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Die Anordnung der Spritzaggregate ist entscheidend unter anderen für die Flächenproduktivität und die Maschinen-Zugänglichkeit im MK-Spritzguss. Das Bild zeigt eine Y-Stellung. (Bild: Wittmann Battenfeld)

Die Vorteile des Mehrkomponenten-Spritzgießens liegen auf der Hand. Wo früher mehrere Produktionsschritte nötig waren, um verschiedene Komponenten – zum Teil in wenig produktiver Handarbeit – zu verbinden, reicht jetzt ein einziger automatisierter Prozess. Außerdem hat das MK-Spritzgießen die Teile-Variabilität deutlich erhöht. Nicht zuletzt dank flexibler Werkzeugtechnik können die Kunststoff-Komponenten in fast allen gewünschten Positionen ineinander verschachtelt oder geschichtet werden, und auch in puncto Farb-Kompositionen lassen sich die meisten Designer-Wünsche erfüllen. Dies kommt den steigenden Ansprüchen der Abnehmerbranchen an die Variantenvielfalt von Bauteilen entgegen, die gleichzeitig möglichst kostengünstig produziert werden sollen. Der wirtschaftliche und technologische Schub, den die Einführung des MK-Spritzgießens der kunststoffverarbeitenden Industrie gegeben hat, ist daher auch heute noch zu spüren.

„Derzeit profitiert das Mehrkomponenten-Spritzgießen von der starken Dynamik im Bereich Elektromobilität“, erklärt dazu Gerhard Böhm, Geschäftsführer Vertrieb bei Arburg in Loßburg. Insbesondere in Hinblick auf elektrische Verbindungsfähigkeit (Electroconnectivity) seien neue Lösungen gefragt. „Hier geht ein Trend hin zu 2K-Bauteilen für die Elektrifizierung von Fahrzeugen, die unter besonders robusten Bedingungen über lange Zeiträume hinweg einsatzbereit bleiben müssen“, präzisiert Böhm. Als Beispiel nennt er leichte, kleine und intelligente Steckverbinder, über die Daten aus den unterschiedlichsten Quellen sehr schnell zusammengefasst, geleitet und verarbeitet werden können – und hat dabei gleich einen weiteren Zukunfstrend im Blick: „Neben der E-Mobilität wird Electroconnectivity auch im Bereich autonomes Fahren eine Rolle spielen.“

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Geöffnetes Werkzeug einer 2K-Spritzgießmaschine. (Bildquelle: Engel)

Eine steigende Nachfrage nach Teilen und Komponenten aus mehreren Materialien beziehungsweise Farben sieht das Loßburger Unternehmen zudem in den Bereichen Mikromechanik und Mikrofluidik. In der Mikromechanik stehen mechanische Bauelemente mit Abmessungen zwischen wenigen bis mehreren Hundert Mikrometern im Vordergrund. Ein Schwerpunkt ist hier der Einsatz von Faser-Verbund-Werkstoffen. Die Mikrofluidik befasst sich mit dem Verhalten von Flüssigkeiten und Gasen auf kleinstem Raum. Somit eröffnen sich der 2K-Verarbeitung „neben der Biotechnologie und Medizintechnik auch Einsatzbereiche beispielsweise in der Prozess- und Sensortechnik“, wie Gerhard Böhm ausführt. Umsatzmäßig bewege sich das Loßburger Unternehmen bei den Mehrkomponenten-Maschinen bereits auf hohem Niveau, wobei die Dynamik in den genannten Bereichen einen weiteren Anstieg erwarten lasse.

Umsatz verdreifacht

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Vorspritzling und Fertigteil in der Kavität. (Bildquelle: Arburg)

