Fakuma 2024 – wo die Themen Nachhaltigkeit und Innovation verschmelzen

Auf der Fakuma wurde der Wandel der Kunststoffbranche hin zu mehr Nachhaltigkeit und Kreislaufwirtschaft deutlich spürbar. Angetrieben durch das wachsende Bewusstsein für die Umweltauswirkungen von Kunststoffen und die dringende Notwendigkeit, nachhaltigere Lösungen zu entwickeln, setzen Unternehmen auf Innovation und Effizienz. Die Messe zeigte, wie intensiv die Branche an umweltfreundlichen Materialien, ressourcenschonenden Prozessen und zirkulären Geschäftsmodellen arbeitet. Die Redaktion des PLASTVERARBEITER hat spannende Eindrücke gesammelt.

Nachhaltiger agieren und Ressourcen länger im Kreis führen, das hat sich SAR Electronic, Gunzenhausen, auf die Fahne geschrieben. Heißt konkret: Reduce, Reuse, Repair, Refit, Rebuild, Refurbish, Recycle – die zwischenzeitlich „7 R“ der Kreislaufwirtschaft. Der Fakuma-Auftritt war dem Refit gewidmet. „Das Unternehmen sieht im Retrofit einen Schlüssel für die Zukunft“, war von Sebastian Müller, Vertrieb Kunststoff Automation, zu erfahren. „Denn hiermit können vorhandene Ressourcen länger genutzt und die Umweltbelastung reduziert werden.“ In Betrieb befindliche Automatisierungsanlagen lassen sich bei kurzen Stillstandszeiten um- und aufbereiten, um Prozesse zu optimieren und die Lebensdauer der Systeme zu verlängern. Durch das Anpassen an moderne Anforderungen und Technologien werden Entwicklungen gefördert. Das Unternehmen wies auch darauf hin, dass die Modernisierung der Anlage durch entsprechende Strategien kostengünstiger sei als eine Neuinvestition.

Langlebigkeit ist nur ein Aspekt im großen Ganzen. Um Prozesse respektive Maschinen und Anlagen betreiben zu können, bedarf es auch der entsprechenden Energie und entsprechenden Kühlkonzepte. Ganz ähnlich ist es im Sport. Dort sind Spitzenleistungen eine prima Sache und werden ausgezeichnet. Bei der Energieversorgung in Unternehmen kommen diese den Anlagenbetreibern jedoch meist teuer zu stehen. Ein Lösungsansatz im Bereich der Bereitstellung von hoher Kühlleistung für Produktionsprozesse ist ein sogenannter Eisspeicher. Auf der Fakuma zeigte die Firma Oni-Wärmetrafo eine mit dem VDI-Förderpreis ausgezeichnete Studie eines Hochleistungs-Eisspeichers, der von einem Studenten im dualen Studium entwickelt und gebaut worden war. Dieser Eisspeicher puffert die relativ große Energiemenge, die für den Teil-Phasenwechsel von Wasser zu Eiswasser (mit Eiskristallen) notwendig ist. Das Aufladen des Eisspeichers erfolgt wie bei einer Kältebatterie. Wird die gespeicherte Kühlenergie zum Abdecken einer Spitzenlast benötigt, so holt sich das Kühlkreiswasser die Kühlenergie über die eingebaute Wärmetauscherfläche aus dem Eisspeicher ab, wodurch aus dem Eiswasser wieder Kaltwasser ohne Eiskristalle wird.

