Messevorschau NPE : Intelligente Spritzgießlösungen für mehr Übersicht, Sicherheit und Effizienz

Von einzelnen Spritzgießmaschinen bis zu hochintegrierten Fertigungszellen liefert Engel maßgeschneiderte Lösungen in die Spritzgießindustrie. Kundenspezifische Lösungen zu entwickeln, erfordert mehr als technologisches Know-how. Es kommt darauf an, die individuellen Anforderungen der Kunden im Detail zu verstehen und diese effizient umzusetzen. Engel bündelt dafür seine Branchenexpertise in fünf Business Units, und das nicht nur am Stammsitz in Österreich. Vor drei Jahren hat Engel Machinery Inc. mit Sitz in York, Pennsylvania, für Nordamerika eigene Business-Unit-Leiter berufen und seitdem sowohl sein lokales Branchen-Know-how als auch die anwendungstechnischen Kapazitäten kontinuierlich gestärkt. „Das Feedback unserer Kunden ist sehr gut. Die jüngsten Erfolge bestätigen, dass wir genau den richtigen Weg eingeschlagen haben“, berichtet Mark Sankovitch, Geschäftsführer von Engel in den USA, im Vorfeld der NPE2018. „Wir können noch schneller auf die Anforderungen und Wünsche unserer Kunden in den unterschiedlichen Branchen reagieren und sie beim Lösen ihrer ganz individuellen Herausforderungen noch zielgerichteter unterstützen. Als Systemlieferant begleiten wir unsere Kunden immer öfter über den gesamten Lebenszyklus der Maschinen und Anlagen – genau diesem Trend tragen wir mit der neuen Struktur Rechnung.“

Von Automotive über Technical Moulding und Teletronics bis hin zu Medical und Packaging stellt jede Branche ihre ganz spezifischen Anforderungen, wenngleich die übergeordneten Trends die gleichen sind. Prozessintegration und Automatisierung gewinnen in Nordamerika weiter stark an Bedeutung. Gleichzeitig rücken die Themen Digitalisierung und Vernetzung in den Fokus der Verarbeiter. Gemeinsam haben diese Trends, dass sie zu mehr Qualität, Effizienz und Wirtschaftlichkeit, aber auch einer höheren Komplexität der Fertigungsprozesse führen. „Als Systemlöser sorgen wir dafür, dass sich auch komplexe Prozesse einfach und sicher beherrschen lassen“, so Sankovitch. „Die Exponate an unserem Messestand machen das anschaulich deutlich.“

Erstmalig in Nordamerika präsentiert Engel auf seinem Messestand eine vollständig automatisierte, integrierte Fertigungszelle für den DecoJect Prozess. Die Technologie vereint Spritzguss und IMG (In-Mould Graining) und eröffnet damit für die Produktion hochwertiger Komponenten für den Autoinnenraum neue Horizonte. Im Unterschied zu herkömmlichen IMD (In-Mould Decorating)-Verfahren wird nicht einfach der Lack von der Folie aufs Bauteil übertragen, sondern die Folie wird ausgestanzt und verbleibt am Bauteil. Auf diese Weise kommen zusätzlich zu Farbe und Muster auch Oberflächenstruktur und Haptik ins Spiel. Gleichzeitig wird die Kratzfestigkeit der Oberflächen deutlich erhöht. „Decoject bietet uns auch für kleine Losgrößen eine extrem wirtschaftliche Möglichkeit, Spritzgießteile optisch aufzuwerten und die Oberflächen im Fahrzeuginnenraum zu harmonisieren“, betont Larry Alvey, Leiter der Business Unit Automotive von Engel in Nordamerika.

Während der NPE wird Engel auf einer duo 5160/1000 Spritzgießmaschine Türbrüstungen für den Einsatz im Pkw produzieren, die ganz unterschiedliche Oberflächenstrukturen aufweisen: Von einer anspruchsvollen Ledernarbung inklusive Naht bis zum modernen Carbon-Look. Die DecoJect-Dünnfolien wurden von Benecke-Kaliko, einem Mitglied der Continental Gruppe mit Sitz in Hannover, Deutschland, entwickelt.

