Die Econ GmbH, Weisskirchen, Traun/Österreich, und die KraussMaffei Berstorff GmbH, Hannover, werden ein PE-LLD-Farb-Masterbatch als Mikrogranulat mit einem Durchmesser von 0,4 bis 0,5 mm vor Ort compoundieren, um Vorteile und Wirtschaftlichkeit von aufeinander abgestimmten Komponenten aufzuzeigen. Zum Einsatz kommen der Doppelschneckenextruder ZE 42 BluePower von KraussMaffei Berstorff, die Schmelzepumpe Melt-X1 von Eprotec mit anschließendem Siebwechsler ESD70 und die Unterwassergranulierung EUP 150 von Econ mit dem Prozesswassersystem EWT 250 von Econ mit Zentrifugaltrockner. Die Durchsatzleistung beträgt bei dieser Anwendung ca. 70 kg/h. 

KraussMaffei Berstorff, Econ 

Extruder

Compoundieren

Granulieren

Live-Compoundierung eines Farb-Masterbatches 

Mit dem Kaskaden-Extrusionsprozess der KraussMaffei Berstorff GmbH, Hannover, lassen sich aus PE- und PP-Abfällen, aber auch aus Rezyklaten anderer Polymere, laut Hersteller hochwertige Recompounds herstellen. Für diesen Prozess werden zwei Verfahrensschritte direkt hintereinandergeschaltet (Bild 9): Der erste Extruder führt das gewaschene und sortenreine Rezyklat zu, optional mit vorgeschalteter Zerkleinerung oder Agglomerierung, schmilzt auf, homogenisiert und entgast die Schmelze. Eine Feinfiltration am Ende der Verfahrenseinheit entfernt letzte Verunreinigungen. Diese Aufbereitung kann wahlweise auf einem Einschnecken- oder einem Doppelschneckenextruder erfolgen. Danach dosiert eine Pumpe die Schmelze in den zweiten klassischen Compoundierextruder, der neben gravimetrischen Dosiereinheiten für die Komponenten auch Seitenfüttereinrichtungen sowie eine weitere Entgasungseinheit aufweist. Somit sind alle Zusatzaggregate vorhanden, um von Füll- und Verstärkungsstoffen über Additive und Farbstoffe, aber auch Neuware zu dosieren und somit individuelle Compounds herzustellen. 

Der Kaskadenprozess ermöglicht die Verarbeitung von Rezyklat. Im rechten Extruder erfolgt Schritt 1. Der zweite Extruder stellt den klassischen Compoundierprozess dar (© KraussMaffei Berstorff) 

KraussMaffei Berstorff 

Industrie 4.0

Aufbereitungsmaschinen

Aufbereitungsanlage in Kaskaden-Bauweise 

Auf der diesjährigen K lag der Schwerpunkt der Maschinen- und Anlagenbauer der Aufbereitungsbranche auf dem Recycling. Die zahlreichen Anforderungen an den Recyclingprozess werden mit interessanten und cleveren Lösungen erfüllt.  

Die Aufbereitungsbranche schließt den Recyclingkreislauf 

Kunststoff-Aufbereitung

Dosierer

Kunststoff-Recycling

Upcycling: Aus Alt mach Neu  

ProTec Polymer Processing stellt maßgeschneiderte Anlagen zur Pultrusion hochwertiger langfaserverstärkter Thermoplaste (LFT) her, die sich auch für materialtechnisch schwierige Aufgaben wie die Kombination von Kohlefasern und Polypropylen (PP) eignen. Planung, Bau und Inbetriebnahme der Systeme kommen dabei komplett aus einer Hand. Für anwendungsbezogene, kundenspezifische Entwicklungen stellt ProTec in seinem Technikum in der Bensheimer Zentrale eine umfangreich ausgestattete Pultrusionsanlage zur Verfügung. 

Hochwertige langfaserverstärkte Thermoplaste herstellen 

Biokunststoffe

Faserverarbeitung

Pultrusion

LFT-Compounds aus Pultrusionsanlagen 

Die Veranstaltung bot Recyclingexperten, Compoundeuren und Vertretern von Universitäten eine ausgezeichnete Möglichkeit, Technologie für hochwertiges Kunststoffrecycling aus erster Hand zu erleben. 