Arburg-Konkurrent Engel hat über die letzten zehn Jahre den Umsatz mit Mehrkomponenten-Spritzgießmaschinen verdreifacht und erwartet weiteres Wachstum. „Das laufende Geschäftsjahr wird voraussichtlich ein Rekordjahr für MK-Maschinen“, sagt Peter Pokorny, zuständig für globale Anwendungstechnik bei Engel Austria, Schwertberg, Österreich. Die Mehrkomponententechnik finde in allen Branchen Einsatz − im Automobilbereich zum Beispiel zur Herstellung von Beleuchtungselementen oder Verscheibungen, im Bereich Teletronics für mehrfarbige Fernseherrahmen oder mit LSR überzogene Steckverbinder, in der Verpackungsindustrie zum Beispiel für Barrierecontainer. Das Anwendungsgebiet Medizintechnik bezeichnet Pokorny deshalb als besonders spannend, weil sich diese Branche lange Zeit nur zögerlich mit Mehrkomponentenprozessen befasste. Inzwischen nutzten aber immer mehr Verarbeiter in dieser Branche das Potenzial, das die Prozessintegration gerade im Reinraum eröffne. Ein integrierter Prozess reduziert hier deutlich das Kontaminationsrisiko, weil keine Zwischenprodukte gelagert und zum nächsten Produktionschritt transportiert werden müssen. Als neuere Beispiele im Segment Medizintechnik nennt der Engel-Experte Inhalatoren und Insulin-Pens, bei denen im 2K-Spritzguss eine Hartkomponente mit einer transparenten Komponente für Sichtfenster kombiniert wird. Solche Konzepte werden mit Indexplatten-Werkzeugen realisiert, die kürzeste Kühl- und damit auch Zykluszeiten sicherstellen. Bei diesem Werkzeugkonzept übernimmt eine drehbare, linear bewegliche Indexplatte die Umpositionierung des Vorspritzlings von einer Werkzeughälfte zur anderen. Eine Entnahme der Teile ist laut Pokorny bei einigen Konzepten bei geschlossener Form möglich, was noch einmal wertvolle Sekunden einspart.

7K-Anwendungen möglich

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Spritzgießmaschine mit vertikal aufgesetztem zweitem Spritzaggregat. (Bildquelle: Dr. Boy)

Beim Maschinenbau-Unternehmen Dr. Boy in Neustadt-Fernthal hat sich die Anzahl der Mehrkomponenten-Spritzgießmaschinen in den letzten drei Jahren mehr als verdoppelt. „Mehrkomponententeile sind üblicherweise mit einer ausgesprochen hohen Marge versehen, und wer das Geschäft beherrscht, arbeitet profitabel“, heißt es in Neustadt-Fernthal. Als gutes Geschäftsmodell erweisen sich die mobilen Beistell-Spritzaggregate, die Dr. Boy in mehreren Größen anbietet. Mit dieser mobilen zweiten Plastifiziereinheit lassen sich Standardmaschinen für den 2K-Spritzguss oder zum Beispiel auch 4K-Maschinen für den 6K-Maschinen aufrüsten. Für eine Spezialanwendung wurde mithilfe eines Beistellaggregates auch schon eine 7K-Maschine aufgebaut. Manche Kunden, die anfangs ein solches Aggregat zum „Testen und Lernen“ bezogen haben, so stellt das Unternehmen fest, bestellen heute zum Teil zwei bis drei Maschinen jährlich − mit zunehmender Wachstumsrate.

Als besonders interessantes Anwendungsfeld für den MK-Spritzguss nennt Dr. Boy die Kombination von thermoplastischen und vulkanisierenden Komponenten. Durch Hinzufügen von Einlegeteilen lassen sich hoch integrierte Bauteile in einem Schritt fertigen. Beispielsweise könnten so kontaktierte Elektronikgehäuse mit einer Dichtung in einem Zyklus hergestellt werden. Ein modularer Werkzeugaufbau und ein in die Maschinensteuerung integriertes Umsetzsystem ermöglichen es dem Anwender, mit wenig Aufwand an Werkzeug und Greifer, verschiedene Teile auf einer Anlage zu fertigen. Für derartige 2-Komponenten-Anwendungen bieten sich gemäß Dr. Boy Vertikalmaschinen an, weil bei diesem Maschinenkonzept alle Werkzeugbereiche gut zugänglich sind.

