Hochleistungskunststoffe erfordern Hightech-Maschinen

Ensinger vertraut bei der anspruchsvollen PPS-Verarbeitung auf vollautomatisierte Fertigungszellen von Krauss Maffei.

Vor rund zehn Jahren litt die Spritzgießtechnik der Firma Ensinger am Hauptsitz in Nufringen zunehmend unter Platzmangel. Daher entschied sich das Unternehmen für einen Neubau in Rottenburg am Neckar. Anfang 2009 wurde das Spritzgießwerk fertiggestellt. Heute stehen 11.000 m² als Produktionsfläche mit etwa 65 Spritzgießmaschinen zur Verfügung, hinzu kommen 6000 m² Logistik- und Lagerflächen sowie 4000 m² Büroräume. Der Schwerpunkt der Fertigung liegt in der Verarbeitung von Hochleistungsthermoplasten, die besondere Anforderungen an die eingesetzte Spritzgießtechnologie stellen.

Ensinger verfolgte am Standort Rottenburg bei den Spritzgießmaschinen zunächst eine Zwei-Marken-Strategie. Im Jahr 2014 wurde jedoch der Beschluss gefasst, neue Wege zu gehen und den Maschinenpark mit einem zusätzlichen Spritzgießmaschinenhersteller zu ergänzen. „Unser Ziel war ein partnerschaftliches Verhältnis auf Augenhöhe. Wir suchten nach einem Anbieter, der unsere Bedürfnisse versteht und unsere Herausforderungen mit uns meistern will“, sagt Markus Killinger, Leiter Technik/Prozessentwicklung der Sparte Spritzguss bei Ensinger. „Die Wahl fiel auf Krauss Maffei, weil die Maschinen in allen Punkten unsere hohen technischen Ansprüche erfüllen. Dazu gehören neben der Leistungsfähigkeit auch die Aspekte Maschinensteuerung, Automatisierung, Flexibilität und Service.“ Manuel von Varchmin, Vertriebs- und Serviceleiter für Süddeutschland bei Krauss Maffei, ergänzt: „Inzwischen sind bei Ensinger bereits 15 Maschinen von Krauss Maffei im Einsatz, um anspruchsvolle Produktionsaufgaben auf höchstem Qualitätsniveau zu erfüllen.“

Zum Einsatz kommen die Hochleistungsthermoplaste in ganz unterschiedlichen Anwendungen und Branchen. Das fordert Flexibilität. „Unsere Produkte verteilen sich auf mehrere Sparten“, erläutert Killinger. „Neben der Automobilindustrie zählen die Medizintechnik, die Luft- und Raumfahrt sowie die Bau- und Möbelindustrie zu unseren Zielmärkten.“ Diese Diversifizierung erfordert ein großes Spektrum unterschiedlicher Formteile und eine hohe Flexibilität in der Fertigung. Zur Produktpalette gehören beispielsweise Buchsen mit lediglich 0,2 g Gewicht, von denen bis zu 50 Mio. Stück pro Jahr hergestellt werden. Das andere Extrem sind Bauteile für Computertomographen mit einem Gewicht von 1 kg und Stückzahlen von 2.000 pro Jahr. „Für jedes Bauteil entwickeln wir eine individuelle Fertigungsstrategie“, so Killinger.

Dabei stellen nicht nur die Hochleistungskunststoffe sehr spezielle Anforderungen an die Fertigungsanlagen, sondern auch die Komplexität der produzierten Bauteile. Eine der ersten Anwendungen, die Ensinger auf einer Krauss-Maffei-Maschine realisiert hat, ist ein Drehschieber für ein Thermomanagement-Modul für Kraftfahrzeuge. Dieses Modul reguliert die Durchflussmenge des Kühlmittels in Verbrennungsmotoren. Die stufenlose Regulierung verkürzt unter anderem die Warmlaufphase des Motors, so dass sich der Kraftstoffverbrauch und die Abgasemissionen verringern.

Der Drehschieber besteht aus zweiverschiedenen Materialkomponenten im 2K-Verfahren verarbeitet werden. Als Grundmaterial kommt ein PPS mit Glasfaserverstärkung zum Einsatz. Dabei stehen die Einsatztemperatur, die Stabilität und die Reibung im Vordergrund.

Für die Produktion dieses Bauteils verwendet Ensinger eine Krauss Maffei Spritzgießmaschine der GXZ-Baureihe, bei der das zweite Spritzaggregat in der so genannten Huckepack-Anordnung installiert ist. Das 2K-Werkzeug verfügt über mehrere Kavitäten, ebenso kommt ein installierter Drehteller zum Einsatz.