Premiere für EdelweissCompounding-Anlage 

Kunststoff-Regenerate

kunststoffe.de

Erfolgreicher TecDay Recycling & Compounding  

Die tatsächlichen Auswirkungen unterschiedlicher Schneckenelemente auf die Compoundierung und deren Zusammenwirken je nach Anordnung sind bislang nur wenig untersucht worden. Am Institut für Kunststofftechnik wurde dies nun mithilfe eines axial aufklappbaren Doppelschneckenextruders systematisch analysiert.  

Einsichten über die Verarbeitung scher- und temperatursensitiver Materialien gewinnen 

Extrusion

Doppelschneckenextruder aufgeklappt 

Bis Ende 2017 werden im Stammwerk in Niederzissen zwei weitere Compoundierlinien installiert, um den wachsenden Anforderungen nach kohlenstofffaserverstärkten Compounds gerecht zu werden. 

Akro-Plastic erweitert Stammwerk  

Verbundwerkstoffe / Werkstoffverbunde

Kohlenstofffasern / -matten

Produktionskapazität steigt auf über 100.000 t 

Forscher haben eine Anlagentechnik entwickelt, mit der erstmals Partikel- und Faserverstärkungen in Magnesium eingebracht werden können. Taktzeiten von unter einer Minute sind dabei realistisch. 

Prozessschwankungen der Thixomolding-Verarbeitung ausgeglichen 

Technik Trend

Faserintegration erschließt Leichtmetallanwendungen  

Der runde Geburtstag im Frühjahr bot KraussMaffei nicht nur Grund für eine rauschende Feier im Frühjahr, sondern ist jetzt auch noch Anlass für ein besonderes Extruder-Angebot nicht nur zur Fakuma. 

KraussMaffei testet Mass Customization 

Festpreis-Premiere zum Firmenjubiläum 

Die Erfassung, Aufbereitung und Analyse von Daten können den Produktionsalltag eines Compoundherstellers deutlich vereinfachen und geben Rückschlüsse für die Prozessoptimierung. Deshalb hat die KraussMaffei Berstorff GmbH, Hannover, zwei Ergänzungen für Zweischneckenextruder der neuen ZE BluePower-Generation eingeführt, die das Compoundier-Equipment mit Industrie-4.0-Fähigkeiten ausstatten. 

Industrie-4.0-Lösungen für Compoundierextruder 

Messdatenerfassung und -verarbeitung

Messtechniksoftware

Mess-Systeme Charakter von Optik

Farbmessgeräte

Farbmessung zur Qualitätssicherung 

Die Coperion GmbH, Stuttgart, stellt auf der K 2019 die weiterentwickelten ZSK Mc 18 - Doppelschneckenextruder vor, die neue Funktionen bieten und geeignet sind, um im industriellen Maßstab und in hoher Qualität Recycling umzusetzen, z.B. zum Regranulieren von Kunststoffen wie HDPE, PP, ABS, PS und PVC, für die Herstellung von Folien, das Recycling von PET und auch das Upcycling von Materialien. Die nächste Generation der Nutzeroberflächen für die Extruder-Steuerung wird als Messemodell vorgeführt.

Doppelschneckenextruder und ausgefeilte Dosiertechnik   

Kunststoffverarbeitung: Maschinen und Komponenten

Dosiermessgeräte

Mehr Effizienz für Compoundierung und Recycling 

Nachhaltige Behälter für Getränke könnten aus einer hochwertigen Schaumfolie bestehen, für deren Herstellung deutsche und österreichische Unternehmen mit einem russischen Verpackungshersteller kooperieren. 

Vollständig wiederverwertbare Verpackung aus dem Doppelschneckenextruder 

Masterbatches

Geschäumtes rPET als Getränkekarton-Alternative 

Die K 2019 hat ein großes Angebot an Maschinentechnik und Systemkomplettlösungen für das Kunststoffrecycling gezeigt. Dort war offensichtlich, dass die Industrie heutzutage Lösungen zum Schließen des Kunststoffkreislaufs anbieten kann.