Auch bei Wittmann Battenfeld, Kottingbrunn, Österreich, liegt der mit Mehrkomponenten-Technik erzielte Umsatzanteil „auf gutem Niveau und steigt stetig“. Dies gelte insbesondere im Großmaschinenbereich, wo jetzt auch MK-Anwendungen mit Maschinen bis 2.000 t Schließkraft möglich seien, präzisiert Edmund Kirsch, Produktmanager für Mehrkomponententechnologie bei Wittmann Battenfeld. Als treibende Branche für den MK-Spritzguss sieht er unter anderem die Automobilindustrie. Ein wichtiger verfahrenstechnischer Trend sei die Funktionsintegration. „Ziel ist es, immer mehr Funktionen in ein Bauteil in einem Produktionsschritt zu integrieren,“ sagt Kirsch und nennt als Beispiel die Dichtungsintegration. Dabei wird die Dichtung in einer Mehrkomponenten-Maschine direkt angespritzt. Vermehrt würden zudem Projekte durchgeführt, bei denen Einzelteile durch MK-Spritzgießen miteinander verbunden werden. Durch diesen Prozess des In Mould Assembling können Baugruppen in einem Arbeitsschritt und dadurch kosteneffektiv produziert werden.

Ein weiterer Trend zeichnet sich gemäß Kirsch in der Kombination von Verfahren ab, wodurch Eigenschaften am Produkt realisiert werden können, die mit Einzelverfahren schwer möglich sind.  Beispielhaft nennt der Produktmanager die Kombination des physikalischen Schäum-Verfahrens von Wittmann Battenfeld mit dem Sandwich-Spritzgießens. Damit lassen sich Bauteile mit hoher Oberflächenqualität bei gleichzeitiger Gewichtsreduzierung fertigen. Auch im Mikrospritzguss gewinnt die Mehrkomponententechnik an Bedeutung. Diesem Trend sei man mit der Entwicklung einer Produktionszelle gefolgt, mit der Mehrkomponenten-Bauteile in Kleinstformat produziert werden können.

Noch Potenzial im Sektor Automobil

Milacron verzeichnet bei Mehrkomponenten-Maschinen eine „stabile Entwicklung mit einer jährlichen Umsatzsteigerung im mittleren einstelligen Bereich“. „Was aus unserer Sicht ein wenig verwundert ist, dass die Nachfrage nach MK-Technik speziell in der Automobilindustrie – gemessen am Anteil der im Einsatz befindlichen Spritzgießmaschinen – eher unterdurchschnittlich ist“, räumt Michael Schiele, Manager Strategic Marketing Europe bei Milacron in Baden-Baden, jedoch ein. „Wir sind der Meinung, dass die Potenziale dieser Technologie seitens der Automobilindustrie wohl bisher nicht vollständig analysiert wurden“, sagt er. Schuld daran könnte der Druck in der Branche sein, sehr billige Werkzeuge einzusetzen. Obwohl gerade die Mehrkomponenten-Technologie ideale Möglichkeiten zur Reduzierung des Teile-Gewichts und der Teile-Kosten bietet. Auch bei Milacron richtet man das Augenmerk auf Verfahrenskombinationen, wie etwa die Verbindung des Mucell-Verfahrens zur physikalischen Aufschäumung von Kernteilen mit Mehrkomponenten-Technologien.

Dünnwändige Verpackungen dank Heißkanaltechnik

Der größte Marktanteil im Bereich Mehrkomponenten-Spritzguss entfällt nach wie vor auf Hart/Weich-Verbindungen. Stark im Kommen sind aber auch Multi-Layer-Anwendungen für die Verpackungsindustrie. „Durch die Entwicklung von modernen Heißkanalsystemen mit hohen Kavitätenzahlen (8 bis 64 pro Werkzeug) können heute dünnste Wandstärken von unter 0,35 mm in Multi-Layer-Technology sicher realisiert werden“, sagt Michael Schiele. So habe der Spritzgießer die Möglichkeit, auf abgestimmten Maschinensystemen aktuell nachgefragte Verpackungen herzustellen, die dem Endverbraucher neben einer besseren Haltbarkeit des Inhalts zusätzliche Anreize durch neues Design sowie (transparente) Optik und ansprechende Haptik.

