Wer will, der kann die Evolution von Sportbekleidung und Ausrüstung in drei Stufen beschreiben: Am Anfang stand „gut sein“. Erkenntnisse der Werkstoffkunde brachten Materialien hervor, die leichter und gleichzeitig belastbarer waren und hierdurch Weltrekorden eine für manchen Athleten frustrierend kurze Halbwertszeiten bescherten. Lag der Spitzenwert im Stab-Hochsprung 1912 noch bei 4,02 m, so liegt er jetzt, 100 Jahre später, bei 6,14 m. Dann gesellte sich „gut aussehen“ zum Anforderungs-Profil hinzu. Sportbekleidung wurde optisch stark auf Dynamik getrimmt, so dass ein Freizeit-Jogger schon beim Schuhe binden schnell aussah. Ebenfalls ging der Fokus auf technische Spielereien, beispielsweise Trikots mit integrierten Schaltkreisen zur Aufzeichnung physiologischer Parameter oder Jacken mit eingebautem MP3-Player. Die dritte, aktuelle Stufe lautet „gutes Karma“. Hierzu gehört nicht nur die Abwendung von Produkten aus Ländern mit fragwürdiger Arbeitsethik, sondern vor allem auch die Nachhaltigkeit der erstandenen Artikel.

Ökologisch – ohne Abstriche

Diesen Trend haben die Entwickler von Polymer-Materialien erkannt, und so gibt es hierzu mittlerweile eine umfassende Auswahl von biobasierenden Werkstoffen. Der Umweltgedanke allein ist es aber nicht, der grünen Kunststoffen den Weg ebnet, weiß Andreas Mägerlein, Technischer Segment-Manager des Bereichs Engineering Plastics Europe der BASF: „Unser Unternehmen hat Materialien, die auf nachwachsenden Rohstoffen basieren, bereits seit langem im Angebot und entwickelt sie weiter, allerdings nicht aus Image-Gründen, sondern weil die daraus hergestellten Werkstoffe technische Vorteile bieten. Der durch die Rohstoffkosten verursachte höhere Preis biobasierter Kunststoffe lässt sich in den seltensten Fällen an den Kunden weitergeben, es sei denn der Einsatz des Kunststoffs bietet dem Anwender auch technische oder wirtschaftliche Vorteile.“ Beispiel hierfür ist Ultramid Balance: Nicht nur bestehen mehr als 60 Prozent des Materials aus nachwachsenden Rohstoffen, gleichzeitig verfügt es im Vergleich zu gewöhnlichem Polyamid über eine geringere Wasseraufnahme sowie eine bessere Hydrolyse- und Spannungsriss-Beständigkeit, gerade beim Kontakt mit Streusalz.
Gerade in der Schuhproduktion ist die Symbiose von Hightech und Umweltverträglichkeit besonderer Schwerpunkt. Denn wer es sich leisten kann, der besitzt verschiedene, spezialisierte Modelle für jeden Anlass. Gibt das eine Paar den nötigen Grip beim Sprint über die Aschebahn, so ist das andere Paar adäquat für die tägliche Gratwanderung durch die Bürogänge. Dies führt zu einer jährlichen Produktion von 20 Milliarden Schuhpaaren, bei der allein die Herstellung der Sohlen 650.000 t Polyurethan-Material im Jahr verbraucht. Der Werkstoff eignet sich durch seine hohe Abriebbeständigkeit sowie das geringe Gewicht ganz besonders für diesen Anwendungsbereich.
Damit die Umwelt dabei möglichst wenig Schaden nimmt, hat Bayer Material Science das so genannte Green-shoe-Konzept entwickelt, einen ganzheitlichen Ansatz rund um das Thema Fußbekleidung. Angefangen mit umweltverträglichen Werkstoffen, über deren schadstoffarme Verarbeitung bis hin zur effizienten Entsorgung. Eine besondere Bedeutung kommt dabei laut Unternehmen den nachwachsenden Rohstoffen zu. Bereits seit einigen Jahren dient Zucker als Basis für Polyetherpolyole, wobei hierdurch bisher ein erneuerbarer Anteil von 30 Prozent erreicht werden konnte. Neue Entwicklungen von Bayer steigern diesen Anteil nun auf Werte zwischen 40 und 70 Prozent, ohne dass Kunden dabei Abstriche bei den Produktanforderungen in Kauf nehmen müssten. Und die Suche nach natürlichen Alternativen geht weiter. So gibt es derzeit Anstrengungen, auch Abfälle der Holz- und Getreideernte nutzbar zu machen.