Komplexe Kette: Recycling-Material (wie hier geschredderte und gewaschene Fischernetze) müssen angefangen beim Sammeln und Sortieren zahlreiche Stationen durchlaufen, bis sie werkstofflich aufbereitet werden können

16:9

Die Technologie, den Kunststoffkreislauf zu schließen, ist vorhanden

Sensorik für Kunststoff-Verarbeitungsmaschinen

Industrie 4.0 für die Kunststoffverarbeitung

IR-Sensor

Messtechnik

Sensoren / Messwertaufnehmer

Mahlgut

Kunststoff Werkstoffe

Kunststoff-Rezyklat

Wiederaufbereitung

Kunststoffverarbeitung: Verfahren

Schmelzefilter

Filteranlagen

Extrusionsanlagen

Waschen und Entfetten

Sortierer

Mahlanlagen, fein

Sensoren,  optische

Schneidmühlen

Kreislaufwirtschaft

Mühlen

Geschlossener Recyclingkreislauf – jetzt!

battenfeld-cincinnati installierte mehrere konische Extruder beim Marktführer für Kantenbänder.  

ABS, PVC und PMMA flexibel verarbeiten 

Polyvinylchlorid

Rohr- und Profilextrusion

Extrusionswerkzeugdrücke bis 520 bar  

Doppelschneckenextruder werden meist für die Aufbereitung von Kunststoffen eingesetzt. Eine wichtige Prozesscharakteristik ist die Beanspruchung des Materials. Untersuchungen zum Materialabbau von Polypropylen im Doppelschneckenextruder zeigen auf, wie sich die Abnahme der Materialeigenschaften in der Praxis reduzieren lässt.

Anlagenaufbau zur Untersuchung des Materialabbaus inklusive des Doppelschneckenextruders  ZE28 BluePower von KraussMaffei

Reproduzierbarkeitsnachweis und Handlungsempfehlungen für Polypropylen

Polypropylen-Compound

Thermoplaste

Polypropylen

Materialabbau im Doppelschneckenextruder

Effizienz trifft Nachhaltigkeit: Kosten und CO2 einsparen mit System

Wirtschaftliches Direktcompoundieren für mittelgroße Bauteile

Die Direktcompoundierung, also das Herstellen und Verarbeiten von Compounds in einem Einstufenprozess, erschließt neue Einsparpotenziale – mit einer Weiterentwicklung von KraussMaffei nun auch für kleinere Bauteile.

Kunststoffverarbeiter stehen heute zweifach unter Druck: Zum einen steigen die Material- und Energiepreise. Zum anderen müssen sie Lösungen finden, um den CO2-Fußabdruck ihrer Fertigung zu reduzieren. Kunden und Gesetzgeber fordern dies in zunehmendem Maße. Die Direktcompoundierung, also das Herstellen und Verarbeiten von Compounds in einem Einstufenprozess, erschließt hier neue Potenziale – mit einer Weiterentwicklung von KraussMaffei nun auch für kleinere Bauteile.

Wegen der hohen Investitionskosten war die Direktcompoundierung bisher nur bei größeren Bauteilen wirtschaftlich nutzbar. Mit DCIM – der Name steht für Direct Compounding Injection Molding – hebt KraussMaffei die Technologie nun auf ein neues Leistungsniveau, um auch Artikel ab 50 g Gewicht effizienter und wirtschaftlicher produzieren zu können. Der große Nutzen ist die Materialkostenersparnis, die der Anwender dabei erzielt. Über 20 Jahre Erfahrung in der Direktcompoundierung mit dem Spritzgießcompounder (Injection Molding Compounder, IMC) flossen in die Entwicklung der DCIM-Technologie ein. Beim IMC, den KraussMaffei im Jahr 2000 präsentierte, wurde erstmals ein Extruder in den Spritzgießprozess integriert [1]. Der hier eingesetzte Zweischneckenextruder benötigte aber aufgrund der hohen Investitionskosten Produkte mit einem Schussgewicht von 1,5 kg oder mehr, um wirtschaftlich attraktiv zu sein. DCIM kombiniert nun einen Einschneckenextruder mit der Spritzgießmaschine und bietet dadurch eine Alternative für kleine bis mittelgroße Bauteile (Titelbild).

