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Die Nachfrage nach Mehrkomponentenanwendungen steigt weiter“, teilt Billion mit, und auch IfK und Arburg führen die Mehr-K-Technik als Trendverfahren an. Als wichtigen Schritt zur Lösung von Produktionsanforderungen verweist Ferromatik Milacron auf die Kombination unterschiedlicher Sonderverfahren, insbesondere auf das Zusammenspiel mit der Mehrkomponententechnik. Beispiele dazu führen Krauss Maffei und Engel an. Mit dem so genannten Ein-Stufen-Prozess von Krauss Maffei, bei dem Spritzgieß-, Extrusions- und Reaktionstechnik kombiniert werden, lassen sich beispielsweise komplexe 3-K-Bauteile mit erweiterten Funktionen herstellen, die an spezifischen Stellen optimierte Haptik und mittels unterschiedlicher Verfahren erstklassige Oberflächen aufweisen. Erreicht wird dies mit einer Wendeplattenmaschine und einer Hochdruck-PUR-Misch- und -Dosiereinheit.

Das von Engel angeführte Clearmelt-Verfahren ermöglicht Spritzgussteile, bei denen ohne Prozessunterbrechung Dekorfolien hinterspritzt und anschließend mit einer glasklaren PUR-Schicht überflutet werden. Erreicht werden ein optisch beeindruckender Tiefeneffekt und eine hohe Kratzfestigkeit. Gegenüber anderen Verfahren wie zum Beispiel der Mehrschichtlackierung sind die hohe Produktivität und geringste Beschichtungsdicken hervorzuheben. Kratzfest beschichtete Bauteile sind auch mit dem Coverform-Verfahren von Krauss Maffei in einem Schuss herstellbar. PMMA-Bauteile werden dabei mit einem lösemittelfreien Mehrkomponenten-Reaktivsystem auf Acrylatbasis beschichtet mit Dicken im Mikrometer-Bereich, die wiederholgenau auch in Mehrkavitätenwerkzeugen realisiert werden. Herausragende Eigenschaften sind hohe Kratzfestigkeit und Chemikalienbeständigkeit, was die Bauteile für stark beanspruchte Oberflächen zum Beispiel in der Automobilindustrie, bei Haushaltsgeräten und Mobiltelefonen geeignet macht. Bisher waren für die Herstellung derart beschichteter Teile bis zu 14 Fertigungsstufen erforderlich.

Wittmann Battenfeld verweist auf einen Trend, der in Richtung Kosten und Ressourcen schonendere Fertigung von Hochglanzbauteilen geht. Ausgelöst wurde dieser Trend durch die steigende Anzahl von Produkten, die qualitativ hochwertige Oberflächen mit Hochglanz oder Klavierlackeffekt vereinen. Gegenüber herkömmlichen variothermen Verfahren lassen sich diese Teile wirtschaftlicher mit neuen Produktionstechnologien wie BFMold und E-Variotherm fertigen.

Intelligente Werkzeugkonzepte

Ein weiterer Trend ist im Leichtbau erkennbar, auf den sowohl Engel als auch Krauss Maffei hinweisen. Hierbei finden an Stelle von Stahl- oder Aluminiumblechen „Organobleche“ Anwendung. Dies sind kontinuierlich faserverstärkte thermoplastische Halbzeuge. Beispielhaft nennt Engel hierzu die Herstellung eines gespritzten Strukturbauteils aus PA, das als Lenkstock im Automobilbereich Verwendung findet. Krauss Maffei sieht für derart gefertigte Teile sowohl im Automobilbereich als auch im Transportwesen und im Maschinenbau Einsatzmöglichkeiten aufgrund der erzielbaren hohen mechanischen Stabilität, erreicht durch die Kombination von Thermoformen des eingesetzten Organoblechs und Spritzgießen. Dieser Prozess umfasst eine einzige Stufe, in der das erwärmte Organoblech im Spritzgießwerkzeug beim Schließen umgeformt und gegebenenfalls geprägt wird. Die Verwendung eines Spritzgießcompounders ermöglicht das Einarbeiten unterschiedlich langer Fasern mit hohem Anteil zum Beispiel in eine PA-Schmelze, die nachfolgend direkt in das Werkzeug mit dem Organoblech eingespritzt wird.

