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07.02.2018

Effizienz im Blick

VDI-Jahrestagung Spritzgießen 2018

Effiziente Produktion bedeutet für Kunststoffverarbeiter unter anderem, dass durch schnelle aber dennoch robuste und reproduzierbare Prozesse die Bauteile mit gleichbleibend hoher Qualität erzeugt werden können. Die VDI-Jahrestagung Spritzgießen soll laut Veranstalter zeigen, welchen Beitrag die Automatisierung bei der Effizienzsteigerung von Fertigungs- und Montageprozessen leisten kann.

„Oftmals verantworten die Verarbeiter auch die Entwicklung und Konstruktion einzelner Kunststoffbauteile sowie ganzer Baugruppen. In diesem Fall müssen sich die Unternehmen nicht auf die reine Produktion der Bauteile beschränken, sondern können über die Auswahl von überlegenen Werkstoffen und Technologien zusätzlich die Funktions- und Leistungsdichte der eigenen Produkte erhöhen und damit einen Beitrag zur Effizienzsteigerung leisten“, sagt Martin Würtele, Leiter Technologieentwicklung Spritzgießtechnik bei KraussMaffei und Vorsitzender des Programmausschusses des VDI Wissensforums. Der zweite Themenblock soll daher neue Entwicklungen und Lösungen aus dem Bereich Werkstoff und Technologie aufzeigen.

  • Bei der Herstellung von Pipettenspitzen mit dem Vario-TIP-Verfahren können auf der gleichen Reinraumfläche heute etwa 24-mal mehr Teile hergestellt werden als noch vor 6 Jahren (© Waldorf Technik)

    Bei der Herstellung von Pipettenspitzen mit dem Vario-Tip-Verfahren können auf der gleichen Reinraumfläche heute etwa 24-mal mehr Teile hergestellt werden als noch vor sechs Jahren (© Waldorf Technik)

  • Dr. Thomas Walther, Leiter Anwendungstechnik bei der Arburg erklärt: „Automation ist seit Jahren eines der großen und wichtigen Themen der Spritzgießbranche, da die Anforderungen an die Kunststoffverarbeiter durch die Integration von Funktionen in das Werkzeug und durch vor- und nachgelagerte Bearbeitungsschritte in Fertigungszellen zunehmend komplexer werden.“ (© Arburg)

    Dr. Thomas Walther, Leiter Anwendungstechnik bei der Arburg, erklärt: „Automation ist seit Jahren eines der großen und wichtigen Themen der Spritzgießbranche, da die Anforderungen an die Kunststoffverarbeiter durch die Integration von Funktionen in das Werkzeug und durch vor- und nachgelagerte Bearbeitungsschritte in Fertigungszellen zunehmend komplexer werden.“ (© Arburg)

  • „Um das Wirtschaftswachstum trotz stagnierendem Bevölkerungswachstum auch in Zukunft aufrecht zu erhalten, ist eine permanente Produktivitätssteigerung unabdingbar. Dies ist nur über radikal vereinfachte oder automatisierte Prozesse möglich“, betont Wolfgang Czizegg, Geschäftsführer bei Waldorf Technik (© Waldorf Technik)

    „Um das Wirtschaftswachstum trotz stagnierendem Bevölkerungswachstum auch in Zukunft aufrecht zu erhalten, ist eine permanente Produktivitätssteigerung unabdingbar. Dies ist nur über radikal vereinfachte oder automatisierte Prozesse möglich“, sagt Wolfgang Czizegg, Geschäftsführer bei Waldorf Technik (© Waldorf Technik)

  • Spritzgießmaschine mit integrierten Peripherie- und Automationskomponenten, die von einem 6-Achs-Roboter beschickt werden (© Sumitomo (SHI) Demag)

    Spritzgießmaschine mit integrierten Peripherie- und Automationskomponenten, die von einem Sechsachsroboter beschickt werden (© Sumitomo (SHI) Demag)

  • „Die Integration verschiedener Fertigungsschritte in die Spritzgießmaschine macht den Herstellprozess insgesamt beherrschbarer und senkt Investitions- und Produktionskosten sowie die Ausschussraten deutlich“, erklärt Thomas Brettnich, Leiter Anwendungstechnisches Zentrum bei Sumitomo (SHI) Demag (© Sumitomo (SHI) Demag)

    „Die Integration verschiedener Fertigungsschritte in die Spritzgießmaschine macht den Herstellprozess insgesamt beherrschbarer und senkt Investitions- und Produktionskosten sowie die Ausschussraten deutlich“, erklärt Thomas Brettnich, Leiter Anwendungstechnisches Zentrum bei Sumitomo (SHI) Demag (© Sumitomo (SHI) Demag)