Das neue Konzept verfolgt das gleiche Ziel wie die IMC-Technologie, nämlich verschiedene Materialien direkt auf der Spritzgießmaschine zu compoundieren, zu homogenisieren und ein Spritzgussteil mit signifikanter Kosteneinsparung bei vergleichbarer Produktqualität herzustellen. Das Verfahren vereint wirtschaftliche und verfahrenstechnische Vorteile. Der Unterschied liegt in der Aufbereitung des Materialgemischs.

Produzieren in einer Wärme spart Energie und Kosten

Der Grund für den Umstieg auf einen Einschneckenextruder ist einfach: Bei kleinen bis mittelgroßen Durchsätzen ist für das Blenden von Polymeren sowie das Additivieren, Verstärken oder Füllen ein Einschneckenextruder bereits sehr gut geeignet. Dass KraussMaffei die Produktsegmente Extrusion und Spritzgießen unter einem Dach vereint, gab der Entwicklung entscheidende Impulse, weil man das gebündelte Know-how nutzen konnte (Bild 1).

Der Einschneckenextruder speist die Schmelze direkt in die Spritzeinheit ein. Beide produzieren im diskontinuierlichen Betrieb. So wird aus dem Compoundieren und Spritzgießen ein durchgängiger – und in einer Wärme stattfindender – Prozess. Das spart CO2 (durch den in Summe geringeren Energieverbrauch) und senkt den Aufwand für Lagerung, Transport und vor allem auch Kosten für spezielle Compoundrezepturen (Bild 2). Das Anwendungsspektrum für das DCIM ist vielfältig. Es reicht von einfachen Glasfasercompounds über Polymerblends (zum Beispiel PC+ABS) bis zu Additivierung, Modifikation oder Kombinationen aus den zuvor genannten. Hochviskose Polyolefinschmelzen aus Recyclingprozessen oder das Upcycling von Rezyklaten und Agglomeraten sind weitere Anwendungsfelder (Bild 3).

Letztlich bietet DCIM dem Verarbeiter die Möglichkeit, die Wirtschaftlichkeit seiner Materialien nach eigenem Ermessen zu gestalten sowie die Materialien exakt auf den Anwendungsfall abzustimmen. Damit geht auch das Know-how für die Rezeptur und die Verantwortung für die Materialqualität auf den Verarbeiter über.

Die DCIM-Baureihe wird für einen Schließkraftbereich von 1600 bis 11 000 kN angeboten und flankiert mit einem Schussgewichtsbereich von ca. 50 bis 2000 g (basierend auf PP natur) damit den Injection Molding Compounder (IMC). Bei der Integration des Einschneckenextruders in die Spritzgießmaschine wurde besonders darauf geachtet, ein kompaktes und gleichzeitig bedienerfreundliches System zu schaffen. Der Extruder ist daher leicht zugänglich und wartungsfreundlich in Huckepack-Position auf einer Standard-Einspritzeinheit montiert (Bild 1). Dieser Aufbau gewährt nebenbei auch eine weitere wichtige Freiheit, nämlich die Anlage auch als Standardmaschine zu betreiben. Der Wechsel dauert nur wenige Minuten und das Konzept ist dadurch äußerst flexibel.

Die hydraulische Zweiplatten-Schließeinheit von KraussMaffei ist kompakt, schnell und wartungsarm, schont das Werkzeug und gewährleistet eine hohe Plattenparallelität. Das hinter der beweglichen Aufspannplatte angebrachte Schließsystem erlaubt ein einfaches Agieren im Auswerferraum bei Rüst- und Einstellarbeiten. Sonderverfahren oder spezielle Anforderungen lassen sich mit der Zweiplatten-Schließeinheit problemlos umsetzen. Die gute Zugänglichkeit im Schließbereich ist besonders geeignet für die Integration von Automationslösungen.

