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Eine Jahrhundert-Technik auf höchstem Niveau

Kunststoff-Verarbeitung: Spritzgießen bleibt die Nummer Eins
Eine Jahrhundert-Technik auf höchstem Niveau

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Der Spritzgießprozeß scheint hinter einem Mix von maschinen- und verfahrenstechnischen Begriffen zu verschwinden, die für seine Umsetzung jedoch unerläßlich sind. Gleichzeitig wird alles getan, um diesen Prozeß noch exakter zu beherrschen.

Klaus Diebold ist Fachjournalist in Schwarzenbruck

Es waren genau 117 in- und ausländische Hersteller von Spritzgießmaschinen, die sich zum letztem Mal in diesem Jahrhundert in Düsseldorf trafen, um vorausschauend Maßstäbe zu setzen. Und um sich von den Anwendern ihrer Produkte messen zu lassen, wobei die Meßlatte sehr hoch gelegt ist. So soll die Weiterentwicklung der Anlagen und Verfahren mehr denn je der Steigerung der Produktivität dienen, was höheren Ausstoß und die Integration von Arbeitsschritten bei zumindest gleichhoher Qualität und verringerten Kosten bedeutet. Auch die Zahl der Anwendungsfelder wollen die Maschinenbauer vergrößern. Kunststoffe und Spritzgießverfahren sollen in noch nicht von ihnen besetzte Bereiche vordringen, und dafür zu entwickelnde Technologiepakete müssen global wettbewerbsfähig sein.
Die Vielfalt der auf der K’98 vertretenen Antriebe, auch die der Schneckenrotation und des Aufbaus der Schließeinheiten von Spritzgießmaschinen, bietet dem Verarbeiter die Chance, die Maschine exakt auf die Anwendung hin maßzuschneidern. Der hydraulische Antrieb, zumeist mit Regelpumpe – ob vollhydraulisch oder hydro-mechanisch –, ist immer noch die am meisten verbreitete Lösung für den größten Teil aller Anwendungen. Nach rund 25 Jahren unter Öldruck wurde aber der Schneckenantrieb als Option, seltener als Standard, mit den Vorteilen des Parallelbetriebs von Dosieren und Formzuhalten sowie der Energieeinsparung wieder elektrifiziert. Ergebnis: die Hybridmaschine.
Im Bereich des Formschlusses werden von einigen Herstellern zugunsten besserer Zugänglichkeit die Säulen völlig eingespart und die Kunst des „steifen C’s” geübt. Heraus kommt die Holmlose. Für mehr Platz in der Fertigung sorgt dagegen der Verzicht auf eine dritte Platte: die 2- oder 2½-Plattenmaschine benötigt eine deutlich kleinere Aufstellfläche als konventionelle 3-Platten-Bauweisen.
Montageschritte ins Werkzeug integrieren
Ein besonderes Kapitel ist die vollelektrische, servo-angetriebene Maschine, der sich einige Hersteller zugewandt haben – Tendenz zunehmend. Sie werben mit klaren Vorteilen: Schnelligkeit, höhere Präzision, Ölfreiheit, niedriger Geräuschpegel und Energieeinsparung. Allerdings verhindern die höheren Investitions- und Anschaffungskosten der Antriebe derzeit noch einen elektrischen Boom.
Eines der Mittel um eine Spritzgießmaschine zwar in Serie, aber individuell wirtschaftlich zu fertigen, ist die Gliederung der Maschine in modulare Baugruppen einschließlich der Steuerung. Diese Methode wird inzwischen von allen Herstellern genutzt, wie die K’98 zeigte. Dadurch ist nicht nur bei einem Modell, sondern auch bei verschiedenen der gleichen Reihe untereinander ein Austausch von Modulen wie der Spritzeinheit möglich, ja sogar eine Veränderung der lichten Säulenweiten.
Die Vielfalt und Häufigkeit der Verfahren stehen denen der Maschinenvarianten in nichts nach, man kann sie fast nicht mehr als Sonderverfahren bezeichnen. Um hier nur einige zu nennen:
Mehrkomponenten-Spritzgießen (2-K-, 3-K-Technik), wie das Anspritzen einer weichen an eine harte Komponente in einem Werkzeug und quasi in einem Arbeitsgang;
Montage-Spritzgießen, das Integrieren von Montageschritten ins Werkzeug, wie neuerdings bei Auto-Lüfterklappen, die komplett und beweglich montiert aus dem Werkzeug kommen;
Textil- oder Dekorfolien-Hinterspritzen, eine deutlich vereinfachende und kostensenkende Methode, Kunststoffteile mit einem Schuß zu formen und zu dekorieren, oder das Spritzgießen von
Mikro-Präzisionsbauteilen bis in den Milligrammbereich.