Ein weiterer Trend, der durch die Würfel- und Doppelwürfeltechnik gesetzt wird, ist die Entwicklung intelligenter Werkzeugkonzepte zur Zykluszeitreduzierung, wie Ferromatik Milacron berichtet. Hierbei erfolgen Kühlung und Entnahme der Teile im laufenden Zyklus.

Weitere auf die Verfahrenstechnik bezogene Trends betreffen, wie Arburg feststellt, Spritzprägeverfahren, Funktionsintegration zum Beispiel von elektronischen Komponenten und Mikrospritzgießen. Für das Herstellen hohler komplexer Teile in einem Schritt führt Engel das Werkzeugsystem Multitube an. Die Herstellung eines solchen Teils erfolgt durch einen zwei- oder mehrstufigen Vorgang mittels Umsetzen und Umspritzen in einem Zyklus. Der Vorteil dieses Verfahrens liegt darin, dass keine Nachbearbeitung wie beispielsweise das Verschweißen von mehreren Bauteilen notwendig ist. Gegenüber der gängigen Gasinjektionstechnik sind vor allem die guten Innenoberflächen und die gleichmäßigen Wanddicken hervorzuheben. Für die Elastomerverarbeitung verweist REP auf ein Kaltkanalsystem mit Nadelverschlusstechnik, die auf Elektroantrieben basiert.

Noch Platz für Detailverbesserungen

Aus Sicht von Ferromatik Milacron „ist das klassische Denken in Maschinen-Baureihen veraltet. Unterschiedliche und vor allem schnell wechselnde Anforderungen an die Maschinentechnik in der laufenden Produktion benötigen flexible und nachrüstbare Modulsysteme. Es gibt also in naher Zukunft keine klassischen vollelektrischen oder hydraulischen Maschinen mehr, sondern vielmehr frei zusammenstellbare, meist hybride Konzepte.“ Ein weiterer Schwerpunkt seien energieeffiziente Antriebe, gepaart mit einer intelligenten Maschinensteuerung zur Vermeidung unnötiger Verbrauchsspitzen und fehlerhafter Einstellungen. Diesem Gedankengang entspricht die von Arburg angeführte anwendungsbezogene Modularität und auch der von Billon verwendete Begriff der „polivalenten Anlagen“.

Krauss Maffei spricht einen sehr hohen Reifegrad der Maschinentechnik an. Weiterhin wird an Verbesserungen im Detail gearbeitet, für die „natürlich noch Platz ist“. Es muss aber erkannt werden, „dass von nun an jede Verbesserung einen enormen Aufwand erfordert. Auf der Prozessseite können durch die Kombination von Arbeitsschritten oder Verfahren noch große Sprünge erreicht werden. Daraus werden sich Anpassungen in der Maschinen- und Automationstechnik ableiten.“ Konkret nennt Wittmann Battenfeld Verbesserungen im Detail: „Einer der andauernden Trends ist die Reduzierung der Zykluszeiten durch Ausnützung aller möglichen Parallelfunktionen. Die Zykluszeitreduzierung geht einher mit Rationalisierung und höherem Ausstoß und damit einer Steigerung der Produktivität.

Ein weiterer Trend geht in Richtung Effizienzsteigerung, insbesondere im Hinblick auf die Energieeffizienz. Dies betrifft die Maschine, aber auch die Peripherie, das heißt, der Prozess ist in seiner Gesamtheit zu betrachten, inklusive Kühleffizienz und Werkzeug. Auslöser dieses Trends sind steigende Energiekosten, Ressourcenknappheit, Umweltprobleme als auch politische Vorgaben und Normen.

Ebenfalls zu beobachten ist ein Trend von der einfachen Spritzgießmaschine hin zu komplexen Fertigungszellen, um Schnittstellenprobleme zu vermeiden, sowie CE-Sicherheit und Abklärungen aus einer Hand bieten zu können. Auslöser dieses Trends ist primär der Time-to-Market-Aspekt. Durch die Lieferung kompletter Fertigungszellen kann die Entwicklungszeit verkürzt werden.

Weiters wird die Stellfläche der Maschinen immer kleiner. Kompakte Maschinen sind am Markt gefragt, um Ressourcen zu sparen. Der Trend zur deutlichen Reduzierung der Lärmemission, ausgelöst durch Vorgaben, Normen und Gesetze zum Arbeitnehmerschutz führt zur Herstellung immer geräuschärmerer Maschinen. Der Trend zu zunehmender Sauberkeit hat seine Ursache primär in Umweltauflagen und Erfordernissen spezieller Industrien, wie der Medizintechnik.