Die Artikelkosten von Spritzgussteilen werden maßgeblich durch die Materialaufwendungen bestimmt. Je nach Anwendung beläuft sich der Anteil auf 40 bis 70 % (Bild 4). Diesen Anteil kann der Verarbeiter beim klassischen Spritzgießen nur wenig bis gar nicht beeinflussen. Das DCIM-Verfahren greift genau an dieser Stelle an und verschafft zusätzlichen Spielraum: Mit diesem System können Verarbeiter nun auch über den Materialpreis die Bauteilkosten beeinflussen. Besonders im kleineren und mittleren Maschinensegment werden sehr häufig technische Compounds verarbeitet. Bei den meisten Anwendungen kommen Kunststofftypen zum Einsatz, die zumindest einmal veredelt wurden, was sich im Preis des Materials niederschlägt.

Über seine verfahrenstechnische Eignung hinaus lässt sich ein Einschneckenextruder preiswerter herstellen als ein Zweischneckenextruder, wie er bei großen Bauteilen im IMC eingesetzt wird. Somit fallen für kleine Anlagen die Mehrkosten geringer aus und die Anlage ist bereits nach kurzer Einsatzdauer (weniger als ein Jahr, bezogen auf den Mehrpreis zu einer Standard-Spritzgießmaschine) rentabel. Erste Anlagen sind bereits im Markt – einerseits zu Forschungszwecken an Instituten, andererseits werden damit im industriellen Umfeld auch Serienteile in der Automobil- und Verpackungsindustrie produziert.

In diesen Branchen ist der IMC schon seit langem zuhause. Er wird weiterhin im großen Schließkraft- und Schussgewichtsbereich bestehen und die mehr als 20-jährige Geschichte der Direktcompoundierung bei KraussMaffei fortführen. Damals setzte KraussMaffei einen technischen Meilenstein, als man erstmals Extrusion und Spritzgießen auf einer Maschine vereinte. Umgesetzt wurde dies in einer Anlage, die Polypropylen mit Endlosglasfasern compoundierte, um diese Mischung dann zu einem Frontendmodul für die Automobilindustrie zu verarbeiten [2]. Solche Anwendungen, aber auch die Verarbeitung von Rezyklaten, die Zugabe von mineralischen oder nachwachsenden Füllstoffen oder die Compoundierung von Polymerblends legten den Grundstein der anhaltenden Erfolgsgeschichte.

Mehr als die Hälfte der installierten Anlagen werden für die Produktion großer Bauteile im Automobilbau eingesetzt. Hergestellt werden Türmodule, Schallschutzsysteme, Infotainmentpanels, Frontends, Unterbodenschalen und vieles mehr. Darüber hinaus sind IMC-Anlagen in der Logistikbranche für die Produktion von Paletten und Laugenbehältern sowie für große technische Teile unterschiedlicher Anwendungen im Einsatz. Durch den vorgeschalteten Prozess der Zweischneckenextrusion können die Materialkosten erheblich reduziert werden. Das zusätzliche Equipment fordert jedoch entsprechende Investitionen, sodass die IMC-Technologie erst bei höheren Schussgewichten wirtschaftlich sinnvoll ist.

Der Wandel des Spritzgießens von einfachen, mechanischen Auf-zu-Maschinen zu leistungsfähigen, hochtechnischen, vernetzten und smarten Anlagen ist längst vollzogen und wird nun durch den letzten noch fehlenden Freiheitsgrad komplettiert: den Werkstoff „Polymer“ nach eigenen Vorstellungen zu gestalten.