Welche Bedeutung die Kühlleistung für den Produktionsprozess besitzt, verdeutlichte auch L&R Kältetechnik, Sundern, an seinem Messestand. Thema war hier unter anderem das Easy Clean System (ECS), eine umweltfreundliche Lösung zur automatisierten Reinigung und Wartung von Kühlwassersystemen. Das Unternehmen kombiniert seine langjährige Erfahrung mit einer Filtrierungstechnologie, die wahlweise nachgerüstet oder direkt in neue Kühlanlagen integriert werden kann. Ein wesentliches Merkmal des ECS ist die kaskadierende Filtrierung, die CSR-konforme Wasserbehandlung ermöglicht. Diese stufenweise Filtration entfernt Kühlwasserpartikel wie Korrosionsreste, Biofilme und Verschlammungen bis zu einer Größe von 0,1 µm. Das System nutzt eine Hochleistungsfiltration mit einem hohen Durchsatz und einer mindestens einmaligen Umwälzung des Kühlwasservolumens pro Stunde. Siebkorbfilter im Volumenstrom oder als Bypass im Vorlauf agieren als „Polizeifilter“, die eine saubere Kühlwasserzuführung sicherstellen. Taschenfilter in Tankaufsätzen verhindern den Grobeintrag aus dem Maschinenrücklauf. Hochleistungsfilter mit eigener Pumpe, die als Bypass-Tankzirkulation betrieben werden, erreichen einen Durchsatz von bis zu 50 m³/h und halten das Kühlwasser rückstandsfrei. Dieses umfassende Filtersystem minimiert Wartungskosten und steigert die Lebensdauer und Effizienz der gesamten Kühlanlage.

Der Beschnittstreifen tiefgezogener Folien ist nicht glatt, sondern profiliert, deshalb ist das Einziehen in einen Zerkleinerer herausfordernd, sofern dieser nicht darauf ausgelegt ist. Um das Recycling dieser Randstreifen dennoch zu ermöglichen, stellte Hellweg Maschinenbau, Roetgen, einen Randstreifenzerkleinerer vor, für den die Geometrie irrelevant ist. Er arbeitet mit vier Zahnwalzen, die paarweise übereinander angeordnet sind. Auf einer Breite von 150 mm wird der Streifen mit Geschwindigkeiten von 0,8 bis 6 m/min der Maschine zugeführt. Die aus dem Vollen gearbeiteten Zähne der Walzen packen den Streifen unabhängig von seiner Geometrie und zerkleinern diesen in rieselfähiges Mahlgut von 5 bis 10 mm, das direkt wieder der Materialversorgung zugeführt werden kann. Interessierte Besucher konnten die Randstreifenzerkleinerung vor Ort erleben.

Um das Zerkleinern diverser Werkstoffe ging es auch bei Untha, Kuchl, Österreich. Das Unternehmen hatte die vierte Generation seines Vierwellen-Zerkleinerers mit an den Bodensee gebracht. Das solide Maschinengehäuse ist langlebig, das Schneidwerk zur Steigerung des Durchsatzes wurde gegenüber der Vorgängerversion angepasst sowie Wartung und Instandhaltung vereinfacht. Das Assistenzsystem Genius sammelt die Prozessdaten des Zerkleinerers und errechnet in Echtzeit Prognosen und Vorschläge zum Optimieren der Produktivität. „Das optional erhältliche Tech-Pack erhöht die Langlebigkeit der Maschine“, so Daniel Wresnik, Vertriebsleiter Untha Deutschland. In dem Pack enthalten sind eine langlebigere Gleitringdichtung zum Schutz der Lager, Verschleißplatten für zusätzliche Widerstandsfähigkeit gegen aggressive Materialien und eine digitale Ölstandsüberwachung mit Abschaltautomatik. Außerdem sind optional erhältlich vorgespannte Trennscheiben zum Vermeiden von Schäden durch nicht zerkleinerbare Materialien und eine Wellenbelüftung, um Verunreinigungen innerhalb des Schneidsystems zu reduzieren.

Wurden Bauteile oder -gruppen aus unterschiedlichen Kunststoffen in einem Schritt zerkleinert, so liegt das Mahlgut als gemischte Ware vor, sodass für ein sortenreines Aufbereiten ein Trennen notwendig ist. Trebo, Albertslund, Dänemark, hat hierfür in Friedrichshafen ein Verfahren vorgestellt, mit dem aus Mischfraktionen Monomaterialfraktionen sortiert werden können. Dies ermöglicht es Recyclern, alle gemischten Werkstoffe, sofern sie unterschiedliche Dichten besitzen, nach diesen zu trennen. Die Sortiertechnologie ist sedimentationsbasiert, die leichtere Fraktion schwimmt über den Prozess auf, die schwerere setzt sich ab. Das Werkstoffgemisch befindet sich hierbei in einem Behälter mit Wasser, dessen Siebboden mitsamt der Mischfraktion angehoben wird. Beim Sinken des Mahlguts findet der Entmischungsprozess statt. Dieses Anheben und Absinken wird so lange durchgeführt, bis die Trennung abgeschlossen ist. Zwischen den beiden Fraktionen befindet sich eine dünne Mischschicht, die separat entnommen und erneut sortiert wird. Geeignet ist die Technologie des dänischen Start-ups beim Aufbereiten zusammengebauter Baugruppen, 2K-Teilen, End-of-Life-Baugruppen oder Elektronikbauteilen.