Grenzen des Möglichen

An dieser Stelle ist vielleicht noch einmal der Hinweis wichtig, dass Kunststoffe dieses Bereichs, bei allem Streben nach Ökologie, auch weiterhin keine biologisch abbaubaren Werkstoffe sind, wie es beispielsweise im Verpackungsbereich der Fall ist. Hier stoßen grüne Ambitionen und Einsatztauglichkeit auf unvereinbare Gegensätze, erklärt Stephan Schnell, Bereichsleiter Vertrieb bei Akro-Plastic: „Bei der Verwendung von technischen Kunststoffen ist diese Eigenschaft absolut unerwünscht, da hier bei einer hohen Lebensdauer des Endproduktes eine ebenso hohe Beständigkeit der Materialien gefordert ist, die ein abbaubarer Kunststoff nicht erfüllen kann.“
Nachhaltigkeit ist hier also nur über die Ausgangsstoffe zu erreichen. Akro-Plastics Hoffnungsträger hat einen für dieses Vorhaben vielversprechend klingenden Namen: Den Wunderbaum. Aus seinem Samen gewonnenes Rizinusöl bildet die Basis für Sebacinsäure, die Grundlage des unternehmenseigenen Polymers Akromid S. Der biogene C-Anteil des Kunststoffs, der sich aufgrund seiner hohen Kälteschlagzähigkeit beispielsweise für Wintersportzubehör eignet, beträgt durch den Einsatz des Wolfmilchgewächses 70 Prozent.

Ressourcen-Schonung auch auf Maschinenseite

Nach Trends innerhalb ihres Bereichs gefragt, ist die Antwort von Seite der Maschinenhersteller einstimmig: Wie auch in anderen Disziplinen sind ein erhöhter Automatisierungsgrad und hierdurch erzielte Effizienz-Steigerungen das Ziel aller Entwicklungen. Nicolas Beyl, Leiter Technologie bei KraussMaffei, erklärt: „Im Bereich der Spritzgießmaschinen liegt der Automatisierungs-Anteil in unserem Hause heute bereits bei über 45 Prozent, Tendenz steigend.“ Für Helmut Heinson, Geschäftsführer Vertrieb bei Arburg, liegen die Vorteile hierfür klar auf der Hand: „Automatisierte Lösungen kennzeichnet, dass sie speziell auf bestimmte Anwendungen zugeschnitten und damit so individuell sind wie die eingesetzten Maschinen selbst. Dies führt zu einem hoch wirtschaftlichen Herstellungs-Prozess, etwa über Zykluszeit-Verkürzungen.“
Bei der Auswahl von Spritzgießmaschinen für den Sport- und Freizeitbereich gibt es zwar generell keine Konzeptionsunterschiede zu denen anderer Felder, doch liegt der Schwerpunkt klar auf Erfüllung erhöhter Ansprüche in technischer und mechanischer Hinsicht. Generell kommen hier Maschinen kleiner und mittelgroßer Baureihen zum Einsatz, mit Schließkräften zwischen 28 und 400 Tonnen. Franz Füreder, Leiter der Business Unit Technical Moulding bei Engel, ergänzt: „Innerhalb dieses Schließkraftbereichs geht der Trend allerdings zu größeren Maschinen, da die Kavitätenzahl der Werkzeuge steigt.“ Um dem entgegenzuwirken hat sein Unternehmen die Maschinenbaureihe Victory im Portfolio. Die holmlose Konstruktion ermöglicht das Hinausragen des Werkzeugs über die Grenzen der Aufspannplatten. Als Resultat können Produzenten in vielen Fällen kleinere Maschinen verwenden, als dies bei herkömmlichen Anwendungen der Fall ist und hierdurch Platz, Energie sowie Kosten sparen.

