die Materialien für den Leichtbau umso interessanter.

Regranulat aus Organoblech-Beschnitten beim Spritzgießen einsetzen

Faserverarbeitung

Faserverbundwerkstoffe

Andere Werkstoffe

Kunststoff-Recycling

Kunststoff-Aufbereitung

Organobleche (gewebeverstärkte Thermoplast-Halbzeuge)

Halbzeuge und Zwischenprodukte

Kunststoff-Halbzeuge

100 Prozent Materialnutzung

Die neue Plattform iQ process observer von Engel überwacht im Hintergrund Hunderte Parameter der Spritzgießzelle gleichzeitig.

Plattform zur Prozessüberwachung überwacht mehrere Hundert Parameter gleichzeitig

Steuerungen (Hardware und Software)

Automatisierungstechnik

Industrie 4.0 für die Qualitätssicherung

Industrie 4.0

Prozessvisualisierung

Condition Monitoring / Prozessüberwachung

Instandhaltung

Spritzgießsimulation

Software

Simulation

Industrie 4.0 für die Kunststoffverarbeitung

IoT-Plattformen für die Kunststoffverarbeitung

Den Prozess im Blick – die Qualität  im Griff

Das Einsatzgebiet von Würfelwerkzeugen weitet sich auf die Produktion technischer Teile aus. Arburg rundet mit der neuen Spritzgießmaschine Allrounder Cube 1800 das Programm nach unten ab. So lassen sich die Stückkosten auch bei kleineren Ausbringungsmengen deutlich senken.

Mehrkomponenten-Spritzgießen

Spritzgießwerkzeuge

Werkzeuge für die Kunststoffverarbeitung

Arburg weitet hybride Cube-Baureihe aus

Ob Zykluszeit, Energieverbrauch oder Prozessstabilität: Die Stellschrauben für eine höhere Effizienz in der Spritzgießverarbeitung sind vielfältig. Das Wissen dazu bietet Engel mit dem neuen „performance.boost“ als Dienstleistung für die Prozessanalyse und -optimierung an.

Das volle Potenzial der Spritzgießmaschine ausschöpfen

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

Co-Injektion (Barriere-/Sandwich-Spritzgießen)

Gindumac erhält Großauftrag aus Indien

Im zweiten Teil der Serie wurden anhand einer Beispielgeometrie Berechnungen zum Durchsatzverhalten, Druckaufbauvermögen und zum Aufschmelzverlauf durchgeführt. Diese Ergebnisse sollen nun näher betrachtet und in weiterer Folge optimiert werden. Dazu gilt es die Auswirkungen bei der Anpassung einiger ausgewählter Geometrieparameter zu untersuchen und interpretieren.

Teil 3 der Serie befasst sich mit Versuchen zur Optimierung der Schneckengeometrie

Schnecken und Plastifiziersysteme

Rund um die Plastifizierschnecke

Um bei komplexen Geometrien und langen Strukturen eine hohe Lichtausbeute sicherzustellen, hat Engel einen neuen Plastifizierprozess für die Herstellung von Lichtleitern entwickelt. Dieser erhöht die Homogenität und Reinheit der Schmelze und eröffnet damit den Lichtdesignern neue Freiheiten.

Das Prinzip der Unterfütterung: Lichtleiter in höchster Reinheit spritzgießen

Farbmessgeräte

Messtechnik

Optische Mess- und Prüftechnik

LED / OLED-Systeme und Faseroptik

Lichttechnik

Weniger Granulat ist mehr Qualität

Die Wilhelm Böllhoff GmbH & Co. KG setzt über ihre weltweiten Standorte hinweg als einheitliches MES das Arburg-Leitrechnersystem (ALS) ein. Über ALS sind nicht nur sämtliche Spritzgießmaschinen informationstechnisch vernetzt und an das ERP-System angebunden, sondern auch hunderte Maschinen und Turnkey-Anlagen für die Metallbearbeitung und Montage. Darüber hinaus werden rund 3000 Spritzgießwerkzeuge verwaltet. Das schafft Transparenz – von der Auftragsplanung über die Prozessoptimierung bis zur Instandhaltung.