  • Die Turnkey-Anlage von Arburg für einen Hybridstecker in der Automobilindustrie umfasst unter anderem eine Zwei-Komponenten-Drehtischmaschine Allrounder 1500 T, eine Prüfzelle und drei Sechs-Achs-Roboter (© Arburg)

    Die Turnkey-Anlage von Arburg für einen Hybridstecker in der Automobilindustrie umfasst unter anderem eine Zwei-Komponenten-Drehtischmaschine Allrounder 1500 T, eine Prüfzelle und drei Sechsachsroboter (© Arburg)

  • Andreas Reich, Leiter Turnkey bei Arburg, wird darüber sprechen, wie sich Spritzgießprozesse trotz immer kleinerer Losgrößen und kürzerer Produktlebenszyklen effizient und flexibel automatisieren lassen (© Arburg)

    Andreas Reich, Leiter Turnkey bei Arburg, wird darüber sprechen, wie sich Spritzgießprozesse trotz immer kleinerer Losgrößen und kürzerer Produktlebenszyklen effizient und flexibel automatisieren lassen (© Arburg)

  • „Aufgrund der ‚relativ einfachen‘ Möglichkeit der Integration von zusätzlichen Funktionen sind Kunststoffe mehr denn je prädestiniert, Antworten auf die Fragestellungen der digitalisierten Zukunft zu geben“, sagt Steffen Reuter, ehemals Vice President Innovation & Technology der Techniplas LLC (© Steffen Reuter)

    „Aufgrund der relativ einfachen Möglichkeit der Integration von zusätzlichen Funktionen sind Kunststoffe mehr denn je prädestiniert, Antworten auf die Fragestellungen der digitalisierten Zukunft zu geben“, sagt Steffen Reuter, ehemals Vice President Innovation & Technology der Techniplas LLC (© privat)

  • Füllstandssensor, gedruckt auf spritzgegossenem Behälter aus PA 6 (© Neotech)

    Füllstandssensor, gedruckt auf einem spritzgegossenen Behälter aus PA-6 (© Neotech)

  • „Die Möglichkeit, Elektronik durch digitale Fertigungsprozesse direkt auf strukturellen Bauteilen und innerhalb dieser zu integrieren, um damit integrierte Smart Systems herzustellen, ist neu“, sagt Dr. Martin Hedges, Geschäftsführer bei Neotech AMT (© Neotech)

    „Die Möglichkeit, Elektronik durch digitale Fertigungsprozesse direkt auf und in strukturellen Bauteilen zu integrieren, um damit integrierte Smart Systems herzustellen, ist neu“, sagt Dr. Martin Hedges, Geschäftsführer bei Neotech AMT (© Neotech)

  • „Entgegen der aktuellen 3D-MID-Verfahren kommt die vorgestellte In-Mold- Funktionalisierung ohne zusätzliche Additive oder weiterführende Prozessschritte aus. Daher ergeben sich neben ökonomischen auch Einsparpotenziale hinsichtlich des Einsatzes von Ressourcen und Energie“, sagt Prof. Michael Gehde vom Institut für Fördertechnik und Kunststoffe an der Technischen Universität Chemnitz (© TU Chemnitz)

    „Entgegen den aktuellen 3D-MID-Verfahren kommt die vorgestellte In-Mold- Funktionalisierung ohne zusätzliche Additive oder weiterführende Prozessschritte aus. Daher ergeben sich neben ökonomischen auch Einsparpotenziale beim Einsatz von Ressourcen und Energie“, sagt Prof. Michael Gehde vom Institut für Fördertechnik und Kunststoffe an der Technischen Universität Chemnitz (© TU Chemnitz)

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Dr. Thomas Walther, Leiter Anwendungstechnik bei Arburg, wird die Teilnehmer durch die Sektion „Automationslösungen für die effiziente Fertigung“ führen. Er betont: „Automation ist seit Jahren eines der großen und wichtigen Themen der Spritzgießbranche, da die Anforderungen an die Kunststoffverarbeiter durch die Integration von Funktionen in das Werkzeug und durch vor- und nachgelagerte Bearbeitungsschritte in Fertigungszellen zunehmend komplexer werden. Die Ziele sind in allen Fällen gleich: hohe Teilequalität, Prozesssicherheit, Verfügbarkeit und Produktivität.“ Gefordert seien daher auf den Einzelfall zugeschnittene Systeme und Turnkey-Anlagen, bei deren Auslegung die gesamte Wertschöpfungskette einbezogen wird.