Ähnlich der modularen Bauweise der Maschinen sind auch für besondere Verfahren kostengünstige Anwendungspakete entwickelt worden, die bestimmte Produktionsaufgaben technisch und wirtschaftlich optimal lösen.
Grund zum „Jubeln” hatte die Arburg GmbH + Co., Loßburg, die ihre Baureihe All-rounder C Jubilee um zwei Modelle mit größeren Aufspannmaßen und Schließkräften erweitert hat, die 570 C Jubilee mit 570 mm Aufspannmaß und 2000 oder 2200 kN Schließkraft. Zuwachs erhielt auch die S-Reihe: Zwei neue Modelle der Baugröße 4 mit 1000 und 1300 kN, darüber hinaus zwei 2-K-Maschinen mit 350 und 500 kN Schließkraft sowie drei horizontalen und zwei vertikalen Spritzaggregaten, die sechsfach kombiniert werden können.
Dazu haben die Loßburger ihre Kniehebel-Reihe Allrounder 221 M, jetzt 221 K mit 250 und 350 kN Schließkraft, mit der Regelpumpe aus der S-Reihe und der Selogica-Steuerung entscheidend aufgewertet.
3-Platten-Maschine um zwei Meter verkürzt
Wo alle vergrößern, dachte man sich bei der Battenfeld Spritzgießtechnik, Meinerzhagen, wollen wir verkürzen, nämlich die Baulänge der HM-Baureihe im Bereich 5500 bis 40000 kN Schließkraft um bis zu 2 m. Die neue 3-Platten-Maschine hat damit die Länge einer 2-Platten-Maschine und eine bis zu 15% reduzierte Aufstellfläche. Für die Freunde des Kniehebels bietet Battenfeld die TM-Reihe von 500 bis 4500 kN Schließkraft an; wer Einlegeteile umspritzen will, kann in Meinerzhagen ein Exemplar der Vertical-R-Reihe ordern, Rundtischmaschinen von 600 bis 2000 kN Schließkraft.
‘Mehr Maschine fürs Geld’ bietet die Demag Ergotech GmbH, Schwaig und Wiehe, mit ihrem durchgängigen Ergotech-Baukasten bewährter 3-Platten-Kniehebelmaschinen von 250 bis 15000 kN Schließkraft. Die rein Ölbewegten haben die Demag-Ingenieure um ein Modell mit 600 kN ergänzt; bei den Knieheblern gibt es schon jetzt zusätzlich ein 3000- und 20000-kN-Modell. Vielfalt bieten die Ergotech-multi-Modelle für das Mehrkomponenten-Spritzgießen: Die Anordnung der Einspritzeinheiten ist in horizontaler oder vertikaler, und in P-, L- oder R-Stellung möglich. Die fünf schnellen Ergotech-rapid haben 1250 bis 3300 kN Schließkraft und einen AC-Servomotor als Schneckenantrieb. Top-new ist die Super-Hybride Ergotech 200 elexis, bei der neben dem Schneckenantrieb auch das Kniehebel-Schließsystem via hydrostatischem Getriebe elektrifiziert ist; die ganze Reihe wird im Laufe der Zeit Schließkräfte von 500 bis 3000 kN beinhalten.
Die Kleinen der Dr. Boy GmbH, Neustadt/Fernthal, sind in den letzten 30 Jahren größer geworden, aus dem acht Jahre lang gebauten, vollhydraulischen 2-Platten-Urtyp Boy 15 ist inzwischen die Baureihe A geworden. Die fünf Basismodelle bieten Schließkräfte zwischen 120 und 800 kN. Zur K’98 wurden sie mit der neuen Steuerung Procan CT vernüpft, deren Merkmale ein 32-Bit-Prozessor, ein integrierter Industrie-PC und die intuitive Touch-Screen-Bedienerführung sind. 2-K-Technik bietet die 30 A-2C mit horizontaler und vertikaler Spritzeinheit, groß in Mikrotechnik ist die 12 A micro; auch Sonderverfahren, wie Gasinnendrucktechnik, Flüssig-Silikon-Verarbeitung und Reinraumtechnik lassen sich mit der A-Reihe realisieren; die 80 M verfügt über einen elektrischen Schneckenantrieb.
