2K-Bauteile: Billiger auf zwei Spritzgießmaschinen

Mit zwei Spritzgießmaschinen beim 2K-Spritzgießen schneller als mit einer – diese Erfahrung hat GS Kunststofftechnik gemacht.

Zwölf Wochen von der Auftragserteilung bis zum ersten Gutteil ist der Rekord des Kunststoffverarbeiters aus Idar-Oberstein für Teile, die er auf zwei Spritzgießmaschinen für das 2K-Spritzgießen fertigt. In diesem Fall kam die Eilbestellung von einem Kfz-Zulieferer. Dieser suchte händeringend nach einem Hersteller, der in der Lage war, in kürzester Zeit ein Zwei-Komponenten-Bauteil mit einer Einbautoleranz von wenigen Hundertstel Millimetern automatisiert zu fertigen.

„Manchmal zwingen einen die Umstände zu solch extrem kurzen Lieferfristen. Das nehmen wir dann sportlich“, sagt Thomas Endres, Leiter Spritzguss bei GS Kunststofftechnik. Mit Erfolg: Die benötigten Maschinen und Roboter waren verfügbar, das erfahrene Team bei GS Kunststofftechnik arbeitete Hand in Hand. Die externen Partner für die Automatisierung und der Werkzeugbauer spielten ebenfalls mit. „Wenn alles so gut klappt, macht auch Arbeiten unter Termindruck Freude“, so Endres ein.

Die Produktion von Mehrkomponenten-Bauteilen ist eine der Spezialitäten von GS Kunststofftechnik. Dabei stellt das Unternehmen häufig fest, dass das 2K-Spritzgießen auf zwei verketteten Maschinen einschließlich Automation wirtschaftlicher ist als auf einer Maschine. So wie bei einer Haube für einen manuellen Seifenspender mit dem Namen „Nexa Compact“ von Ecolab, der Flaschen einem Fassungsvermögen von 750 ml aufnimmt. Die Seifenspenderhaube stellt GS Kunststofftechnik seit 2018 in Serie her.

In das Gehäuse der Kunststoffhaube sind drei transparente Fenster eingesetzt: Auf der Vorderseite kann dahinter ein Kundenlabel angebracht werden, an den beiden Seiten dienen sie zur Kontrolle des Füllstandes. In einem späteren Arbeitsgang wird an der Unterseite noch ein Druckknopf eingesetzt und auf der Innenseite ein Kunststoffhalter für das Kundenlabel eingeschweißt.

Gefertigt wird das 2K-Bauteil „Haube mit Fenstern“ vollautomatisch auf zwei Haitian Mars II Spritzgießmaschinen mit 2.000 kN Schließkraft. Die beiden Anlagen stehen im Abstand von 4 m parallel nebeneinander; ihre Fertigungszyklen arbeiten um 20 s versetzt. Für die automatisierte Be- und Entladung fährt zwischen den beiden Spritzgießmaschinen ein Sepro-Roboter auf einer 5 m langen Achse hin und her. Er verfügt über einen Greifer mit zwei unterschiedlichen Aufnahmen, eine auftragsspezifische Sonderanfertigung. Damit kann der Roboterarm gleichzeitig den Vorspritzling und die fertige Haube aufnehmen.

Zuerst werden auf der linken Haitian-Maschine bei einer Schmelztemperatur von 260 bis 280 °C drei transparente Fenster im Format von jeweils 20 x 50 mm aus Polycarbonat (PC) gefertigt. Sie haben zusammen ein Gewicht von 22,6 g. Einer der beiden Greifer am Roboter entnimmt die fertigen Fenster dann mit dem Anguss und setzt sie zur zweiten Maschine auf der rechten Seite um. Diese öffnet sich, dort entnimmt der zweite Greifer die fertige Haube aus Acrylnitril-Butadien-Styrol (ABS) aus dem Vorzyklus. Danach legt der erste Greifer die PC-Fenster in das Werkzeug ein und fährt aus der Maschine heraus. Diese startet nun einen neuen Zyklus und umspritzt die Fenster bei 240 bis 250 °C mit ABS für das Haubengehäuse. Dieses hat ein Format von 236 x 140 x 102 mm und wiegt 134 g.