Böllhoff nutzt ALS weltweit als einheitliches MES für Spritzgießen und Metallbearbeitung

Planungssysteme / Leitstand

Betriebsausrüstung / Betriebsmittel

Management-Informationssysteme

Big Data für die Qualitätssicherung

Qualitätssicherung Kunststoff

Qualitätssicherung

Energiemanagement

Komplett angebunden ans  Leitrechnersystem

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

Spritzgieß-Sonderverfahren

Prozessautomation

Mess- / Regel- und Prozessleittechnik

Elektrische Antriebe für Spritzgießmaschinen

Antriebe

Elektrische Antriebe

„Die Chancen der Digitalisierung nutzen“

Das erste Netstal PET-System mit seitlicher Entnahme bietet volle Kompatibilität zu bestehenden Side-Entry-Werkzeugen und Nachkühlstationen. Premiere feiert dabei auch eine neue Steuerungsgeneration. Interessenten können ab sofort individuelle Präsentationstermine vereinbaren.

Weltpremiere der neuen Netstal PET-Line

Polyethylenterephthalat

Thermoplaste

Verarbeitung von rPET im Fokus

Wenn die Auslegung einer Plastifiziereinheit in ihren Grundzügen erfolgt und das passende Spritzaggregat ausgewählt ist, mündet die Entwicklung der Schneckengeometrie in ihre entscheidende Phase. Um den Praxistest ressourcenschonend durchführen zu können, nutzen die Konstrukteure Simulationswerkzeuge zur Beurteilung der Schneckengeometrie. Worauf es dabei ankommt, wird beispielhaft an einer 3-Zonenschnecke erklärt.

Teil 2 der Serie befasst sich mit grundlegenden Methoden zur Beurteilung einer Schneckengeometrie

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.

Mikrospritzgießen

Montage-Spritzgießen

Medizintechnik

Medizinprodukte

Arburg Summit: Medical 2020

Um die Absagen der vielen Branchenevents irgendwie aufzufangen und dem trüben Herbst ohne Großereignis wie die Fakuma etwas entgegenzusetzen, haben sich die Spritzgießmaschinenhersteller unterschiedliche Strategien zurechtgelegt.

Spritzgießmaschinenhersteller nutzen alternative Wege der Kundenansprache

Vernetzung / Cloudlösung für die Kunststoffverarbeitung

Messe Fakuma

kunststoffe.de

Biokunststoffe

Nachhaltigkeit

Umweltmanagement

Schneidmühlen

Silikonkautschuk

Kautschuk / Elastomere

Was tun in einem Messe-Herbst,  der keiner ist?

Bei der Verarbeitung von thermoplastischen Composite-Halbzeugen hat sich die Infrarot-Heiztechnik als Standard durchgesetzt, wobei die Aufmerksamkeit der Prozessregelung gilt: Der Heizprozess soll rasch ablaufen und das Material dabei nicht überhitzen. Besonders herausfordernd ist das zeitgleiche Verarbeiten unterschiedlich dicker Zuschnitte.

Thermoplastische Composites effizient und präzise aufheizen

Steuern, Regeln

Infrarotstrahler

Softwarebasierte Regelung von IR-Öfen

Engel duo speed erweitert Maschinenportfolio für Verpackungsanwendungen

Die neue Spritzgießmaschine Engel duo speed vereint im Bereich hoher Schließkräfte Produktivität und Effizienz mit kurzen Zykluszeiten. Damit rückt die Zweiplattenmaschine in einen Bereich von Verpackungsanwendungen vor, der bislang Kniehebelmaschinen vorbehalten war.

Die neue Spritzgießmaschine Engel duo speed vereint im Bereich hoher Schließkräfte Produktivität und Effizienz mit kurzen Zykluszeiten. Damit rückt die Zweiplattenmaschine in einen Bereich von Verpackungsanwendungen vor, der bislang Kniehebelmaschinen vorbehalten war. Verfügbar mit Schließkräften von 4000 bis 11 000 kN, richtet sich der neue Großmaschinentyp vor allem an Hersteller von Eimern sowie Lager- und Transportbehältern.

Zweiplattenspritzgießmaschinen punkten mit einer kompakten Stellfläche, was in vielen Anwendungen eine hohe Gesamteffizienz sichert. Im Bereich sehr kurzer Zykluszeiten, wie sie für viele Verpackungsanwendungen typisch sind, stößt dieser Maschinentyp bislang allerdings an seine Grenzen. Während ein Kniehebelsystem für das Schließen des Werkzeugs und den Schließkraftaufbau eine einzige Antriebsachse benötigt, setzt sich diese Sequenz bei einer Zweiplattenmaschine aus drei einzelnen Bewegungen zusammen: Eilgangbewegung, Verriegelungsbewegung und Schließkraftaufbau. In Summe sind acht Hydraulikzylinder erforderlich, deren Schalt- und Übergangszeiten den Zyklus verlängern.