Direktcompoundieren  von Rezyklaten mit unterschiedlichen Viskositäten

Auf der Kunststoffmesse K 2022 präsentiert KraussMaffei eine Maschine des Typs GX 1100 - 4300 DCIM. Sie wird drei unterschiedliche Rezyklate verarbeiten, die aus Industrieabfall stammen:

<ul><li>PP aus Spinnfasern (MFR 800 – 1000 g/10 min @ 230 °C/2,16 kg)</li><li>geschredderte PE-HD-Ware aus der Logistik- und Verpackungsbranche (MFR 5 – 15 g/10 min @ 190 °C/ 2,16 kg)</li><li>PE-HD-Blasformware aus der Spielzeugproduktion (MFR &lt; 1 g/10 min @ 190 °C/2,16 kg)</li></ul>

Diese ungleichen Ausgangsstoffe, deren Viskositäten von zäh wie Kaugummi bis zu einer wasserartigen Konsistenz variieren, werden mit dem DCIM-Verfahren sicher und effizient zu einem neuen Werkstoff verarbeitet. Weitere Additive, wie Stabilisatoren, Farbadditive oder auch Eisenglimmer zur Verkürzung der Kühl- und damit Zykluszeiten, lassen sich ebenfalls zuverlässig einarbeiten. Daraus entstehen am Messestand von KraussMaffei in einer Zykluszeit von 35 s robuste fünfteilige Mehrweg-Klappboxen, wie sie beim Transport von Frischfisch verwendet werden (Bild 5).

Für die besonders preisgetriebene Verpackungs- und Logistikbranche eröffnet DCIM so die attraktive Möglichkeit, bis zu 50 % der Materialkosten zu sparen. Das Schussgewicht der Mehrweg-Klappbox beträgt 1000 g und allein die externe Erstellung eines Compounds würde mit durchschnittlich 0,60 EUR/kg zu Buche schlagen.

Mit dieser Anwendung zeigt KraussMaffei beispielhaft, welche Möglichkeiten und Vorteile das DCIM-Verfahren dem Verarbeiter bietet: die individuelle Freiheit bei der Zusammenstellung des Materials, die sichere Verarbeitung von Rezyklat, die energieeffiziente Produktion und Kostenersparnis beim Material sowie das Know-how und die Hoheit über die eigene Rezepturentwicklung.

[1] Jensen, R.: Synergien intelligent genutzt. Kunststoffe 91 (2001) 9, S. 40 – 45

[2] Sieverding, M.; Bürkle, E.; Zimmet, R.: IMC-Technik erschließt neue Anwendungsbereiche. Kunststoffe 95 (2005) 8, S. 34 – 37

KraussMaffei Technologies GmbH 

https://www.krauss-maffei.com

Ausgabenartikel KU09-22

Die DCIM-Technologie ermöglicht Spritzgießen und Compoundieren in einer Wärme. 

Bild 1. Beim DCIM-Verfahren compoundiert ein Einschneckenextruder mit direkter Verbindung zur Plastifiziereinheit.

Bild 2. Weniger Prozessschritte im Direktverfahren verbessern die CO2 -Bilanz der Bauteile und senken die Materialkosten um 0,30 bis 1,00 EUR/kg. 

Bild 3. Das DCIM-Verfahren erlaubt kostengünstige Materialmischungen nach Maß. Am besten geeignet ist es für das Verstärken von Polymeren.

Bild 4. Das DCIM reduziert die Herstellkosten technischer Spritzgussteile im Vergleich zum Standard-Spritzgießverfahren um 30 bis 70 %.

Bild 5. Nachhaltige Transportverpackungen: Auf der K 2022 produziert eine GX 1100 - 4300 DCIM robuste Mehrwegkisten aus drei verschiedenen Rezyklaten. 

Name - Hauptartikel

Kosten und CO2 einsparen beim Spritzgießen

Thomas Drogi arbeitet im Process Engineering bei der KraussMaffei Technologies GmbH, München; <a href="mailto:thomas.drogi@kraussmaffei.com">thomas.drogi@kraussmaffei.com</a> Franz-Xaver Keilbach ist Global Product Owner Circular Economy / Recycling bei der KraussMaffei Extrusion GmbH, Hannover; <a href="mailto:franz-xaver.keilbach@kraussmaffei.com">franz-xaver.keilbach@kraussmaffei.com</a>

Die beschriebene Messeanwendung ist in Halle 15, Stand C24-D24 zu sehen.