Um den Prozess zu starten, wird die Folie von der Rolle ins geöffnete Werkzeug eingezogen, von einem IR-Strahler, der sich am Robotergreifer befindet, aufgeheizt und mit Hilfe von Vakuum direkt im Spritzgießwerkzeug vorgeformt. Unmittelbar darauf wird die Folie mit Poly­propylen hinterspritzt und ausgestanzt, bevor der Roboter das Bauteil entnimmt und für den Feinbeschnitt zur integrierten Laserstation transferiert. Alle 60 Sekunden verlässt ein einbaufertiges Bauteil die Fertigungszelle. Ein Designwechsel erfordert nur wenige Minuten für den Austausch der Folienrollen, womit sich die Losgröße nicht länger in den Stückkosten bemerkbar macht. Um zusätzlich Rohmaterial zu sparen, kommt die MuCell Schaumspritzgießtechnologie von Trexel (Wilmington, MA, USA) zum Einsatz. Weitere am Projekt beteiligte Partnerfirmen sind Georg Kaufmann Formenbau (Schweiz), Galvanoform Gesellschaft für Galvanoplastik (Deutschland), HRSflow (Italien), ICO SYSTEM international coating (Deutschland) und Borealis (Österreich).

Mit seiner hohen Automatisierungskompetenz leistet Engel einen wesentlichen Beitrag zur Wirtschaftlichkeit und Flexibilität des Verfahrens. Das Aufheizen der Folien und die Bauteil­entnahme aus dem Werkzeug übernimmt ein Engel viper Linearroboter. Zudem ist ein Engel easix Knickarmroboter gemeinsam mit der Laserstation für den Feinbeschnitt der Folien in einer direkt neben der Schließeinheit der Spritzgießmaschine platzierten easiCell integriert. Dank ihrem standardisierten und modularen Aufbau ermöglicht die von Engel entwickelte Automatisierungszelle die äußerst platzsparende Integration von Robotern sowie dem Spritzguss vor- und nachgelagerten Prozesseinheiten. Hinzu kommt, dass sie die Komplexität der Anwendung deutlich reduziert. Der Gesamtprozess lässt sich über die CC300 Steuerung der Spritzgießmaschine bedienen. Dabei macht es die einheitliche Bedienlogik über alle Komponenten der Fertigungszelle hinweg dem Maschinenbediener besonders einfach, auch ohne spezielle Schulungen den integrierten Prozess sicher zu beherrschen.

Mit einem sehr hohen Integrationsgrad punktet auch die in Orlando präsentierte Health-Care-Anwendung. Auf einer vollelektrischen e-motion 170/110 T Spritzgießmaschine in Reinraumausführung werden von pheneo (Deutschland) entwickelte Interdentalbürsten vom Typ „scrub!“ produziert. Bis zu 500 Borsten lassen sich direkt im Einkomponenten-Spritzguss gemeinsam mit der Seele und der Grifffläche ausformen. Das im Borstenbereich hochfiligrane Hochleistungs-Präzisionswerkzeug mit acht Kavitäten kommt von Hack Formenbau (Deutschland), und für die Automatisierung zeichnet Hekuma in Deutschland, verantwortlich. Präsentiert wird eine vollständig automatisierte Fertigungszelle, die im modularisierten

HEKUflex Design von Hekuma ausgeführt ist. Unmittelbar nach dem Spritzguss werden die Teile kamerageprüft und zu jeweils 16 Stück in Verkaufsbeutel verpackt. Alle vier Sekunden verlässt ein Beutel die Fertigungszelle.

„Wir schlagen mit dem hochintegrierten Herstellungsprozess und der Einkomponentenausführung die Effizienz von am Markt etablierten Produkten und Verfahren um ein Vielfaches“, macht Jon Kelm, Leiter der Business Units Medical und Packaging von Engel in Nordamerika, deutlich. „In der Regel bestehen Interdentalbürsten aus drei Komponenten – der Grifffläche, einem Drahtgeflecht und den Filamenten –, die meistens in von­einander unabhängigen Prozessen produziert werden. Unsere Lösung dagegen spart komplette Arbeitsschritte ein und reduziert zudem den logistischen Aufwand.“