Kombiniert holmlos und vollelektrisch kam die Engel Vertriebsgesllschaft m.b.H, Schwertberg/Österreich, mit einem Modell nach Düsseldorf: der neuen ES 600/100 HL SEL mit 1000 kN Schließkraft. Sie kann beides: holmlos zuhalten und fünf Achsen servoelektrisch antreiben, für die Schwertberger eine logische Verknüpfung. Die Neue ergänzt die Reihe der Holmlosen, die mit der ebenfalls neu vorgestellten ES 4550/600 HL jetzt rund 25 Typen mit fein gestuften Schließkräften von 200 bis 6000 kN umfaßt – mit Ausnahme der neuen ES 600/100 HL SEL alle vollhydraulisch.
Mehrere Komponenten elektrisch spritzgießen
Und natürlich hat Engel auch Kniehebelmaschinen vom Typ K mit Schließkräften von 3500 bis 12000 kN sowie 2-Plattenmaschinen Marke Duo mit 5000 bis 55000 kN Schließkraft im Programm.
Elektra heißt die Baureihe vollelektrischer Spritzgießmaschinen der Ferromatik Milacron GmbH, Malterdingen, denen – generell gesehen – nach Ansicht der Malterdinger die Zukunft gehört; die Kräfte der ‘Hochgeschwindigkeitsschließeinheiten’ reichen von 500 bis 6600 kN. Als erstes Modell einer neuen globalen Baureihe wurde eine Elektra 300 vorgestellt, ebenso die erste vollelektrische Mehrkomponentenmaschine Elektra 100-2F plus patentiertem 4+4-Overmoulding-Etagenwerkzeug mit drehbarer Mittelplatte.
Auch in Malterdingen verzichtet man nicht auf hydraulische Maschinen der Serie K (und S für die Schnelläuferversionen) mit Schließkräften zwischen 400 und 4500 kN, wohl aber auf die dritte Platte bei den Maschinen der neuen Maxima-Reihe, die Schließkräfte von 16000 bis 31000 kN bietet. Zwischen die K- und die Maxima-Serie hat man die Magna-Reihe geschoben, drei Modelle mit 5550, 6650 und 7750 kN Schließkraft.
‘Money Making Machines’ nennt die HPM Hemscheidt GmbH, Schwerin, ihre Spritzgießmaschinen der Baureihen Access und NextWave. In der Tat haben sich die vollhydraulischen, holmlosen Access-Modelle mit Schließkräften von 550 bis 2500 kN ebenso wie die hydromechanischen 2-Platten-Maschinen der NextWave-Reihe (3300 bis 45000 kN Schließkraft) im Markt etablieren können. So verfügen die Access-Maschinen über einen stabilen, patentierten C-Rahmen, der für exakte Plattenparallelität und Plattenpositionierung sorgt, während die NextWaves durch ‘unbiegsame’ Parabolik-Platten und sichere planparallele Säulenverriegelung sowie die S 7-Steuerung von Siemens glänzen. Ebenso fest scheint die Haltung von HPM bezüglich vollelektrischer Maschinen zu sein. Geschäftsführer Manfred Kersten: „Wir gehen davon aus, daß die Voll-elektrische zumindest vorläufig ein Nischendasein führen wird, deshalb konzentrieren wir uns auf die hier vorgestellten Konzepte. Prinzipiell werden wir weniger maschinen- als vielmehr verfahrenstechnisch diversifizieren, dabei denken wir etwa an PET- und Mehrkomponententechnik, aber auch an Magnesium-Spritzgießen.“
Elektrischer Schnecken- antrieb ist Standard
Auf vollelektrische Maschinen hat die Krauss-Maffei Kunststofftechnik GmbH, München, bisher verzichtet. Sie erklärt dafür den elektrischen Schneckenantrieb zum Standard bei der neuen C3-Sprinter-Baureihe, bestehend aus sieben KM-Schnelläufer auf Basis der C-Maschinen und 1400 bis 6000 kN Schließkraft sowie 2-Platten-Schließeinheit. Die E-Schnecke ist Wahlausrüstung bei einigen Modellen der MC-Großmaschinenreihe mit 8000 bis 40000 kN Schließkraft; hier können mit jeder Schließeinheit bis zu vier neue, unterschiedliche Spritzaggregate kombiniert werden. Neu ist darüber hinaus eine 300-kN-Maschine, die Merkmale der C-Reihe übernommen hat, vielleicht die Speerspitze einer zukünftigen Komplett-reihe.