Neue Rohstoffe, neue Herausforderungen

Doch auch die Materialien selbst stellen Herausforderungen dar: Naturfaser-verstärkte Kunststoffe sind empfindlich gegen thermische Einwirkungen, Temperaturen über 200 °C sollten Verarbeiter generell nicht überschreiten. Dies stellt die Maschinenhersteller vor die Aufgabe, neue Konzepte zu auszuarbeiten: KraussMaffei beispielsweise entwickelte den Injection Moulding Compounder. Das System verbindet das Aufbereiten und Verarbeiten des Kunststoffs in einer Maschine. Dieser einstufige Prozess verringert die thermische Belastung, was sich in verbesserten Bauteileigenschaften manifestiert und die benötigte Kühlzeit der Bauteile verringert.
Und auch eine weitere, für die heimische Industrie sehr erfreulichen Entwicklung in Richtung Nachhaltigkeit erkennt Füreder: „Vor allem im Bereich Spielwaren steigt das Bewusstsein der Konsumenten für eine hohe, unbedenkliche Produktqualität. Immer mehr Eltern sind bereit, für höhere Produktsicherheit auch mehr zu bezahlen. Diese Entwicklung führt dazu, dass einige Spielwarenproduzenten ihre Fertigung aus Asien zurück nach Europa und Amerika holen.“

 

 

NACHGEHAKT

 

„Nachwachsendende Rohstoffe können unerwünschte Nebeneffekte hervorrufen“

Plastverarbeiter: Beruht die Entwicklung neuer Werkstoffe dieses Bereichs auf Eigeninitiative, oder gibt es hierfür gewöhnlich konkrete Anforderungen der Verarbeitenden Industrie?
Niessner:
Die Entwicklung neuer Werkstoffe beruht in der Regel auf Nachfragen aus dem Markt. Neue Trends und Marktbedürfnisse werden durch unsere Marketing- und Sales-Einheiten aufgenommen und bewertet („Business Case“). Sofern das Potenzial für unser Unternehmen interessant ist, werden gemeinsam mit F&E mögliche Lösungsansätze besprochen und Produktentwicklungs-Strategien entwickelt. Dabei werden der Aufwand zur Umsetzung des Projekts (Zeit, Kosten, Risiko) in Relation zum erwartenden Ergebnis gestellt (z.B. das zusätzliche Ergebnis nach erfolgreicher Beendigung des Projektes) und ein Projekt-Barwert ermittelt. Alle Projekte dieser Art bilden unser F&E Portfolio, das ständig weiter entwickelt wird. Beispiele für solche Entwicklungen sind unsere High Heat ABS Grades in den USA und in Europa, sowie neue Extrusionstypen für die Kühlschrankindustrie, oder auch die Entwicklung von Marken für den stark wachsenden Markt der Shrink Sleeves.

Plastverarbeiter: Wie sieht hier die Zusammenarbeit zwischen Ihrem und anderen Unternehmen aus?
Niessner: Bereits in der Frühphase unserer Entwicklungsprojekte versuchen wir, so weit wie möglich Kunden-Feedback einzuholen. Oftmals durchlaufen wir diese Phase nicht nur einmal, sondern mehrfach, denn wir möchten sicherstellen, dass ein Produkt nicht an den Bedürfnissen des Marktes vorbei entwickelt wird. Dabei kommt es oft vor, dass wir nicht nur unsere direkten Kunden (d.h. unseren primären Markt) einbeziehen, sondern die gesamte Wertschöpfungskette betrachten und dabei auch Schlüssenkunden in anderen Marktstufen mit einbeziehen.

