Effiziente Elastomer-Verarbeitung

Automatisierte Fertigungszellen aus einer Hand: Aus der Kombination von Spritzgießmaschine, Robot-System und Peripherie entstehen individuelle Turnkey-Anlagen. Ein Beispiel ist die Fertigung von Armbändern aus zwei LSR-Komponenten und die vollautomatische Montage der Uhrwerke im Spritzgießtakt. Bildquelle: Arburg

Zahlreiche Trends, die von den Maschinenherstellern für die Thermoplast-Maschinen benannt werden, gelten auch für die Maschinen zur Verarbeitung elastomerer Werkstoffe. So spricht Arburg, Loßburg, einen Trend in der Verfahrenstechnik an, nach dem das Einsatzspektrum und die Wertschöpfung von Spritzgussteilen weiter gesteigert werden. „Dazu zählen einerseits der Herstellprozess der Spritzteile, indem zum Beispiel durch das Verketten einzelner Produktionsschritte direkt fertige Bauteile entstehen. Andererseits geht es auch um die Produkte selbst, indem zum Beispiel für funktionelle Bauteile gezielt Kautschuk mit Metallen kombiniert wird.“ Bei Engel Austria, Schwertberg, Österreich, „gilt das Augenmerk in der kontinuierlichen weiteren Entwicklungsarbeit der Zuführtechnik für Fest-Silikone mit Entlüftung sowie der Homogenisierung zur Reduktion der Spritzdrücke.“ Für die Auswahl der spezifisch bestens geeigneten Lösung für die jeweilige Kundenaufgabe hält REP international laut REP Deutschland, Wald-Michelbach, „über 14.000 Entwicklungsstudien in einer Datenbank“ bereit.

Integration in den Gesamtprozess

Die Horizontal-Spritzgießmaschine der 969-Serie schafft gute Voraussetzungen für die Groß- serienfertigung. Das stabile Maschinendesign mit einer enorm biegesteifen Schließeinheit sorgt für hochwertige Gummi- und Silikonformteile. Bildquelle: Klöckner Desma

Sowohl Wittmann Battenfeld, Kottingbrunn, Österreich, als auch Arburg weisen auf die neu geschaffene Schnittstelle für LSR-Dosieranlagen hin. Mit dieser OPC UA-Schnittstelle 82.3 (Euromap) schreibt Arburg weiter, lassen „sich die im LSR-Prozess benötigten LSR-Dosieranlagen in die Maschinensteuerung einbinden. Relevante Eingabeparameter wie Materialdruck, Farb- und Additiv-Einstellungen bis hin zu Restlaufzeiten lassen sich dabei transparent und einfach kommunizieren. Die Einstellungen können dadurch zentral auch über die Maschinensteuerung vorgenommen und im Datensatz der Maschine mit gespeichert werden. Die erweiterte Kommunikation bietet jedoch nicht nur mehr Komfort, sondern auch die in der OPC UA beinhalteten Sicherheitsmechanismen wie Autorisierung, Authentifizierung und Verschlüsselung.“ Wittmann Battenfeld, Kottingbrunn, Österreich, setzt auf den „Einsatz verfahrenstechnischer Softwarepakete zur Analyse von zum Beispiel Viskositätsschwankungen“, um „Nachregelungen im Prozess“ durchzuführen.
Diese „Integration von Peripherie in die Spritzgießmaschine“ im Sinne von Industrie 4.0 spricht auch Wittmann Battenfeld an. Danach „geht die Kommunikation weit über die Integration von zum Beispiel „nur“ der Dosierpumpe hinaus, da sämtliche Peripheriegeräte und so aktuell auch die Regelung für Nadelverschlusssysteme in die Maschinensteuerung eingebunden werden.“ Dies ist vor allem für Mehrkomponentenanwendungen von Bedeutung, wenn „zum Beispiel Trockner, Einfärbe-Geräte und Temperiergeräte für die Thermoplast-Komponente benötigt werden. In der Maschinensteuerung können so zum Beispiel acht verschiedene Steuerungen angezeigt werden.