In Deutschland schon einiger Zeit bekannt sind die vollelektrischen Fanuc-Maschinen der Roboshot a-Baureihe von Mitsui Machine Tool Europe GmbH, Neuss-Grimlinghausen: sechs Modelle von 150 bis 3000 kN Schließkraft (Kniehebel), über 6500 Maschinen davon sollen weltweit im Einsatz sein. Als letztes Modell kam die Roboshot a-30C hinzu, mit 300 kN Schließkraft. Angetrieben werden die Roboshots mit geregelten AC-Servomotoren über Kugelumlaufspindeln. Die 32-Bit-CNC-Steuerung ermöglicht mit Hilfe der künstlichen Intelligenz das Reproduzieren optimaler Druckkurven mit Nachregelung aller im Verlauf des Prozesses gemessenen Größen.
Das Mannesmann-Plastics-Machinery-Dach ist groß, es beschirmt auch die Netstal-Maschinen AG, Näfels/ Schweiz, die mit einigen bemerkenswerten Highlights auf die K’98 kam. Mit ihrem komplett neuen 96-fach-PET-Preformsystem, der Pet-Line 96 auf Basis der Synergy-Technologie, übertrafen die Schweizer ihre Münchner Kollegen von Krauss Maffei gleich um das Dreifache, was aber wegen der unterschiedlichen Zielgruppen zu relativieren ist.
Mini-Vollelektrische mit nur 70 kN Schließkraft
Eine weitere, deutlich zu registrierende Kernkompetenz von Netstal sind schnelllaufende Dünnwand- und technische Teile. Jede Spritzgießlösung basiert bei den Schweizern auf der Synergy-Technologie, einer Kniehebel-Maschinenreihe mit Schließkräften von 600 bis 4200 kN. Für alle Overmolding-Verfahren, Co- und Bi-Injektion wurde die Synergy 2C mit Längs- und Queraggregat sowie gleichem Schließkraftbereich entwickelt. Einer der nächsten Entwicklungsschritte könnte ein elektrischer Schneckenantrieb sein.
Aus zehn vollelektrischen Modellen mit Schließkräften von 200 bis 3600 kN besteht die für die CE-Kennzeichnung vorbereitete Baureihe Elject-ES der Nissei Plastic Industrial Co., Ltd., Nagano, Japan. Die Maschinen verfügen über AC-Servomotoren für das Einspritzen, Dosieren, die Werkzeugbewegung über Kugelumlaufspindel und das Auswerfen. Drei der ES-Maschinen liefen in Düsseldorf, unter anderem eine vollelektrische CD400E-3E (40 kN Schließkraft), die CD-ROM produzierte. Bemerkenswert ist außerdem die HM7DENKY eine fahrbare Mini-Vollelektrische mit nur 70 kN Schließkraft, es gibt sie auch als Tischmodell. Und Nissei bietet noch fünf weitere Spritzgießmaschinen-Baureihen an – von kompakten Low-Cost-Modellen bis zu Maschinen für Großteile.
Spritzgießen und Compoundieren: Kunststoff vor Ort veredeln
Der IMC Compounder von Krauss-Maffei: Über der Doppel-Einspritzeinheit einer Spritzgießmaschine befindet sich ein im Gleichdrall laufender Doppelschnecken-Extruder der Hermann Berstorff Maschinenbau GmbH, Hannover. Er versorgt die beiden Schneckenzylinder über einen Umlenkkopf wechselweise mit compoundierter Schmelze. Der Vorteil liegt für den Verarbeiter in der Möglichkeit, Standard-Materialien günstig einzukaufen und mit Zuschlagsstoffen gezielt, flexibel und kostensenkend direkt zu compoundieren sowie on-line zu verarbeiten.
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