Bei einem Gesamtschussgewicht von nur 1,93 Gramm acht Kavitäten mit äußerst filigranen Strukturen vollständig zu füllen, stellt nicht nur an das Werkzeug, sondern auch an die Präzision und Konstanz der Spritzgießmaschine extrem hohe Anforderungen. Hierfür hat Engel zwei Antworten: Erstens die vollelektrische Hochleistungsspritzgießmaschine e-motion und zweitens inject 4.0. Unter dem Oberbegriff inject 4.0 bündelt Engel Softwareprodukte für die Digitalisierung und Vernetzung der Fertigungsprozesse, wie die intelligenten Assistenzsysteme der iQ Produktfamilie, die Schwankungen in den Umgebungsbedingungen und im Rohmaterial erkennen und automatisch ausgleichen, noch bevor Ausschuss entsteht. Die Besucher der NPE können in der CC300 Steuerung der e-motion Maschine live verfolgen, wie iQ weight control beim Einspritzen den Druckverlauf über der Schneckenposition analysiert und Schuss für Schuss sowohl den Umschaltpunkt als auch das Einspritzprofil und den Nachdruck an die aktuellen Bedingungen anpasst. Parallel dazu ermittelt iQ clamp control auf Basis der Werkzeugatmung die für den Prozess optimale Schließkraft und stellt diese automatisch ein. Als drittes Assistenzsystem im Bunde regelt iQ flow control die Temperaturdifferenzen in den einzelnen Verteilerkreisen des Werkzeugs sowie die Leistung der Pumpen in den Temperiergeräten, um konstante Temperierverhältnisse sicherzustellen und den Energiebedarf zu senken. „Mit den intelligenten Assistenzsystemen optimiert sich die Spritzgießmaschine kontinuierlich selbst“, erklärt Kelm. „So können auch Maschinenbediener mit wenig Erfahrung optimale Ergebnisse erzielen.“

In der Teletronics-Industrie geht es beim Thema Prozessintegration oft um Kunststoff/Metall-Verbundbauteile. Dass Engel auch für diese Herausforderung passgenaue Lösungen schmiedet, stellt der Maschinenbauer auf der NPE mit der Herstellung von Thermoschalter-Gehäusen unter Beweis. Vom Stanzen der Kontakte bis zum Prüfen und Beschriften der einsatzbereiten Elektronikbauteile laufen alle Arbeitsschritte vollständig automatisiert ab. Das Rohmaterial für die Messing-Trägerplatten wird direkt von der Rolle zugeführt und inklusive Gewindedurchzug inline vorgestanzt. Das Gewinde wird servoelektrisch geformt, bevor die Trägerplatten – noch am Band – auf einer Engel insert 60V/35 single Vertikalspritzgießmaschine mit glasfasergefülltem Polyamid umspritzt werden. Auch die Qualitätskontrolle erfolgt inline. Zusätzlich zur Kameraprüfung ist hierfür eine Hochspannungsprüfung in das Folgeverbundwerkzeug integriert, die schon während der Fertigung eine hundertprozentige Kurzschlussprüfung garantiert. Um eine lückenlose Rückverfolgbarkeit sicherzustellen, werden die i.O.-Teile mit einem Laser beschriftet, bevor die Anguss- und Unterverteiler entfernt und die Fertigteile vom Band getrennt werden. Alle 20 Sekunden verlassen acht einbaufertige Teile die Fertigungszelle.

Die von Engel gemeinsam mit seinem Partner MMS Modular Molding Systems (Österreich) realisierte Fertigungslösung garantiert niedrigste Stückkosten und erreicht zudem eine hohe Flexibilität. Durch den modularen Aufbau der MMS-Systeme können je nach Bedarf weitere Bearbeitungsmodule, zum Beispiel zum Widerstand- oder Laserschweißen, zum Nieten, zur Montage oder zur Reinigung der Bauteile, integriert werden. „Unabhängig von der Anzahl der Module lässt sich der Gesamtprozess über die CC300 Steuerung der insert Maschine visualisieren und steuern“, so Stefan Aberl, Leiter Automatisierung von Engel Nordamerika. Dies reduziert erheblich die Komplexität und vereinfacht deutlich die Bedienung des Gesamtprozesses.“

Herkömmlich werden Thermoschalter, wie sie zum Beispiel zur Überwachung von Elektromotoren im Automobil oder in Weißware-Geräten Einsatz finden, in einem aufwändigen, mehrstufigen Verfahren hergestellt. In der Regel finden das Stanzen und das Umspritzen der Metallkomponenten sogar an unterschiedlichen Standorten statt. Dies erfordert nicht nur einen erheblichen logistischen Aufwand, sondern auch einen hohen Materialeinsatz, da zwei voneinander unabhängige Prozesse angefahren werden müssen. Gerade bei der Verwendung von Buntmetallen ist dies ein wesentlicher Kostenfaktor.