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Im 2K-Spritzguss gefertigtes Steckergehäuse. (Bildquelle: Wittmann Battenfeld)

Befragt nach den aktuellen verfahrenstechnischen Trends im MK-Spritzgießen unterscheidet der Schweizer Maschinenbauer Netstal zwischen der Erzeugung von Bauteilen aus zwei verschiedenen Materialien durch Overmolding sowie der Fertigung von mehrschichtigen Strukturen aus zwei Materialien durch Co-Injection. Overmolding wird unter anderem zur Funktionsintegration eingesetzt. „Hier sehen wir einen Trend in der Medizintechnik, da die Komponenten und Baugruppen einerseits immer komplexer werden, und andererseits wird so eine stetige Optimierung der Herstellkosten erreicht“, erklärt Marcel Christen, Produkt- und Applikationsmanager bei Netstal in Näfels, Schweiz. Ein anderer Anwendungsbereich ist Dekoration, wobei das Bauteil zum Beispiel mit einer optischen Schicht überzogen wird. Auf der Drinktec hat das Unternehmen hierzu die Fertigung eines zweischichtigen Barrieresystems für Milchflaschen vorgeführt.

Im Co-Injection-Verfahren produzierte Sandwich-Strukturen werden gemäß Christen zunehmend im Bereich Lebensmittelverpackungen eingesetzt. Im Vordergrund steht hier  die Erzeugung einer Barriereschicht. Dabei werden zwei Materialien in einer zeitlich synchronisierten Einspritzphase in einen gemeinsamen Einspritzkanal geführt. Das Deckmaterial wird vom Kernmaterial in die Randzone verdrängt, und es entsteht eine dreischichtige Struktur.

Huckepack wird zunehmend beliebter

Ein wichtiger Faktor im Mehrkomponenten-Spritzguss ist die Maschinenkonstellation, wobei insbesondere die Position der zusätzlichen Spritzaggregate gut durchdacht sein will. Entscheidende Kriterien sind hierbei die Flächenproduktivität und die Maschinen-Zugänglichkeit. Heute sind auf dem Markt sämtliche Konstellationen erhältlich etwa mit vertikaler oder seitlicher Anordnung der zweiten Spritzeinheit. Bei Engel stellt man fest, dass immer mehr Anlagen in der Huckepack-Technik projektiert werden. Huckepack bedeutet, dass die Spritzeinheiten übereinander, in unterschiedlichen Winkeln zur Schließeinheit angeordnet sind. So wird eine besonders kompakte Bauweise möglich.

Konsumartikel im Visier

Technische Komponenten und Verpackungen sind heute die Hauptanwendungsgebiete für den MK-Spritzguss. Branchenexperten gehen aber davon aus, dass die Technologie zukünftig auch vermehrt im Konsumgüter-Segment zur Anwendung kommt. „Mehrkomponenten-Konsumartikel die unter einem hohen Preisdruck stehen, werden die Verfügbarkeit von preiswerter MK-Technik vorantreiben“, ist man bei Dr. Boy überzeugt. Hoch im Kurs steht dabei die Spielwaren-Industrie. Mit Systemen bis zu sechs Komponenten stellten Spielwaren einen Highend-Markt für diese Technologie dar, heißt es bei Milacron. Wegen den hohen fertigungstechnischen Anforderungen könnte die Spielwaren-Produktion ein Ankermarkt für weitere komplexe Anwendungen werden.

MK-Technologien auf der Fakuma

Alle großen Maschinen-Hersteller werden auf der Fakuma 2017 Technologien und Anwendungen im Mehrkomponenten-Bereich vorstellen. Wittmann zum Beispiel zeigt eine 2K-Anwendung für LSR/Thermoplast-Verbunde, eine 3K-Anwendung für Spielzeug, sowie eine 2K-Anwendung im Bereich Mikrospritzguss. Engel zeigt erstmals eine Automobil-Exterieur-Anwendung für sein Verfahren zur PUR-Beschichtung von thermoplastischen Grundträgern. Produziert wird eine Außenverkleidung mit kratzfester Oberfläche in Hochglanzoptik. Netstal fertigt an seinem Stand Kaffeekapseln mit Barriereschicht auf einer 2K-Spritzgießmaschinen. Arburg führt unter anderem das automatisierte Spritzgießen von LSR/LSR-Bauteilen vor.

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ist Chefredakteur Plastverarbeiter. ralf.mayer@huethig.de

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