Promix, Winterthur, Schweiz, präsentierte eine neue Mischdüse, die speziell darauf ausgelegt ist, den Farbverbrauch im Spritzgießprozess um bis zu 50 % zu senken. Übliche Methoden zur Vermeidung von Farbschlieren, wie die Erhöhung von Staudruck oder Schmelzetemperatur, verursachen meist zusätzlichen Energieverbrauch und verlängern die Zykluszeiten. Die Promix-Mischdüse setzt hingegen direkt vor dem Werkzeug an: Sie verbessert die Farbverteilung effizient und benötigt dafür keinen zusätzlichen Energieaufwand. Das ermöglicht nicht nur eine deutliche Reduzierung des Farbzusatzes, sondern auch eine kürzere Zykluszeit und eine höhere Maschinenproduktivität. Ein weiterer Vorteil: Durch die niedrigeren Prozesstemperaturen werden Toleranzabweichungen und Verzüge reduziert, was wiederum die Ausschussrate senkt. Die Düse erleichtert zudem das Einmischen von Regranulat, sodass ein höherer Anteil an Rezyklat oder Mahlgut ohne Abstriche bei der Oberflächenqualität eingesetzt werden kann. Mit dieser Lösung sollen Anwender dabei unterstützt werden, den Farbverbrauch, die Materialkosten und den Energieeinsatz im Spritzguss effizienter zu gestalten und gleichzeitig die Prozessstabilität zu erhöhen.

Wird Mahlgut verarbeitet, so kann dies aufgrund des Zerkleinerungsprozesses einen hohen Anteil an Staub enthalten. Wider Erwarten schmelzen die kleinen Partikel während der Plastifizierung nicht auf, sondern bleiben als Partikel erhalten. Abhängig von ihrer Größe und der Oberflächenstruktur des Bauteils können diese auf der Oberfläche kleine Fehlstellen erzeugen. Um dies und dadurch Fehlteile zu vermeiden, empfiehlt sich eine Materialentstaubung auf der Maschine. MB Engineering, Dürbheim, zeigte auf der Fakuma die Möglichkeit einer zentralen Entstaubungsanlage. Diese besteht aus einer zentralen Einheit mit Steuerung, Filtrationssystem und Vakuumerzeugung sowie aus bis zu vier Sichtereinheiten, welche jeweils eine Spritzgussmaschine versorgen. Diese arbeiten seriell und können zusammen bis zu 40 kg Kunststoff in der Stunde entstauben. Die ausgesiebte Staubgröße wird über die ausgewählte Siebgröße bestimmt und ist abhängig von der Anwendung.
Für den Produktionsprozess und letztendlich für die Qualität des Produkts entscheidend sind auch die Werkzeuge und ihre dazugehörigen Komponenten. Das Heißkanalsystem Ultramelt von Husky ist speziell auf die Herausforderungen moderner Kunststoffverarbeitung und insbesondere auf die Anforderungen biobasierter Polymere abgestimmt. Laut Unternehmen ist das System so entwickelt, dass es selbst bei anspruchsvollen Materialien mit geringen Stabilitäten und Faseranteilen zuverlässig arbeitet. Dank präziser Temperaturregelung und spezieller Beschichtungen wird eine reibungslose Verarbeitung ermöglicht, ohne dass das Material reagiert oder das System beschädigt wird. Ein besonderes Augenmerk liegt auf der Balancierung und Stabilität des Materials im gesamten Verarbeitungsprozess. Husky hat außerdem spezifische Kontrollalgorithmen entwickelt, die für eine stabile Temperaturführung sorgen und Abweichungen minimieren. Dies ist entscheidend, da nicht alle Regelsysteme auf dem Markt über solche ausgefeilten Algorithmen verfügen. Zusätzlich wird jedes Ultramelt-System individuell konzipiert: Basierend auf Anwenderanforderungen und Materialeigenschaften werden die Kanäle optimiert und in iterativen Simulationen durchgerechnet. So entsteht eine maßgeschneiderte Lösung, die für maximale Effizienz und eine saubere Verarbeitung sorgt, selbst bei Materialien wie biobasierten Kunststoffen.