Dank der konsequenten Weiterentwicklung seiner Zweiplattentechnik ist es der Engel Austria GmbH gelungen, bei der Trockenlaufzeit die Schallmauer von 2 s zu durchbrechen. Damit ermöglicht es die neue Spritzgießmaschine duo speed, auch im besonders stückkostensensitiven Packaging-Bereich kurze Zykluszeiten mit einem kleinen Flächenbedarf der Anlage zu verbinden (Bild 1).

Zweiplattenerfahrung aus mehr  als 25 Jahren

Technisch basiert die duo speed auf der Plattform der seit mehr als 25 Jahren in den Weltmärkten bewährten Zweiplattengroßmaschine Engel duo. Sie ist eine der schnellsten Zweiplattenspritzgießmaschinen auf dem Markt, was ihren großen Erfolg in der Automobilindustrie und weiteren Branchen, wie Telekommunikation, Elektronik und Weiße Ware, erklärt.

Für die Erweiterung des Einsatzbereichs wurden sowohl die Schließ- als auch die Spritzseite gezielt an die Anforderungen der Verpackungsproduzenten angepasst. Die Trockenlaufzeit konnte um bis zu 25 % verkürzt werden. Die duo speed 400 mit einer Schließkraft von 4000 kN erreicht laut Euromap 6 eine Trockenlaufzeit von 1,9 s, und mit einer Trockenlaufzeit von 2,9 s dürfte auch das größte verfügbare Modell, die duo speed 1100 mit 11 000 kN Schließkraft, eine der schnellsten Maschinen in diesem Marktsegment sein.

Um die Trockenlaufzeiten so deutlich reduzieren zu können, sahen sich die Entwickler vor allem die einzelnen Bewegungssequenzen, wie Werkzeugschließen, Verriegelung und Schließkraftaufbau, an. Der wesentliche Schlüssel liegt in der von Engel patentierten prädiktiven Bewegungssteuerung, die die Überlagerung von Bewegungsabläufen erlaubt [1, 2]. So findet der bislang zykluszeitrelevante Verriegelungsprozess jetzt vollständig parallel zur Eilgangbewegung und dem Schließkraftaufbau statt (Bild 2). Durch den nahtlosen Übergang von Eilgangbewegung zu Schließkraftaufbau wird zudem die Zeit für den Schließkraftaufbau verkürzt. Ein weiterer positiver Nebeneffekt ist der ruhigere Bewegungsablauf.

Prädiktive Bewegungsabläufe verkürzen Zyklus

Mithilfe der prädiktiven Bewegungssteuerung und weiterer Optimierungen hat Engel auch die Sequenz des Schließkraftabbaus verkürzt. Üblicherweise wird die Schließkraft während der Kühlzeit, solange die Form ohnehin geschlossen bleibt, abgebaut. Bei kurzen Zykluszeiten ist es jedoch wichtig, die Schließkraft möglichst lange aufrecht zu erhalten – dies funktioniert nur, wenn die Phase des Schließkraftabbaus sehr kurz gehalten wird, ohne die Zykluszeit zu verlängern.

Zu den kurzen Trockenlaufzeiten tragen auch die verbesserten Öffnungs- und Schließbewegungen bei, die vor allem bei großen Öffnungshüben, wie sie die Eimerproduktion (Titelbild) und der Einsatz von Etagenwerkzeugen erfordern, Zeit spart. Bei der Entwicklung der duo speed hatte Engel von Beginn an Mehrkavitätenwerkzeuge mit ihrem erhöhten Anspruch an die Schließkraftverteilung im Blick. Die Werkzeugaufspannplatten wurden mithilfe von FEM-Simulationen so optimiert, dass die Schließkraft gleichmäßig über die gesamte Werkzeugaufspannfläche verteilt wird, was eine konstant hohe Formteilqualität sicherstellt.

Die Zykluszeit ist in der Verpackungsindustrie das Maß für die Wirtschaftlichkeit der Produktion und letzten Endes die Wettbewerbsfähigkeit des Verpackungsherstellers. Dabei darf die Qualität der Produkte nicht aus dem Blickwinkel geraten. Stabilität und Laufruhe der Spritzgießmaschine sind wichtige qualitätsbestimmende Kriterien. Aus diesem Grund wurde der Antrieb der Schließseite nicht wie bei Verpackungsmaschinen üblich über Hydraulikakkumulatoren, sondern über eine intelligente Pumpensteuerung umgesetzt.