Dank ihrer barrierefreien Schließeinheit eröffnet die holmlose Spritzgießmaschine in der Verarbeitung von Flüssigsilikon ein großes Effizienzpotenzial. Bildquelle: Engel

Automatische Korrektur steigert Qualität

Engel schreibt zu Industrie 4.0, dass diese bei der Verarbeitung hochtechnischer Elastomere große Chancen eröffnet, da immer größere Anforderungen an die Plastifiziertechnologie der Spritzgießmaschinen gestellt werden. Beispielsweise werden Assistenzsysteme“ wie eine Gewichtskontrolle „immer wichtiger. Indem sie den Prozess kontinuierlich überwachen und qualitätsrelevante Parameter Schuss für Schuss automatisch nachjustieren, gleichen sie Schwankungen in den Umgebungsbedingungen und im Rohmaterial aus und verhindern, dass Ausschuss produziert wird. Damit ist Industrie 4.0 ein Enabler für nachhaltigere Prozesse.“ Wittmann Battenfeld setzt in diesem Sinne auf den „Einsatz verfahrenstechnischer Softwarepakete zur Analyse von zum Beispiel Viskositätsschwankungen“, um „Nachregelungen im Prozess“ durchzuführen.
Nach Arburg führt „die Digitalisierung zu einer höheren Wertschöpfung von Produkten. Gleichzeitig lassen sich aber auch völlig neue Geschäftsmodelle erschließen, zum Beispiel durch die direkte Einbindung von Kundenwünschen in den Fertigungsprozess. Gefragt sind zunehmend auf den Einzelfall zugeschnittene Turnkey-Anlagen, bei denen Systeme die Gesamtprozesse visualisieren und die zugehörigen Daten erfassen. Diese Datensammler bilden wiederum die Basis für Big-Data-Analysen.“ REP hat zu Industrie 4.0 eine eigene Software entwickelt, die auch mit „Maschinen vorheriger Generationen kompatibel ist“, deren Beschaffung bis zu 30 Jahre zurückliegt.
REP Deutschland berichtet von einer auf Automatisierungstechnik beruhenden neuen Maschine mit vier Arbeitsstationen, die „dank des parallelen Ablaufs der einzelnen Phasen des Spritzgießverfahrens Einspritzen, Vulkanisation und Entformen eine bisher unerreichte Produktivität und ein effizientes Produktionsmanagement“ aufweist. „Im Vergleich zu traditionellen Maschinen mit nur einer Arbeitsstation ist die Rentabilität zweimal so hoch. Durch eine reduzierte Anzahl an Nestern im Werkzeug können die Arbeitsprozesse bei niedrigen Werkzeugkosten und sicher kontrollierten Spritz- und Vulkanisationsparametern leicht automatisiert werden.“

Dashboard einer Wittmann-4.0-Produktionszelle. Bildquelle: Wittmann

Weiterentwickelte Technik steigert Effizienz

Für Engel Austria stehen bei der Maschinentechnik „Ergonomie und Zugänglichkeit im Vordergrund. Darüber hinaus werden verstärkt platzsparende Anlagen nachgefragt. Die Flächenproduktivität wird immer stärker zur Effizienzkennzahl.“ Ein weiterer Entwicklungsschwerpunkt betrifft nach Arburg in „der Weiterentwicklung von Spritzgießmaschinen der Fokus, der auf den Plastifizier- und Dosiersystemen zur Fertigung von Mikro- und Makrobauteilen liegt. So wird es beispielsweise mit einer speziellen LSR-Mikrospritzeinheit möglich, auch kleinste Silikonbauteile mit Schussgewichten unter einem Gramm herzustellen.“