Auf der VDI-Jahrestagung wird unter anderem über neue Entwicklungen zur autonomen Intelligenz, über Hochleistungsautomation und Greifertechnik berichtet sowie über Trends in der optischen Inline-Qualitätskontrolle und Oberflächendekoration.

Hochleistungsautomation sorgt für beschleunigte Prozesse

Wolfgang Czizegg, Geschäftsführer von Waldorf Technik, wird in Baden-Baden über die Hochleistungsautomation sprechen, Stolperfallen aufzeigen und einen Ausblick dazu geben. „Um das Wirtschaftswachstum trotz stagnierendem Bevölkerungswachstum auch in Zukunft aufrecht zu erhalten, ist eine permanente Produktivitätssteigerung unabdingbar. Dies ist nur über radikal vereinfachte oder automatisierte Prozesse möglich“, so Czizegg mit Blick auf hochentwickelte Industrieländer.

Neu sei, dass eine Vernetzung der Datenströme die Prozesse deutlich beschleunigt. Eine Vielzahl an Sensoren liefere hierzu die Daten, sodass Prozessfehler wesentlich früher erkannt und in Echtzeit abgestellt werden könnten. „Gleichzeitig erklimmt man hinsichtlich der Performance immer neue Höhen, sei es bei Kavitätenzahlen im Spritzgießwerkzeug, bei der Prozesszeitenverkürzung oder auch bei der Miniaturisierung der Anlagen. Bei der Herstellung von Pipettenspitzen mit dem Vario-Tip-Verfahren können wir auf der gleichen Reinraumfläche heute etwa 24-mal mehr Teile herstellen als noch vor sechs Jahren. Dies ist das Ergebnis aus einer Vervierfachung der Kavitätenzahl im Werkzeug von 32 auf 128, einer Reduzierung der benötigten Fläche um 75 % und einer Zykluszeitverkürzung von mehr als 30 % seit 2011“, nennt Czizegg ein Beispiel von Waldorf Technik.

Fertigungszellen mit integrierten Peripherie- und Automationskomponenten

Als direktes Bindeglied zwischen Mensch und Bauteil spielt die Oberfläche von Spritzgussteilen eine wichtige Rolle. In den vergangenen Jahren ist dabei der Fokus von rein optischen über haptische Anforderungen mehr und mehr in Richtung Funktionsintegration gegangen, wie zum Beispiel bei Touch-Oberflächen. Um bei der Produktion dieser anspruchsvollen Komponenten nachgelagerte Fertigungsschritte sowie ein aufwendiges Teilehandling mit erhöhtem Produktionsrisiko und der Gefahr hoher Ausschussraten zu vermeiden, werden mehr und mehr Fertigungsschritte in den originären Spritzgießprozess integriert.

„In modernen Touch-Displays vereinen sich die Forderungen nach exzellenter Oberflächenbeschaffenheit und einem hohen Maß an Funktionsintegration. Die Integration verschiedener Fertigungsschritte in die Spritzgießmaschine macht den Herstellprozess insgesamt beherrschbarer und senkt Investitions- und Produktionskosten sowie die Ausschussraten deutlich“, erklärt Thomas Brettnich, Leiter Anwendungstechnisches Zentrum bei Sumitomo (SHI) Demag in Schwaig. Die attraktiven Produktions- und Stückkosten würden integrierte Dekorationslösungen für viele Bereiche interessant machen. „Neben dem fast schon klassischen Einsatz im Automobilbereich dominieren mittlerweile Anwendungen aus der Mobilfunk-, Informations- und insbesondere auch Haushaltstechnik die Projekttätigkeit“, so Brettnich weiter.

Auf der VDI-Jahrestagung Spritzgießen wird Brettnich generelle Trends im Bereich der Oberflächendekoration ebenso darstellen wie die Herausforderungen an den Spritzgießer, Praxisbeispiele für Automationslösungen und die Vorteile integrierter Prozesse.

Automationslösungen für kleine Losgrößen

Wie sich Spritzgießprozesse trotz immer kleinerer Losgrößen und kürzerer Produktlebenszyklen effizient und flexibel automatisieren lassen, darüber wird Andreas Reich, Leiter Turnkey bei Arburg, sprechen. „In der Automation gibt es zwei Trends: Zum einen steigt die Komplexität der Anlagen, zum anderen sind sehr flexible Automationslösungen gefragt. Lösungen, die der Branche noch großes Potenzial bieten, sind zum Beispiel innovative Aufbereitungsmöglichkeiten für Einlegeteile über Schiebetisch, Drehtisch oder Tray sowie eine möglichst flexible Teileaufbereitung über ausgeklügelte Zuführsysteme. Außerdem gehe ich in meinem Vortrag darauf ein, wie sich dank Modularität und Standardisierung die Rüstzeiten minimieren lassen“, gibt er einen Ausblick.