Intelligente Pumpensteuerung steigert Energieeffizienz

In Kombination mit dem schließseitigen Proportionalventil bietet die Pumpensteuerung die Möglichkeit, für die jeweils gegebenen Parameter einen optimalen Bewegungsablauf einzustellen. Das Ergebnis ist eine gute Balance zwischen Schnelligkeit und Laufruhe. Es wird jeweils nur der tatsächlich benötigte Druck zur Verfügung gestellt. Auch hiermit leistet die Pumpensteuerung – neben der Servohydraulik ecodrive – einen wesentlichen Beitrag zur hohen Energieeffizienz der Maschinen. Im Vergleich zum Akkubetrieb halbiert sich der Energieverbrauch für die Schließ- und Öffnungsbewegung. Der Gesamtenergieverbrauch der Maschine liegt um rund 20 % niedriger.

Darüber hinaus wird der Verschleiß der mechanischen Komponenten verlangsamt. Die mehr als 25-jährige Erfahrung mit Maschinen dieses Typs ermöglicht eine sehr robuste Maschinenkonstruktion und eine hohe Verfügbarkeit.

Auch auf der Spritzseite keine  Grenzen mehr gesetzt

Die wichtigste Neuerung auf der Spritzseite ist das Schnellläuferaggregat. Ursprünglich für die Baureihe e-speed entwickelt, ist es auf hohe Anforderungen an die Dynamik und besonders hohe Einspritzgeschwindigkeiten auch bei größeren Schneckendurchmessern ausgelegt. Nun ist diese Aggregatbaureihe optional auch für die duo speed erhältlich. Das Schnellläuferaggregat ermöglicht gegenüber dem im Standard eingesetzten Spritzaggregat ein doppelt so schnelles Einspritzen mit Geschwindigkeiten bis 800 mm/s und damit kürzere Zykluszeiten für Anwendungen mit noch höheren Anforderungen an die Dynamik. Damit gibt es trotz der weiteren Entwicklungen in Richtung dünnere Wanddicken und längere Fließwege keine Einschränkungen mehr auf der Spritzseite. Das Aggregat arbeitet mit Akkumulatoren, die sich automatisch bedarfsabhängig laden, was im Vergleich zu herkömmlichen Lösungen 5 bis 10 % Energie einspart.

Beim besonders energieintensiven Plastifizieren sorgt ein elektrischer Schneckenantrieb für einen hohen Wirkungsgrad. Dabei arbeitet die Plastifiziereinheit unabhängig von den hydraulischen Bewegungen wie Werkzeugöffnen und -schließen. Bereits im Standard ist das neue Modell mit einer für Polypropylen (PP) und Polyethylen (PE-HD) optimierten Barriereschnecke und Ringrückströmsperre ausgestattet. Gezielt für PP und PE-HD entwickelte Schneckenantriebe sind optional erhältlich.

Der kleine Fußabdruck der duo speed bezieht sich zum einen auf die energieeffiziente Arbeitsweise und ist zum anderen wörtlich zu verstehen. Die Zweiplattenmaschinen sind deutlich kürzer als Kniehebelmaschinen vergleichbarer Schließkraft – und dies bei einem größeren maximalen Öffnungshub. Denn es ist lediglich die Holmlänge, die den Hub begrenzt, und nicht ein Kniehebel. Von den größeren Öffnungshüben profitieren große Werkzeuge für beispielsweise hohe Eimer sowie die Automatisierung zum Entformen der Spritzgussteile.

Größere Öffnungshübe schaffen  mehr Freiheit

Engel liefert aus einer Hand integrierte Systemlösungen bestehend aus Spritzgießmaschine und Roboter. Für die Herstellung von Eimern und Transportboxen kommen vielfach Linearroboter der Baureihe viper zum Einsatz. Vorteile der integrierten Lösung sind u. a. die steuerungstechnische Integration beider Systeme mit einer einheitlichen Bedienlogik und die CE-Zertifizierung des Gesamtsystems. Da Maschine und Roboter auf dieselbe Datenbasis zugreifen, können sie ihre Bewegungsabläufe exakt aufeinander abstimmen, was die Handlingzeiten verkürzt.

Nachhaltigkeit spielt in der Verpackungsindustrie längst die Hauptrolle. Als Systemanbieter rüstet Engel die duo speed auf Kundenwunsch für die Rezyklatverarbeitung aus. Prozesstechnologien zur Herstellung von Mehrschicht- und Mehrkomponentenprodukten wie Coinjektion oder das von Engel neu entwickelte Skinmelt-Verfahren [3] machen es möglich, aufbereitete Kunststoffabfälle verstärkt auch für Kunststoffteile einzusetzen, die besonders hohe Anforderungen an die Oberflächengüte, den Produktschutz oder die Verbrauchersicherheit stellen (Bild 3).