Dass Nachhaltigkeit auch mit der Substitution von Bekanntem einhergeht, zeigte beispielsweise Plasmatreat, Steinhagen. Thema war hier das Ersetzen eines lösemittelhaltigen Primerprozesses durch einen Aktivierungsprozess, ganz im Sinne der bereits erwähnten 7 R der Kreislaufwirtschaft. Das Unternehmen zeigte das haftfeste Fügen einer kleinen Platte aus chemisch recyceltem Polypropylen (PP) und einem thermoplastischen Polyurethan (TPU), die beide nicht haftungsmodifiziert eingestellt waren. Die kleine Platte aus PP wurde zur Hälfte mit atmosphärischem Plasma aktiviert, in das Demospritzgießwerkzeug eingelegt und mit der Handspritzgießmaschine Holipress die zweite Komponente, das TPU, aufgespritzt. Bereits beim Öffnen des Werkzeugs ist im Werkzeugspalt zu erkennen, dass sich auf der unbehandelten Seite des PPs das TPU bereits ablöst. Nach Abkühlen des Musterteils bleiben beim händischen Abreißversuch auf der aktivierten Seite Rückstände des TPUs auf dem PP, was zeigt, dass die Adhäsion zwischen den beiden Werkstoffen größer ist als die Eigenfestigkeit des TPU.

Ein Bereich, der insbesondere in der jüngeren Vergangenheit in den Fokus gerückt ist, ist der Automobilbau. Hier stellt die Mobilitätswende sowie die damit einhergehenden erhöhten Anforderungen an neue Automobile die Entwickler vor neue Herausforderungen. Diese wiederum münzen in neue, ressourcenoptimierte und damit kreislaufgerechtere Lösungen – gerade im Leichtbau. Beispielhaft dafür präsentierte das Fraunhofer-Institut für Chemische Technologie (ICT) auf der Messe eine Monomaterial-Sitzlehne, die vollständig aus thermoplastischem Material gefertigt ist und sowohl Leichtbau als auch Kreislauffähigkeit berücksichtigt. Im Rahmen eines geförderten Projekts wurden verschiedene Materialmorphologien eines thermoplastischen Grundwerkstoffs wie Polyamid, recyceltes Polyethylenterephthalat (rPET) oder biobasiertes Polylactid (PLA) kombiniert. Diese Werkstoffe liegen in Form von Fasern, Schaum und Kompaktmaterial vor, was das Leichtbaupotenzial und die Wiederverwertbarkeit der Sitzlehne verbessert. Das Fraunhofer ICT entwickelte eine Prozesstechnik, die den Einsatz dieser Monomaterialien auf herkömmlichen Industrieanlagen ermöglicht. Diese Sitzlehnenstruktur kann zur Senkung des Rohstoffverbrauchs und der Emissionen beitragen und bietet eine Lösung für den Leichtbau in der Automobilindustrie und weiteren Anwendungsbereichen.