Relevant seien vor allem die Fälle, in denen eine Spritzgießmaschine oder Fertigungszelle nicht mit einem einzigen Produkt voll ausgelastet ist. „In erster Linie sind hier – besonders in Verbindung mit Einlegeteilen – die Automobil- und Elektronikindustrie zu nennen, aber auch die Bereiche Verpackung und Investitionsgüter“, so Reich.

„Smart Plastics in Smart Solutions“: Impulse für neue Anwendungen

„Kunststoffe spielen schon heute eine wichtige Rolle in unserem Alltag und sind aufgrund der relativ einfachen Möglichkeit der Integration von zusätzlichen Funktionen mehr denn je prädestiniert, Antworten auf die Fragestellungen der digitalisierten Zukunft zu geben“, sagt Steffen Reuter, ehemals Vice President Innovation & Technology der Schweizer Techniplas LLC, der durch die Sektion „Smart Plastics in Smart Solutions“ führen wird. „Durch die Kombination von verschiedenen Materialien, Prozessen und Technologien entstehen immer neue interessante Ideen und Produkte. An verschiedenen Beispielen wird aufgezeigt, was heute schon geleistet werden kann.“

Gerade die Wechselwirkung zwischen Produkt- und Prozessinnovationen könne zu hochintegrierten Produkten führen, die im Spritzgießverfahren kostengünstig hergestellt werden können. „Beispielsweise bietet der Bereich der HMI-Kunststoffe (Human-Machine-Interface) ein riesiges Potenzial zur Funktions- und/oder Prozessintegration. Ein weiteres gutes Beispiel sind Wearables auf Basis gedruckter Elektronik, die zunehmend in unseren Alltag einziehen. Oder die prozessintegrierte Kombination von Materialien, um neue Produkteigenschaften zu erzielen“, so Reuter weiter.

3D-gedruckte Elektronik in Strukturbauteilen

3D-gedruckte Electronik ist ein stark wachsender Markt. „Die Möglichkeit, Elektronik durch digitale Fertigungsprozesse direkt auf und in strukturelle Bauteile einzuarbeiten, um damit integrierte Smart Systems herzustellen, ist neu“, sagt Dr. Martin Hedges, Geschäftsführer der Neotech AMT. Er wird das Thema in Baden-Baden erläutern.

„3D Printed Electronics können für eine breite Palette von Anwendungen eingesetzt werden. Besonders relevant erscheinen integrierte 3D-Schaltungsträger, Sensor- und Antennenstrukturen beziehungsweise Heizstrukturen für Automobil-Anwendungen, Industrieelektronik sowie Mobilfunkanwendungen und Konsumelektronik“, benennt er mögliche Einsatzgebiete. Durch 3D-gedruckte Elektronik werde es möglich, die Prozessketten zu verkürzen und durch die digitalen Prozesse den Material- und Energieeinsatz in der Fertigung zu optimieren, um somit die Kosten zu senken.

Vereinigung von Spritzgießen und Oberflächenfunktionalisierung

Prof. Michael Gehde vom Institut für Fördertechnik und Kunststoffe an der Technischen Universität Chemnitz wird das Forschungsthema In-Mold-Funktionalisierung vorstellen, also die Möglichkeit, bereits bei der Kunststoffverarbeitung werkzeugfallend Bauteile mit integrierten elektronischen Leiterbahnen zu realisieren. „Die Vereinigung des Spritzgießprozesses mit der Oberflächenfunktionalisierung in Form elektronischer Leiterbahnen in nur einem Prozessschritt stellt einen vollkommen neuen Ansatz dar, auch weil hier zwei Prozesse kombiniert werden, die sonst nicht in einem direkten Kontext zueinander stehen: das Drucken elektronischer Komponenten und die urformende Kunststoffverarbeitung“, sagt Gehde. „Mit dieser Verschlankung des Gesamtprozesses im Vergleich zu herkömmlichen Verfahren könnte die MID-Fertigung zukünftig wesentlich effizienter gestaltet werden.“

„Entgegen den aktuellen 3D-MID-Verfahren kommt die von uns derzeit entwickelte In-Mold-Funktionalisierung ohne zusätzliche Additive oder weiterführende Prozessschritte aus. Daher ergeben sich neben ökonomischen auch Einsparpotenziale beim Einsatz von Ressourcen und Energie. Der gesamte Prozess der Leiterbahngenerierung auf Kunststoffbauteilen wird somit deutlich verschlankt“, benennt Gehde mögliche Verbesserungen.

Die Autorin: Annedore Bose-Munde

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