Vollelektrische Maschinen erfüllen nach Windsor weitgehend die Zielsetzungen Präzision, Effektivität und Effizienz, die im globalen Wettbewerb zunehmend wichtig werden. Dies gilt auch für Schließkraftbereiche oberhalb 3500?kN, in denen spezifische Effekte und Einsparpotenziale der vollelektrischen Maschinen „attraktive Vorteile“ bieten. Derartige komplette Maschinenreihen bis hinauf zu Schließkräften von 25?000 kN sind jedoch nur bei wenigen Herstellern erhältlich. Die „attraktiven Vorteile“ nutzt Engel beispielsweise in der Verschlussproduktion, wo mit einem 96-fach-Werkzeug bei geringstem Energieverbrauch eine Zykluszeit unter drei Sekunden erreicht wird.

Für LSR-Anwendungen stehen Mikrospritzgießmaschinen zur Verfügung, wie REP mitteilt, die für Kleinstteile und Kleinserien geeignet sind.

Trend in Richtung Servomotoren

Energieeffiziente Maschinen stehen nach Aussage von Krauss Maffei weiterhin im Fokus, was bedeutet, dass die Maschinenantriebe weiter „elektrifiziert“ werden. Dabei geht nach Ferromatik Milacron ein klarer Trend in Richtung Servomotoren, der auch von Wittmann Battenfeld beobachtet wird. Diese servoelektrischen Antriebe finden sich einerseits in den elektrischen Maschinen, wo alle Achsen dezentral über einen eigenen Servomotor angetrieben werden. Andererseits sind sie nach Wittmann Battenfeld in den servohydraulischen Maschinen zu finden, wo die Pumpe über einen drehzahlgeregelten Servomotor angetrieben wird. Dieses Prinzip führen auch Engel, Ferromatik Milacron, Krauss Maffei und REP als energieeffiziente Lösungen für hydraulisch betriebene Funktionen der Maschinen an. Als Vorteil dieser Lösung heben Engel und Ferromatik Milacron hervor, dass nur dann Energie verbraucht wird, wenn Leistung gefordert wird. Verlustkreisläufe und die Umwandlung von Verlustleistung in Wärme werden damit weitgehend vermieden. Nur während geforderter Bewegungen sind Motor und Pumpe aktiv; im dazwischen liegenden Stillstand entsteht praktisch kein Energieverbrauch. Letzteres gilt natürlich auch für die Antriebe der vollelektrischen Maschinen. Der Trend zu elektrisch betriebenen Achsen setzt sich auch zunehmend bei Einrichtungen für Nebenbewegungen wie Dreheinheiten, Abschraubeinheiten und Kernzügen fort, ergänzt Wittmann Battenfeld.

Um hohe Leistungen und Beschleunigungen bei vollelektrischen Großmaschinen zu erreichen, werden häufig Doppelantriebe benötigt, wie Windsor anmerkt. Diese müssen jedoch exakt synchronisiert sein und spezifische regelungstechnische Auslegungen aufweisen. Nur bei optimalem Verbundkonzept aller relevanten Komponenten werden die hochdynamischen Prozesse effizient und mit hoher Reproduzierbarkeit sichergestellt.

Nicht nur die Antriebstechnik bietet Möglichkeiten, die Energieeffizienz zu verbessern. So verweist Krauss Maffei auf Ein-Stufen-Prozesse, mit denen die Effizienz der gesamten Prozesskette gesteigert wird. Daneben sind weitere Möglichkeiten Isoliermanschetten für die Plastifiziereinheit sowie angepasste Schneckensysteme, die die Schmelzetemperatur und damit den Energiebedarf für das Aufschmelzen und Abkühlen senken können. Auf die Isolierung der Plastifiziereinheit verweist auch Arburg neben weiteren Möglichkeiten, darunter flüssigkeitsgekühlte Maschinenelemente und EFF1-Motoren.