Die mit dem zweiten Greifer entnommene, fertige Haube legt der Roboter währenddessen auf einem Ablageband ab, das sich zwischen den beiden Spritzgießmaschinen befindet. Dann fährt der Roboter wieder zur ersten Maschine, wo in der Zwischenzeit erneut ein Satz Fenster gespritzt wurde – der Ablauf beginnt von vorne.

Wichtig ist die feste Verbindung beider Bauteile. Zwar schmelzen die Polycarbonat-Fenster beim zweiten Spritzgießprozess etwas an und verschweißen dabei mit der ABS-Haube. Damit sie zuverlässig zusammenhalten, werden beide Teile zusätzlich durch Hinterschnitte formschlüssig miteinander verbunden. Hierfür ist bei den Einlegern eine Genauigkeit von 0,1 mm gefordert.

Auch an anderen Punkten kommt es auf eine hohe Präzision an. „Für das positionsgenaue Rüsten haben wir am Werkzeug extra Zentrierungen angebracht. Und da es im Fertigungsprozess immer temperaturbedingte Ausdehnung gibt, haben wir dort ebenfalls zwei zusätzliche Zentrierungen, denen am Werkzeug entsprechende Führungen gegenüberstehen“, erklärt Endres. Und weiter: „Der Vorteil ist, dass wir zwei kleine Werkzeuge statt eines großen einsetzen können. Zwar erhöht das die Werkzeugkosten etwas, gleichzeitig können wir aber auf kleineren Spritzgießmaschinen mit niedrigen Schließkräften produzieren. Am Ende ist das für uns und für den Kunden günstiger.“

2015 hat GS Kunststofftechnik das Umsetzen auf zwei Maschinen als Alternative für das Mehrkomponenten-Spritzgießen mit der Umsetztechnologie auf einer Maschine für sich entwickelt. Letzteres bietet das Unternehmen bereits seit mehr als 20 Jahren an. Daneben gibt es noch eine dritte Variante, bei der 2K-Bauteile mit Hilfe der Drehtellertechnik gefertigt werden. Produziert wird auf einer Maschine, wobei das Werkzeug für den zweiten Guss um 180° gedreht wird.

Ausschlaggebend für die Wahl des richtigen Verfahrens sind vor allem das Teilegewicht und die benötigten Stückzahlen. „Besonders bei großen Bauteilen bis 2.000 g mit Einlegern bis 200 g ist die Drehtellertechnik die erste Wahl“, rät Endres. Allerdings ist sie am aufwändigsten und auch am teuersten. Wenn der Produktionsprozess der zwei Komponenten in zwei unabhängige Arbeitsgänge zerlegt wird, lassen sich sogar 2-K-Bauteile mit 4.000 g Gewicht herstellen, fügt er hinzu. Dieses Vorgehen, bei dem der Einleger für eine spätere Verwendung zeitweise eingelagert wird, empfiehlt er auch bei kleineren Serien bis etwa 15.000 Stück jährlich.

„Schon mit unserem Angebot unterschiedlicher Verfahren im Mehrkomponenten-Spritzguss setzen wir uns von vielen Wettbewerbern ab“, hebt Endres hervor: „Daher können wir verfahrensübergreifend beraten und für jedes Bauteil die beste Technologie einsetzen. Wir sind nicht auf eine Fertigungsmethode beschränkt.“

Sein Kollege Pascal Wagner-Schön, zuständig für den Vertrieb, unterstreicht darüber hinaus den umfangreichen Service: „Unsere Konstrukteure beraten bereits bei der Bauteilentwicklung. Damit unterstützen sie Kunden bei der Optimierung des Teiledesigns – und gleichzeitig der Produktionskosten. Daher stehen wir bereits bei der Bauteil-Idee als Ansprechpartner zur Verfügung.“

F. Stephan Auch, Fachjournalist, Nürnberg