Die Kreislaufwirtschaft war auch das zentrale Thema beim Messeauftritt von Albis. Der Distributor aus Hamburg präsentierte unter anderem Produkte aus PCR-Material wie beispielsweise eine A-Säule, die aus 40 % PCR-ABS besteht und zeigt, dass recycelte Kunststoffe die strengen Standards für Autoinnenräume erfüllen können. Bei der Präsentation war es dem Unternehmen wichtig zu zeigen, dass auch aus Materialien, die aus dem gelben Sack gewonnen werden, Produkte mit anspruchsvollen Oberflächen und in hellen Farben realisierbar sind. Hier wurde unter anderem eine Vollgesichtsschnorchelmaske mit einem hellgrauen, hochglänzenden Rand aus 100 % PCR-PP gezeigt sowie in mintgrün eingefärbte Flossen, die zu 98 % aus PCR-PP bestehen. Außerdem wurden Produkte, wie ein Demonstrator zur Medikamentenabgabe, gezeigt, die nach dem Gesichtspunkt „Design for Recycling“ entwickelt worden waren.

Eine wiederverwendbare, recycelbare Bipolarplatte hatte Leonhardt, Hochdorf, mit zur Fakuma gebracht. Der hierfür verwendete Werkstoff Hylebp ist eine Eigenentwicklung, ebenso wie das ausgeklügelte Werkzeugkonzept zum Fertigen der Bipolarplatten. Die Werkstoffbasis ist Polyetheretherketon, das mit synthetischem Grafit und einem hochleitfähigen Ruß gefüllt ist und auf Standard-Spritzgießmaschinen verarbeitet werden kann. Das Material erfüllt viele mechanische und elektrische Anforderungen, und seine Lebensdauer beträgt mindestens das Dreifache des bisherigen Werkstoffs. Zudem lässt es sich einfach recyceln, und das Gewicht der Platten ist im Vergleich zu gepresstem V2A-Stahl halbiert. Firmeninhaber Dr. Wolfgang Leonhardt ist überzeugt, dass zukünftig im Eigenbedarf sowie zur autarken Energieversorgung Wasserstoff erzeugt werden wird.

Domo Chemicals, Gent, Belgien, hatte die Herstellung und Verwendung von polyamidbasierten Materialien, insbesondere im Zusammenhang mit Recycling und Nachhaltigkeit, in den Mittelpunkt seines Messeauftritts gestellt. „Die Kunden bevorzugen zunehmend umweltfreundliche Drop-in-Lösungen, da bei diesen Werkstoffen keine prozesstechnischen Anpassungen notwendig sind“, war von Marc Chalupsky, Manager Online und Externe Kommunikation, zu erfahren. Darüber hinaus geht der Werkstoffhersteller den Schritt, Polyamide zu depolymerisieren, zu reinigen und daraus neue Produkte herzustellen. „Diesen Ansatz halte ich persönlich für sehr wichtig, da hier nicht der Massenbilanz-Ansatz verfolgt wird, sondern das Material als Drop-in-Lösung im Kreislauf gehalten wird“, so Projektleiter Dr. Dany Postelmans. Mechanisch recyceltes Polyamid 6 und Polyamid 66 werden von den Kunden dann gewählt, wenn die CO2-Einsparung sehr hoch sein soll. Diese liegt bei einigen Typen bei über 80 %. Vorgestellt wurde auch ein PA auf Basis von Post-Consumer-Abfällen, das in Zusammenarbeit mit Sea2See entwickelt wurde. Diese Organisation sammelt in Afrika Fischernetze, die aufbereitet werden und als Rohstoff für technische Teile verwendet werden können. Das Unternehmen arbeitet derzeit an weiteren chemischen Recyclingtechnologien.

Die global aktive Lehvoss Group, mit der Mutter Lehmann & Voss in Hamburg, ist besonders in der Entwicklung von maßgeschneiderten Hochleistungs-Kunststoffen bekannt, ist jedoch auch in den Bereichen von Standard-Compounds sowie nachhaltigen Compounds und Hochleistungspolymeren aktiv. Das Unternehmen bietet nachhaltige Materialien mit hoher Eigenschaftskonstanz. Lehvoss senkt durch Recyclinganteile und nachhaltigere Lösungen den CO₂-Fußabdruck der Werkstoffe und bietet gleichzeitig einen Kostenvorteil gegenüber Neuware bei vergleichbaren Eigenschaften. Diese Strategie soll die Wettbewerbsfähigkeit der Anwender fördern. Das Unternehmen ist als spezialisierter High-End-Anbieter bekannt, weniger als Compoundeur von Standardmaterialien. Gleichzeitig wurden auf der Fakuma die Schwierigkeiten angesprochen, die durch die allgemeine wirtschaft- liche Lage und die Unsicherheiten am Arbeitsmarkt entstehen. „Kunden und Partner sind aufgrund der Marktverhältnisse oft zurückhaltend, was die Umsetzung neuer Ideen betrifft“, weiß Georg Eichhorn, Vertriebsleiter Lehvoss Compounds.

