Aus der Vielzahl der Mitteilungen der Firmen wird hier nur auf neu angesprochene Aspekte der Entwicklungen eingegangen. Arburg berichtet zur Verfahrenstechnik, dass Leichtbau im Hinblick auf Effizienz-Steigerung zunehmend an Bedeutung gewinnt. Neben dem „Langfaser-Direktspritzgießen“ geht die gezielte Kombination verstärkter Kunststoffe mit Organoblechen zu hoch belastbaren Composite-Bauteilen noch einen Schritt weiter. Auch Krauss Maffei sieht den Trend zu Leichtbau ungebrochen und hebt hervor, dass verstärkt Leichtbauteile in der Großserienproduktion eingesetzt werden. „Dabei stehen Einstufenprozesse zur Herstellung langglasfaserverstärkter Strukturbauteile im Mittelpunkt, die das Festigkeitsniveau faserverstärkter Spritzgießteile weiter steigern. Das Thermoformen von Geweben aus Endlosfasern in einer thermoplastischen Matrix wird dabei mit dem Spritzgießen kombiniert. Diese Organobleche werden separat aufgeheizt, im Spritzgießwerkzeug umgeformt und dann mit kurz- oder langfaserverstärkten Thermoplasten hinterspritzt.

Durch diesen Prozess entstehen hybride Verbunde mit exzellenten Festigkeits-Eigenschaften. Durch den Einsatz thermoplastischer Tapes können lokale Verstärkungen wie Rippen, Bauteilsegmente mit Clips oder Anschraubdome erzeugt und so Wanddicken reduziert und Material eingespart werden. Die großen Vorteile dieser Verfahren liegen in der Integration von Montageschritten, die es ermöglichen, einbaufertige Spritzguss-Teile ohne Nacharbeitsbedarf zu erzeugen.“

Zum Leichtbau verweist Arburg auf „die Kombination von unterschiedlichen Werkstoffen mit dem Partikelschaum-Verbund-Spritzgießen zu multifunktionalen Bauteilen in einem Arbeitsschritt. Mit diesem Verfahren lassen sich in einem Schritt die positiven Eigenschaften von Partikelschäumen wie EPP oder EPS mit Thermoplasten wie ABS, PP oder TPE für funktionelle hoch belastbare Leichtbauteile vereinen.“

Ein weiteres Thema, das Krauss Maffei gegenwärtig stark beschäftigt, „ist die Direktverarbeitung im Spritzgieß-Compounder. Durch den einstufigen Prozess liefert dieser eine ausgezeichnete Schmelze-Homogenität, hohe Einspritzvolumina und beste Formteilqualität. Das Matrixpolymer wird zunächst aufgeschmolzen und mit Zuschlagstoffen vermischt. Erst anschließend werden der Polymerschmelze die Verstärkungsfasern zugeführt. Somit können Bauteile mit beliebigen Füll-, Verstärkungs- und Substitutions-Stoffen frei kombiniert werden. Zu den weiteren Vorteilen des Verfahrens gehören die geringe Faserschädigung, die schonende Schmelze-Aufbereitung und deutlich günstigere Material- und Energiekosten.“

Als neuer Trend wird nach Wittmann das Umspritzen beziehungsweise Verschweißen von zwei Kunststoffbauteilen zu einem Teil dargestellt, wobei ein Hohlraum zum Beispiel für Elektroniken wie RFID in einem Arbeitsschritt nach dem 2K-Verfahren entsteht. Vorteil dieses Verfahrens ist die Realisierung von Permeabilitäts- und Feuchtigkeitsschutz für die Elektronik in einem Arbeitsschritt sowie das Vermeiden der Beschädigung der Elektronik, wie es beim vollflächigen Umspritzen geschehen kann. Auch kann Sensorik so direkt in das Bauteil integriert werden, mit der „zum Beispiel die Verformung des Kunststoffbauteils“ gemessen werden soll.