Mit Mehrschichttechnik für  Rezyklate gerüstet

Im Technikum in Engels Großmaschinenwerk St. Valentin/Österreich steht die neue Spritzgießmaschine für Kundenversuche bereit, ebenso Maschinen mit Coinjektions- und Skinmelt-Technologiepaketen. Die Engel-Anwendungstechnik unterstützt die Verpackungsproduzenten dabei, die Spritzgießmaschine an die spezifischen Produktanforderungen und betrieblichen Gegebenheiten anzupassen, um kürzestmögliche Zykluszeiten und eine durchgehend hohe Teilequalität zu erzielen.

Mit der Erweiterung seines Portfolios ist Engel in der Lage, von Dünnwandverpackungen über Verschlüsse bis zu dickwandigen Großbehältern mit einer jeweils passgenauen Lösung alle Effizienz- und Qualitätspotenziale auszuschöpfen. Während die duo speed für großvolumige und lange Teile ausgelegt ist, deckt die e-speed das Gebiet der Dünnwandanwendungen mit sehr kurzen Kühl- und Zykluszeiten ab. Auch die e-cap wurde gezielt für die Anforderungen der Verpackungsindustrie, konkret für die Herstellung von Verschlüssen aller Art, entwickelt.

[1] Patent AT513654B1: Spritzgießmaschine mit prädiktiver Steuerung oder Regelung. Angemeldet am 23.11.2012, veröffentlicht am 15.05.2015, Anmelder: Engel Austria, Erfinder: Fritz Hannes Ing., Steinparzer Helmut Ing., Zeidlhofer Herbert Dipl.-Ing.

[2] Patent CN103831959B: 用于使注塑机的可瀰动漘件瀰动的方法和 (engl. Übersetzung nur für Text und Ansprüche vorhanden). Angemeldet am 20.11.2013, veröffentlicht am 18.01.2017, Anmelder: Engel Austria, Erfinder: Fritz Hannes Ing., Steinparzer Helmut Ing., Zeidlhofer Herbert Dipl.-Ing.

[3] Gall, M.; Klammer, G.; Rathner, R.; Lang, R.; Steinbichler, G.: Recycling, das unter die Haut geht. Kunststoffe 110 (2020) 7, S. 24–27

Engel Austria GmbH  

https://www.engelglobal.com

Engel Austria GmbH Großmaschinen/Werkzeugtechnik 

https://www.engel.at

Ausgabenartikel KU4

Wenn’s ein etwas größerer Eimer werden soll: Die Großmaschine duo speed wurde gezielt für die Herstellung von Eimern und Transportboxen entwickelt

Bild 1. Die auf Verpackungs- und Logistikanwendungen zugeschnittene neue duo speed basiert auf mehr als 25 Jahren Erfahrung mit Zweiplattengroßmaschinen. Mehr als 10 000 Spritzgießmaschinen der duo-Baureihe sind weltweit im Einsatz 

Bild 2. Durch die Überlagerung der Maschinenbewegungen verkürzt sich die Trockenlaufzeit in Abhängigkeit der Maschinengröße um bis zu 25 %

Bild 3. Das Skinmelt-Verfahren versteckt das Rezyklat unter einer Oberfläche aus Neuware –  z. B. bei Transportboxen

Name - Hauptartikel

DI Daniel Luegmayr ist Projektmanager in der Entwicklung Mechanik der Engel Austria GmbH, St. Valentin/Österreich; <a href="mailto:daniel.luegmayr@engel.at">daniel.luegmayr@engel.at</a>

Ing. Jürgen Dienstl, M. Sc., ist Produktmanager Großmaschinen bei Engel; <a href="mailto:juergen.dienstl@engel.at">juergen.dienstl@engel.at</a>

Ing. Anton Lohnecker ist Leiter Entwicklung Hydraulik bei Engel; <a href="mailto:anton.lohnecker@engel.at">anton.lohnecker@engel.at</a>

DI Dr. Gerhard Dimmler ist Senior Vice President Forschung und Entwicklung der Engel Austria GmbH, Schwertberg/Österreich; <a href="mailto:gerhard.dimmler@engel.at">gerhard.dimmler@engel.at</a>