Höchste Effizienz bei bester Qualität und kürzesten Zykluszeiten: So lautet die Herausforderung, der sich die Produzenten von Getränkeverschlüssen täglich stellen. Für die Fertigung von 26-mm-Verchlüssen inklusive Originalitätsband aus HDPE präsentiert Engel auf der NPE eine State-of-the-art-Lösung. Unter realen Produktionsbedingungen arbeitet die Fertigungszelle während der fünf Messetage mit einer Zykluszeit um 2 Sekunden und punktet zusätzlich mit einer herausragenden Energieeffizienz und höchsten Prozesskonstanz.

Herzstück der hochintegrierten Lösung ist eine vollelektrische e-cap 2440/420 US Spritzgießmaschine, die mit einem 96-fach-Werkzeug von z-moulds (Österreich) ausgerüstet ist. An Peripherie integriert Engel ein Trockenluftsystem von Eisbär Trockentechnik (Österreich) sowie ein optisches Prüfsystem von Intravis (Deutschland) ins Gesamtkonzept.

Um einen minimalen Energiebedarf mit einer herausragenden Prozesskonstanz und Präzision zu vereinen, setzt Engel für die Verschlussherstellung auf vollelektrische Hochleistungsmaschinen der e-cap Baureihe, die gezielt für dieses Marktsegment entwickelt wurde. Mit ihren leistungsstarken Servo-Direktantrieben stellen die e-cap Maschinen auch beim Einsatz hochfester HDPE-Materialien mit einem MFI von deutlich unter 2 oder sogar 1 g/10 min die erforderliche Plastifizierleistung und ein Höchstmaß an Gutteilen sicher. „Geometrisch haben Getränkeverschlüsse ihr Lightweighting-Minimum erreicht“, verdeutlicht Packaging-Experte Jon Kelm. „Sie stellen damit höhere Anforderungen an die Präzision und die Wiederholgenauigkeit von Spritzgießmaschinen denn je.“ Trotz ihrer beachtlichen Leistung benötigt die e‑cap auch im Schnelllauf nur sehr wenig Energie und Kühlwasser. Die erhöhte Auswerferkraft und der verstärkte Schließantrieb sorgen für sehr kurze Zykluszeiten.

Insgesamt ist Engel packaging mit zwei integrierten Fertigungszellen auf der NPE2018 vertreten. Campetella Robotic Center aus Italien produziert auf seinem Messestand (Halle Süd, Stand S27009) Airline-Becher in Dünnwandtechnik auf einer vollelektrischen Engel e‑motion 740/240 T US Spritzgießmaschine in einem Werkzeug von Fostag (Schweiz). Die Becher werden mit Hilfe einer Hochgeschwindigkeitsautomation aus dem Werkzeug entnommen und unmittelbar nach dem Spritzguss verpackt.

Mit Zykluszeiten von deutlich unter 3 Sekunden und Einspritzgeschwindigkeiten von mehr als 500 mm pro Sekunde kommen die vollelektrischen Spritzgießmaschinen der e-motion Baureihe verstärkt für die Herstellung von Dünnwandbehältern zum Einsatz. Das geschlossene System für Kniehebel und Spindel stellt jederzeit eine optimale und saubere Schmierung aller bewegten Maschinenkomponenten sicher und entspricht den hohen Reinheitsanforderungen der Lebensmittelindustrie.

Im Ausstellungsbereich Technical Moulding von Engel auf der NPE2018 steht die anspruchsvolle Verarbeitung von Flüssigsilikon (LSR) im Mittelpunkt. Auf einer e-victory 310/120 US Spritzgießmaschine mit integriertem viper 40 Linearroboter werden in einem Zwei-Kavitätenwerkzeug von ACH solution (Österreich) Linsen für LED-Scheinwerfer produziert. Die Bauteile stehen stellvertretend für ein sehr breites Anwendungsspektrum. Von Lichtsystemen fürs Automobil über die Gebäude- bis zur Straßenbeleuchtung gewinnt LSR für die Herstellung hochwertiger LED-Lichtsysteme rasant an Bedeutung.