Energie-Rückgewinnung mit modernster Antriebstechnik

Bei der Antriebstechnik dominieren regelbare Antriebe, die sich dem jeweiligen Bedarf anpassen und so auch zeitgleich ablaufende Nebenbewegungen unter Berücksichtigung hoher Energieeffizienz verwaltbar machen, wie REP Deutschland dies ausdrückt. Wittmann Battenfeld verweist auf die mit dem „Einsatz modernster und energieeffizientester Antriebstechnik“ verbundene Möglichkeit der „Rückgewinnung der Bremsenergie und Verwendung dieser innerhalb der Maschine zum Beispiel für Heizung oder als Steuerspannung.“
Für die Antriebstechnik ist eine vorausschauende Instandhaltung und eine Echtzeit-Überwachung von Zuständen wichtiger Bauteile wünschenswert, die wie Arburg schreibt, „mit der zunehmenden digitalen Vernetzung von Maschinen und Komponenten möglich wird. Ein Beispiel für die vorausschauende Wartung ist die leistungsabhängige Schmierung. Schmierintervalle werden dabei nicht mehr nur aufgrund der Anzahl der Zyklen definiert, sondern abhängig von eingestellten Kräften, Geschwindigkeiten, Wegen und Zeiten für jede Anwendung individuell berechnet.

REP setzt auf anwenderorientierte Lösungen beim Spritzgießen. Bildquelle: KGK / Dr. Etwina Gandert

Elektromobilität, Chance für elastomere Produkte

Zu neuen Anwendungsfeldern der Maschinen im Bereich der Kautschukverarbeitung verweist Wittmann Battenfeld auf den verstärkten Einsatz in der Mehrkomponenten-Verbundtechnologie zum Beispiel zwischen Feststoffsilikon und Thermoplast beziehungsweise Gummi und Thermoplast und zwar bislang hauptsächlich LSR und Thermoplast. Diesen Trend spricht auch Arburg an, der „nach wie vor in der Kombination von Substraten/Thermoplasten mit Silikon liegt“, wobei die LSR-Verarbeitung mit 8-mm-Schnecke die Möglichkeiten im Kleinst- und Mikrobereich erweitert.
Weiter berichtet Arburg, dass „zukünftige Märkte Steckverbinder in der E-Mobilität bis hin zu Anwendungen im Mobilfunksektor sein werden, bei denen die Anforderungen auf Dichtheit zunehmen. Ein weiterer Wachstumsbereich ist die Medizintechnik mit den Kombinationsmöglichkeiten PC und LSR oder jüngste LSR-Materialentwicklungen mit Kombinationen zu PP. In neuen Automobilscheinwerfern mit kombinierte LED- und Lasertechnik werden Komponenten aus Flüssigsilikon (LSR) im Bereich der zielgerichteten Lichtbündelung und -leitung eingesetzt. Hinzu kommt „ein neuer Ansatz aus den USA“ mit dem individuellen Mixen von Silikonen.“ Auch Engel Austria spricht bezüglich der Anwendungen die Elektromobilität an, die „dazu führt, dass die Anzahl an im Fahrzeug verbauten Dichtungen ansteigt. Wenn es um Hybridlösungen geht, werden die Antriebsstränge sogar vervielfacht. Elektroantriebe erfordern zudem neue Dichtwerkstoffe, aus denen wiederum neue Anforderungen an die Maschinenhersteller resultieren. Eine weitere Folge ist, dass die Mehrkomponententechnik – sowohl Gummi als auch Silikon in Verbindung mit thermoplastischen Materialien – stärker in den Vordergrund rückt.“

Elastomer-Verarbeitung im Reinraum

Auch bei der Elastomer-Verarbeitung werden Reinraumanforderungen erfüllt, wie Wittmann Battenfeld und Engel berichten. Allerdings „sind regelmäßiges Reinigen und Desinfizieren des Reinraums sowie aller Fertigungseinrichtungen unabdingbare Voraussetzungen zur Aufrechterhaltung einer sauberen Produktionsumgebung“, merkt Arburg an. „Hierfür sind Spritzgießmaschinen und -anlagen gefragt, die sich leicht reinigen lassen und das Arbeiten entsprechend effizient machen. Eine Schließeinheit in Edelstahlausführung sorgt etwa für beste Reinigungsbedingungen hinsichtlich GMP A und ISO 5.“ Bei REP werden „die für Reinraumanwendungen vorgesehenen Maschinen beispielsweise mit dafür geeigneten Verkleidungen oder Rauchgasabsaugungen ausgestattet.“