Die schon in den vergangenen Jahren und auch jetzt wieder angesprochene Modularität der Maschinen und Anlagen (Arburg, Dr. Boy, Ferromatik Milacron) wurde von Krauss Maffei hervorgehoben als das „maschinentechnisch große Thema Modulbauweise, um das es in erster Linie geht. Maschinenmodule aus Schließ-Einheit, Spritz-Aggregat und Antrieb-Einheiten flexibel miteinander kombinieren zu können, ist elementar für die optimale Auslegung von Spritzgießmaschinen, und zwar sowohl für die Wahl der richtigen Maschine zur Verarbeitung spezieller Kunststoffmaterialien als auch, wenn es um flexibel einzusetzende Maschinen geht.“ Krauss Maffei führt weiter aus, dass „die Steuerungstechnik wesentliche Fortschritte macht sowohl in Bezug auf die Programmierung als auch hinsichtlich der Bedienung.“ Darüber hinaus ist schon die Selbst-Optimierung der Steuerung möglich. „Funktionen zu einer geführten Optimierung der Betriebs-Parameter durch die Maschinensteuerung werden zunehmen.“

Wittmann berichtet von einem „Trend hin zu größeren Maschinen, einerseits aufgrund der Erhöhung der Kavitätenzahlen und des damit verbundenen höheren Ausstoßes und andererseits aufgrund der Möglichkeiten, in Kombination mit moderner Verfahrens- und Werkzeugtechnik größere Teile als Einheit zu spritzen.“
Für die Elastomerverarbeitung berichtet Maplan, dass die Hauptzielrichtung der Entwicklung die „Reduktion der Life Cycle Costs über die gesamte Lebensdauer der Produktionsmaschine ist.“ Zur Antriebstechnik stellt Maplan fest, dass „in der Elastomerverarbeitung der Trend klar in Richtung servo-hydraulische Antriebs-Systeme geht. Diese Antriebsform eignet sich durch ein ausgewogenes Verhältnis zwischen Energie-Effizienz, Energiedichte und Anschaffungskosten besonders für den Einsatz in Elastomer-Spritzgießmaschinen.“

Arburg berichtet, dass „servo-elek-trische Antriebe zunehmend auch für Peripherie- und Werkzeugfunktionen eingesetzt werden. Ihre hohe Positionier-Genauigkeit und Schnelligkeit einerseits und ihre hohe Bedien- und Rüstfreundlichkeit andererseits tragen dazu bei, die Produktions-Effizienz zu erhöhen.“

Die Flexibilität der Spritzgießverarbeitung und die Vielfältigkeit der mit diesem Verfahren verarbeitbaren Werkstoffe haben in der Vergangenheit immer wieder neue Anwendungen hervorgebracht. Christmann ergänzt diese Liste mit dem Hinweis auf die „Miniaturisierung technisch anspruchsvollster Formteile und Baugruppen in großen Jahres-Produktionsmengen für Elektro-, Medizin- und Feinwerktechnik.“ In diesem Bereich sieht auch Krauss Maffei sich öffnende neue Märkte für Kunststoffprodukte, die sich durch die Kombination verschiedener Verfahren und durch neue Kunststoffmaterialien ergeben und dass diese „in der Folge zu Anwendungen vorstoßen, die bis dato anderen Materialien vorbehalten waren. Insbesondere carbonfaserverstärkte Bauteile eignen sich zur Substitution von Metallbauteilen in Anwendungen, die hohe Festigkeit, Stabilität und Designfreiheit erfordern.“

Großes Potenzial sieht Krauss Maffei „darüber hinaus in der Medizintechnik und für Reinraum-, Mehrkomponenten- und Pulver-Spritzgieß-Anwendungen. Die Bandbreite reicht von großen Losgrößen bis zu sehr kleinen Stückzahlen, von großflächigen Teilen bis zu Mikro- und Nanoteilchen und bezüglich der Materialien von Standardkunststoffen und deren Blends bis hin zu sehr teuren Spezialwerkstoffen. Außerdem spielen Sterilisierbarkeit, Biokompatibilität und spezielle Barriere-Eigenschaften eine große Rolle. Neben den bereits vielfach gebräuchlichen medizinischen Einweg-Artikeln werden spritzgegossene Produkte, die im menschlichen Körper eingesetzt werden, zukünftig wichtig. Dazu zählen Implantate ebenso wie Komponenten für die minimalinvasive Chirurgie. Zur Implantat-Herstellung kommt häufig auch das Pulverspritzgießen zum Einsatz. Ein weiteres viel versprechendes Anwendungsfeld ist die Mi-krofluidik.“