Plastverarbeiter: Thema Nachhaltigkeit: Immer öfter hört man von Kunst- oder Verbundstoffen, die auf nachwachsenden Rohstoffen basieren. Gibt es auch in Ihrem Unternehmen entsprechende Entwicklungen?
Niessner:
Wir beschäftigen uns intensiv mit den verschiedenen Ansätzen, Nachhaltigkeit zu generieren. Die Verwendung nachwachsender Rohstoffe ist dabei ein möglicher Ansatz, der rasch umgesetzt werden kann, jedoch nicht immer allen Ansprüchen gerecht wird. Denn nachwachsende Rohstoffe können die Performance von Werkstoffen beeinflussen, und auch bei der Verarbeitung teilweise unerwünschte Nebenreaktionen wie Vergilbung hervorrufen. Andere mögliche Ansätze sind die Verwendung von Bio-Feedstock in bestehenden Upstream-Einheiten, als auch die Verwendung regenerativer Energie bei der Herstellung von Kunststoffen. Auch die Einsparung von Verarbeitungsschritten wie
die Lackierung durch Verwendung vor-eingefärbter, langzeitbeständiger Kunststoffe ist aus unserer Sicht ein Beitrag zur Nachhaltigkeit. Momentan unterziehen wir diese und alle übrigen,
bekannten Ansätze einer vergleichenden Bewertung, um die besten und nachhaltigsten Lösungen für unsere Kunden herauszuarbeiten.

 

„Wichtig ist eine kurze Time-to-market“

Plastverarbeiter:  Inwiefern unterscheidet sich das Anforderungsprofil einer Maschine für den Sport- oder Freizeitbereich beispielsweise von dem einer Maschine für den Automotive-Bereich?
Füreder:
Entscheidend beim Kauf von Sport- und Freizeitartikeln sind vor allem zwei Aspekte: Die Funktionalität und das Design des Produkts. In dieser Hinsicht eröffnet das Spritzgießen von allen Verfahren der Kunststoffverarbeitung den Produktentwicklern und Designern die größten Freiheitsgrade, wobei in der Fertigungstechnik der Trend zu einem immer höhere Grad der Prozessintegration geht. Mehrkomponentenanwendungen sind heute bereits Standard. Es werden sowohl unterschiedliche Farben als auch unterschiedliche Materialien kombiniert und nicht selten zusätzlich Einlegeteile aus Metall umspritzt. Produkte wie Taucherbrillen, Skistiefel, Sturzhelme oder Knieschützer haben gemeinsam, dass sie eine enorme Festigkeit mit einem hohen Tragekomfort vereinen müssen. So werden vielfach Thermoplaste mit elastomeren Materialien kombiniert. Durch die immer strenger werden Vorschriften in Bezug auf die Sicherheit im Sport legt der Markt für Helme und Protektoren derzeit deutlich zu.
Hofmair: Zwar ist der Kostendruck bei der Herstellung von Sportartikeln und Spielwaren noch nicht ganz so hoch wie beispielsweise in den Branchen Automobil oder Telekomunikations-Elektronik, dennoch gilt es, die Effizienz und Produktivität der Fertigung immer weiter zu steigern. Angesichts des hohen Anteils an Mehrkomponentenanwendungen werden vor allem Victory Maschinen in diesem Marktsegment eingesetzt, die hierfür entscheidende Vorteile bieten.

Plastverarbeiter:  Wie sieht dabei die Zusammenarbeit zwischen Ihnen und dem Auftraggeber aus?
Hofmair:
Da viele Sportartikel direkt mit der Haut des Menschen in Berührung kommen, werden an die  Oberflächen  der  Produkte  besonders  hohe  Anforderungen  gestellt.  So  darf beispielsweise eine Ski-Brille, die an den Schläfen anliegt, weder zu glatt noch zu rau sein, damit sie auch bei hoher Belastung nicht rutscht und trotzdem angenehm zu tragen ist. Für die Maschinentechnik bedeutet dies, dass zum einen eine sehr hohe Prozessstabilität und Reproduzierbarkeit gefordert werden, zum anderen sich die Parameterstudien vor dem Serienstart aber deutlich aufwändiger gestalten können als bei vielen anderen Produkten. Hier arbeiten wir mit unseren Kunden intensiv zusammen – sowohl in unserem Technikum als auch wenn es um empirische Studien geht.
Füreder: Aufgrund unserer langjährigen und breitgefächerten Erfahrung in der Business Unit Technical Moulding können wir unsere Kunden sehr gut beraten und unterstützen. Wichtig ist es hier, die Zeit bis zur Marktreife möglichst kurz zu halten, da die Produktlebenszyklen in dieser Branche sehr kurz sind. Sicherlich ist dies auch ein Grund, weshalb uns immer mehr Kunden bereits in einer frühen Phase der Produktentwicklung miteinbeziehen. Denn so lässt sich nicht nur die Time-to-market von Produkten verkürzen, sondern auch das Effizienzpotenzial des Fertigungsprozesses optimal ausschöpfen.