Wittmann Battenfeld geht von einer ganzheitlichen Betrachtung des Themas aus und sieht neben der Maschine auch Peripherie, Temperiergeräte und Werkzeugtechnik betroffen. Bei der Werkzeugtechnologie geht der Trend in Richtung konturnahe Kühlung bzw. Überwachung und Optimierung des Kühlwassereinsatzes. Die effiziente Nutzung der Energie liegt bei Ferromatik Milacron in der optimalen Abstimmung der jeweiligen Komponenten zueinander. Die freie Auswahl der zur Verfügung stehenden Leistung und des Antriebskonzepts an der jeweiligen Maschinenachse führt zu einer auf die Anforderungen optimal abgestimmten Maschine und damit zu geringstem Energieverbrauch. Bei hydraulischen Maschinen werden neben der Verwendung regelbarer Pumpenantriebe durch Optimierung Verluste in Leitungen minimiert und durch dezentrale Konzepte reduziert. Die Visualisierung des Energieverbrauchs in der Maschinenbedienung ermöglicht die gezielte Prozessoptimierung.

Zur Anwendung ihrer Maschinen verweist Wittmann Battenfeld auf den durch die Konsumgüterindustrie getriebenen Trend zu Hochglanzoberflächen. Dem wird durch den Einsatz neuer Verfahren entsprochen, wobei diese Verfahren eine wirtschaftlichere Herstellung der Teile ermöglichen. Ferromatik Milacron fokussiert stärker auf die Bereiche Verpackung und Konsumgüter, für die eine Optimierung der Maschinen auf die Bedürfnisse des Hochleistungs-Spritzgießens durch Dünnwandigkeit, Schnelllauf und daraus resultierende Maschinensteifigkeit und Dynamik erforderlich ist. Zusätzlich wurde eine saubere Maschinengestaltung für die Anwendung im Bereich der Lebensmittelverpackungen umgesetzt und damit auch die Nutzung für Reinraumproduktionen optimiert.

Maschinentechnik für Biomaterialien

Zur Verarbeitung von nachwachsenden Rohstoffen oder Naturfasern im Spritzgießprozess stellt Krauss Maffei fest, dass diese zum Teil eine angepasste Maschinentechnik erfordert. Sei es, um das Material schonender aufzubereiten, Ausgangsmaterialien mit höherer Feuchtigkeit zu verarbeiten oder um Gerüche bei der Verarbeitung und im Fertigteil zu vermeiden. Hier werden Standardmaschinen mit modifizierter Plastifizierung ebenso zu finden sein wie Maschinen, die Materialaufbereitung und Spritzgießen in einer Wärme erlauben, wozu als Beispiel Spritzgießcompounder zu nennen sind.

Windsor weist darauf hin, dass vollelektrische Spritzgießmaschinen noch nicht in allen Verarbeitungsfeldern eingesetzt werden, für die sie geeignet wären. Eine der Stärken der vollelektrischen Maschinen sei ihre große Bandbreite an Verarbeitungsparametern, die sie mit einem Basiskonzept abdecken könnten. So können sowohl Einspritzgeschwindigkeiten von unter 1 mm/s als auch Werte, die einer Akku-Maschine „alle Ehre machen würden“, wiederholgenau gefahren werden. Somit sind sie prädestiniert für Einsatzgebiete von dickwandigen Linsen bis zu großflächigen dünnwandigen Artikeln. Außerdem werden in Zukunft Zwei- oder Mehrkomponenten-Spritzgießmaschinen mit vollelektrischen Zusatzaggregaten zur Verfügung stehen, so dass die Vorteile der elektrischen Maschinen auch vermehrt für Mehrkomponententeile genutzt werden können.

Entwicklungstrends
Effizienz auf der gesamten Linie

Kombination ist das Stichwort sowohl für weiterführende Verfahren als auch für Energie schonende Gesamtantriebskonzepte. Die Kombination verschiedener Verfahren wie zum Beispiel das Spritzgießen mit dem Reaktionsgießen oder das Warmformen und gegebenenfalls Prägen mit dem Spritzgießen führt zu deutlicher Reduzierung der Fertigungsschritte und damit zu geringeren Fertigungskosten. Das Einbringen bestimmter Werkzeugtechniken senkt Zykluszeiten und damit Kosten ebenso wie der Parallellauf einzelner Funktionen. Auch das Spritzgießverfahren selbst wird durch Kombination verschieden angetriebener Funktionsbaugruppen flexibel und für die jeweils vorgesehene Anwendung optimierbar. Bei hydraulisch angetriebenen Funktionen dominiert zukünftig der servoelektrische Antrieb in Verbindung mit Konstantpumpen, da so auch hier einzusetzende Energie minimiert wird.

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Werner Hoffmanns