Für optisch ansprechende Produkte aus Kunststoffen jeglicher Art braucht es selbstverständlich auch die passende Farbwahl – auch in Zeiten kreislaufoptimierter Lösungen. Hierfür hatte das Wuppertaler Unternehmen Finke einen ganzen Strauß an Einfärbelösungen mit im Gepäck. Beispielsweise rezyklatbasierte Masterbatche, basierend auf Rezyklaten gängiger Verpackungspolymere, die als Drop-in-Lösung eingesetzt werden können. Aber auch Flüssigfarben, die ebenfalls in Kunststoffen mit hohem Rezyklatanteil eingesetzt werden können. Um schwarz eingefärbte Abfälle im NIR sortieren zu können, müssen diese frei von Ruß sein. Hierfür stellte der Hersteller ein Masterbatch vor, das auf alle gängigen Verpackungskunststoffe abgestimmt ist oder im Technikum abgestimmt werden kann. Nachhaltig ist auch, wenn zusätzliche Fertigungsschritte wie Tampondruck oder die Etikettierung eingespart werden. Eine Lasermarkierung macht es möglich. Gezeigt wurde dies mit einer Laserstruktur, die der von Holz nachempfunden ist, ermöglicht durch ein aufschäumendes Pigment und der Variation der Laserleistung im Markierungsprozess.

Der 3D-Druck ist auf der Fakuma zwar eher ein Randthema, dennoch stehen auch hier Effizienz und Ressourcenschonung an vorderster Front. Das zeigte sich auch am Stand von Keyence Deutschland, Neu-Isenburg. Standbesucher konnten in einer mit Wasser befüllten Glassäule beobachten, wie sich Stützmaterial 3D-gedruckter Teile sprichwörtlich auflöste. Das wasserlösliche Material kommt im hauseigenen 3D-Drucker vom Typ Agilista zum Einsatz. Es bietet entscheidende Effizienzvorteile im Vergleich zu herkömmlichen Stützmaterialien. Durch seine spezielle Polymerbasis lässt sich dieses nach dem Druckprozess einfach in Wasser auflösen – ganz ohne zusätzlichen Arbeitsaufwand oder das Risiko, empfindliche Strukturen zu beschädigen. Herkömmliche Stützmaterialien erfordern oft aufwendige mechanische oder chemische Verfahren zur Entfernung, was zeit- und arbeitsintensiv ist. Vorteilhaft ist das bei komplexen Geometrien, da das Material selbst aus kleinsten Zwischenräumen rückstandslos entfernt werden kann.

Gewächshausfolien aus PE/EVA und LDPE mit einer natürlichen IR-Barriere waren bei Hoffmann Mineral, Neuburg an der Donau, zu sehen. Als Füllstoffe waren den 100 µm dicken Folien die Neuburger Kieselerden Sillitin  Z 89 puriss beziehungsweise Sillitin V 88 mit jeweils 7,5 Gew.-% zugesetzt worden. Die Kieselerden lassen sich laut Hersteller gut in der Polymermatrix dispergieren und über die Produkttype sei das Lichtstreuverhalten einstellbar. Die Folien besitzen im fotosynthetisch aktiven Bereich (400 bis 700 nm) eine hohe Lichttransmission. Sillitin Z 89 puriss wird einem zusätzlichen Prozessschritt unterzogen, wodurch Rückstände weiter reduziert werden. Dadurch ist die Trübung der Folie durch Einsatz dieses Füllstoffs geringer und der Glanz sowie die Farbneutralität höher als bei der Type V 88. Diese Type sorgt jedoch für eine höhere IR-Barriere und Lichtstreuung.