Plastverarbeiter:  Um Stückkosten zu senken und somit die Produktion im eigenen Land halten zu können,  ist  ein  hoher  Grad  an  Automation  für  viele  Hersteller  der  Branche unabdingbar. Welche Entwicklungen gibt es Ihrerseits auf diesem Gebiet?
Füreder: 
Der  Automtisierungsgrad  in  der  Herstellung  von  Spielwaren,  Sport-  und Freizeitartikeln ist bereits sehr hoch und steigt weiter an.  Wir liefern in diese Branchen immer  mehr  komplette  Systemlösungen,  das  heißt  Spritzgießmaschine  inklusive Prozesstechnologie und Automation. Dabei bieten wir sowohl Linearroboter als auch Mehrachsindustrieroboter an. Unsere aktuelle Lineargeräte-Generation Viper wurde erst zur Fakuma im Oktober erweitert. Inzwischen sind sechs Baugrößen mit einem nominalen Traglastvermögen von 6 bis 90 kg erhältlich. Die Roboter punkten mit einem hohen Traglastvermögen, einer hohen Positioniergenauigkeit und viel Dynamik. Mit Software-Lösungen wie
Vibration-control oder Mass-identification reduzieren die Roboter ihre Eigenschwingungen auch bei langen Achsmaßen und optimieren ihre Bewegungen und Dynamikwerte. Das bedeutet: kürzeste Zykluszeiten und maximale Produktivität bei geringem Energieverbrauch.
Hofmair: Auf der Fakuma präsentierten wir auch Easix, unsere Lösung zur vollständigen Integration von Mehrachs-Industrierobotern in die Steuerung der Spritzgießmaschinen, die wir gemeinsam mit einem Systempartner realisieren. Durch  die  vollständige  Integration  ohne  Euromap  67-Schnittstelle  lässt  sich  der Industrieroboter mit den gewohnten einfachen Befehlen der Spritzgießmaschine bedienen. Damit unterscheidet sich unsere Lösung von der vieler anderer Anbieter, die zur Integration von Mehrachs-Industrierobotern lediglich die Bedienoberfläche des Roboters auf den Monitor der Spritzgießmaschine spiegeln, es dem Anwender aber nicht ersparen, sich in zwei unterschiedliche Bedienphilosophien einzuarbeiten. Hier heißt es dagegen: Wer die Spritzgießmaschine bedienen kann, kann auch den Roboter bedienen.

Plastverarbeiter:  Gerade im Sportbereich setzen Unternehmen verstärkt auf Nachhaltigkeit bei den verwendeten Materialien. Hat dies auch direkte Auswirkungen auf die Maschinen-Hersteller?
Hofmair:
Viele Markenartikel-Hersteller intensivieren ihre Maßnahmen zum Schutz der Umwelt und nutzen das Thema Nachhaltigkeit für Ihre Marketingkampagnen. Dieser Trend wird sicher weiter anhalten. Wenn auch aus einem anderen Blickwinkel, so gewinnt das Thema Nachhaltigkeit aber auch bei den Kunststoffverarbeiternimmer weiter an Bedeutung. Hier geht es vor allem um die Energieeffizienz in der Spritzgießfertigung. Über alle Baureihen betrachtet, ist mittlerweile bereits jede zweite hydraulische Spritzgießmaschine aus unseren Werken mit der energiesparenden Servohydraulik Ecodrive ausgerüstet. Sie reduziert – je nach Maschinentyp und Anwendung – den Energieverbrauch unserer hydraulischer Spritzgießmaschinen um bis  zu  70 Prozent  im Vergleich  zu  baugleichen Maschinen ohne Energiespar-Option. Damit erreichen wir Energieverbrauchswerte, die sich mit denen vollelektrischer Maschinen messen lassen.

Autor

Über den Autor

Philip Bittermann