Verantwortlich dafür sind seine besonderen Eigenschaften. Hochtransparentes LSR weist einen niedrigeren Vergilbungsindex als herkömmliche Linsenmaterialien auf, es ist UV-resistent und von -20 bis +150 °C über einen sehr breiten Temperaturbereich stabil. Hinzu kommt, dass sich auch komplexe Linsengeometrien im Spritzguss effizient und reproduzierbar abbilden lassen.

Engel hat weltweit sehr viel Erfahrung mit LSR-Projekten in den unterschiedlichsten Branchen und gehört deshalb bei der Markteinführung des neuen Linsenwerkstoffs zu den bevorzugten Partnern der Beleuchtungsindustrie. Es ist das erste Mal, dass Engel die Produktion von LSR-Linsen auf einer Messe präsentiert.

„Die Voraussetzung, anspruchsvolle Produkte aus Flüssigsilikon wirtschaftlich zu produzieren, sind automatisierte Prozesse sowie eine hohe Präzision und Stabilität des Spritzgießprozesses“, macht Steve Broadbent, verantwortlich für Elastomer-Projekte in der Anwendungstechnik von Engel in Nordamerika, deutlich. „Dank ihrer holmlosen Schließeinheit erweist sich die e-victory Maschine mit elektrischer Spritzeinheit hierfür als prädestiniert.“ Der freie Zugang zum Werkzeugraum vereinfacht das Rüsten und hält die Fertigungszelle kompakt. Da sich die Werkzeugaufspannplatten bis an den Rand vollständig ausnutzen lassen, passt das aufgrund der komplexen Bauteilstruktur voluminöse Linsenwerkzeug auf eine vergleichsweise kleine 120-Tonnen-Spritzgießmaschine. Hinzu kommt, dass der Roboter ohne Störkantenumfahrung direkt von der Seite aus die Kavität erreichen kann und in der Höhe weniger Platz erfordert.

Die holmlosen Spritzgießmaschinen von Engel punkten mit einer herausragenden Parallelität der Werkzeugaufspannplatten. Der patentierte Force Divider sorgt dafür, dass die bewegliche Werkzeugaufspannplatte während des Schließkraftaufbaus dem Werkzeug exakt folgt und die eingeleitete Kraft gleichmäßig über die Fläche verteilt wird. Auf diese Weise wird auch bei der Verarbeitung niedrigviskoser Materialien wie LSR die Gratbildung zuverlässig verhindert. Die Bauteile erfordern keine Nacharbeit und sind direkt nach dem Spritzgießprozess einsatzbereit.

Engel realisiert die High-tech-Lösung gemeinsam mit seinem Partner. Sowohl das Werkzeug als auch die Dosieranlage wurden von ACH solution entwickelt und gebaut, wobei im Werkzeug die neue elektrische Düsenregulierung ServoShot zum Einsatz kommt.

Als Systemanbieter integriert Engel auch bei der LSR-Verarbeitung alle Komponenten der Fertigungszelle in eine gemeinsame Steuerung, so dass sich der Gesamtprozess inklusive LSR-Dosierung und Handling über das Bedienpanel der Spritzgießmaschine einstellen und kontrollieren lässt.

Die NPE2018 bestätigt einmal mehr die führende Position von Engel und der holmlosenMaschinen in der LSR-Verarbeitung. Insgesamt werden auf der Messe vier LSR-Anwendungen mit Engel Maschinen, drei davon mit Holmlosmaschinen, präsentiert. Bei Wacker Silicones (Stammsitz in Deutschland) in Halle Süd, Stand S24179, werden auf einer hydraulischen victory 200/120 in einem 4-fach-Werkzeug Untersetzer produziert. Eine weitere holmlose Anwendung läuft auf einer victory 200/55 am Messestand des Werkzeugbauers Burteck aus Windsor, CT in den USA in Halle Süd, Stand S30045. Und Shin-Etsu Silicones aus Akron, Ohio, produziert in Halle Süd, Stand S20125, auf einer vollelektrischen e‑mac 170/55 in einem Werkzeug von Roembke aus Ossian in Indiana Brillengläser aus einem optischen LSR.