Über das bisher zur Energie-Effizienz der Maschinen hinaus Gesagte merkt Maplan an, dass „dieser im Produktionsbereich laufend mehr Bedeutung beigemessen wird. Verstärkt wird dieser Effekt durch internationale sowie nationale Vorgaben und Gesetze bis hin zu ISO-Normen für Energiemanagement-Systeme (ISO 50001). Bedingt dadurch gilt es, das volle Potenzial an Einsparmöglichkeiten auszuschöpfen.“ Diesen Standpunkt vertritt auch Christmann und ergänzt, dass „sinnvoller Einsatz und Nutzen von Ressourcen wie Strom, Wasser und Luft in der Projektierung beginnt. Wissen und Technik stehen zur Verfügung, werden jedoch nicht konsequent umgesetzt. Kaufentscheidungen werden noch immer auf Basis von Investitions- und nicht von Produktionskosten getroffen!“

Die Reinraum-Eignung von Spritzgießmaschinen „spielt vor allem in der Medizintechnik eine herausragende Rolle“, merkt Krauss Maffei an. Da diese Eignung laut Ferromatik Milacron „längst nicht mehr nur in der Medizintechnik gefordert wird“, ist sie ein wichtiges Thema geworden, das aber pauschal nicht zu beantworten ist, wie Christmann darstellt. Danach „gilt es, für jedes Produkt, jedes Formteil und jede Anwendung eine optimale Lösung im Sinne von Aufwand und Nutzen“ zu finden. „Dazu muss „Reinraum“ jeweils individuell spezifiziert werden.“ Zur Anpassung an die unterschiedlichen Anforderungen stehen daher Optionspakete zur Verfügung, wie Ferromatik Milacron erklärt, die ergänzt werden durch eine umfassende GMP-Dokumentation.

Konkreter geht Dr. Boy auf das Thema ein. Danach „stellen Spritzgießmaschinen generell keine großen Probleme dar, die Reinraumklassen 8 und 7 zu erfüllen. Steigen die Anforderungen aber, so wird das Reinraumvolumen ein großer Kostenfaktor. Gerade, wenn ganz besonders hohe Anforderungen gestellt werden, ist es deshalb sinnvoll, wirklich nur die dringend nötigen Bereiche als Reinraum auszulegen.“ Besonders gut eignen sich hierzu Zwei-Platten-Schließsysteme, weil „hier der Werkzeugraum mit geringsten Mitteln zur Reinraumzelle ausgerüstet werden kann, da hinter der fahrenden Aufspannplatte keine weiteren Antriebe für die Werkzeug-Fahrbewegung vorhanden sind. Schmierstellen gibt es nicht; auch die präzise Führung der fahrenden Platte kann schmiermittelfrei betrieben werden. Da die Schließeinheit vollständig über das Maschinengestell herausragt, ist eine direkte Weiterleitung der Teile möglich, ohne diese einer Kontaminationsgefahr auszusetzen. Auch die Integration in Fertigungszellen lässt sich leicht realisieren, da ausschließlich die Schließeinheit in eine reine Fertigungszelle integriert werden muss.“

Auch Wittmann hebt die besondere Bedeutung des Maschinendesigns zur Erfüllung der Reinraum-Anforderungen hervor. Dieses muss so gestaltet sein, „dass eine einfache Integration der Maschine in Reinräume möglich ist. Das heißt, eine weitgehend Öl oder Schmierstoff freie Maschinen-Ausführung mit glatten Oberflächen und der Möglichkeit eines einfachen Einbaus von Reinraum-Modulen“ muss gegeben sein.

Arburg geht auf einige Ausführungs-Details ein, die das Aufrecht-Erhalten der Reinraum-Anforderungen beim Betreiben der Anlagen sicherstellen. Dafür „sind regelmäßiges Reinigen und Desinfizieren des Reinraums sowie aller Fertigungs-Einrichtungen unabdingbare Voraussetzungen. Deshalb sind Lösungen gefragt, die sich leicht reinigen lassen und das Arbeiten entsprechend effizient machen. Dazu gehören Ausstattungs-Features für Spritzgießmaschinen wie gekapselte Schließ-Einheiten in Edelstahl-Ausführung, vernickelte Aufspannplatten mit abgedeckten Bohrungen, verbrauchernahe Medien-Anschlüsse an der festen und beweglichen Aufspannplatte und FDA/NSF H1 konforme Schmierstoffe.“

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Werner Hoffmanns