Zu Beginn des Spritzgießzyklus positioniert ein Roboter in jeder Kavität Metalleinleger, die anschließend mit Kunststoff umspritzt werden. Bei diesem Einlegevorgang kommt es vor allem darauf an, dass die Metallteile exakt im Werkzeug positioniert werden. Gemeinsam mit dem Münchner Maschinenbauer hat Ensinger eine prozesssichere Lösung gefunden, mit der die hohen Qualitätsansprüche an der Bauteil zuverlässig erfüllt werden. Killinger: „Unsere Zielvorgabe war, dass am Ende des Prozesses ein fertiges Bauteil ohne Nacharbeit oder Weiterbearbeitungsschritte vorliegt. Dazu mussten komplexe Automationsaufgaben bei der Teileentnahme und der Entgratung gelöst werden. Die Fachkompetenz bei Krauss Maffei im Bereich Automation war dabei ein entscheidender Faktor für die erfolgreiche Zusammenarbeit.“

Die gute Kommunikation zwischen den Automationsexperten auf beiden Seiten führte schnell zu pragmatischen Lösungen. „Darüber hinaus ist die Integration der Robotersteuerung in die Maschinensteuerung ein großer Vorteil“, so Killinger. „Dadurch reduziert sich die Zahl der Schnittstellen und die Bedienung der Anlage wird deutlich vereinfacht.“ Ein weiterer wichtiger Aspekt sei die Flexibilität der Fertigungszellen. Auch während der Serienfertigung könne es vorkommen, dass durch Vorgabe des Kunden noch geringfügige Änderungen am Bauteil erforderlich sind. Killinger: „In solchen Fällen verläuft die Anpassung der Automationskomponenten von Krauss Maffei an die neuen Spezifikationen schnell und reibungslos.“

Die Verarbeitung von glasfaserverstärktem Hochleistungskunststoffen stellt besondere Anforderungen an die Spritzgießmaschine, denn die Massetemperaturen können bis zu 430 °C erreichen. Plastifizierzylinder und Schnecke müssen daher sowohl verschleißfest gegenüber den Glasfasern als auch hochtemperaturbeständig sein. Auch bei diesen extremen Bedingungen arbeitet die GXZ-Maschine präzise und zuverlässig.

Die Werkzeugtemperaturen beim Spritzgießen von diesen Materialen liegen im Bereich von über 180 °C. Als Temperiermedium muss Wasser bei einem Druck von über 10 bar im geschlossenen Kreislauf geführt werden, damit die entsprechenden Temperaturen erreicht werden können. Der relativ hohe Druck erfordert spezielle Dichtungen im Werkzeug. Außerdem besteht die Gefahr, dass Ablagerungen in Kühlkanälen mit kleinen Querschnitten zu Problemen führen. Um hier kein Risiko einzugehen, ist das Kühlsystem zusätzlich mit entsprechenden Durchflussmeldern ausgestattet. Die Überwachung des gesamten Temperiersystems ist ebenfalls in die Steuerung der Krauss-Maffei-Maschine integriert.

Nach den sehr positiven Erfahrungen mit den Krauss Maffei-Anlagen bei der Produktion der Drehschieber startete Ensinger gemeinsam mit Krauss Maffei gleich das nächste Fertigungsprojekt. Killinger beschreibt die Details: „Nun geht es um das Gehäuse des Thermomanagement-Moduls. Dieses Bauteil besteht ebenfalls aus PPS und weist eine außerordentlich komplexe Geometrie auf, da es unter anderem mit mehreren Anschlüssen zum Eintritt und zum Austritt von Kühlmittel ausgestattet ist.“

Für die Produktion des Gehäuses kommt ein Spritzgießwerkzeug mit einigen Kernzügen und Schiebern für die jeweiligen Entformungsrichtungen zum Einsatz. „Welche technische Herausforderung in diesem Bauteil, dessen Gewicht 380 Gramm beträgt, steckt, zeigt schon allein das Werkzeuggewicht von über 4 Tonnen“, erläutert Killinger. Darüber hinaus ist die Auswerferseite des Werkzeugs deutlich schwerer als die Düsenseite. Manuel von Varchmin: „Hier kommen die bekannten Vorteile der GX-Baureihe wie Robustheit, der großzügige Bauraum, lange Öffnungswege und große Aufspannmaße zur Geltung.“ Trotz des großen Werkzeugs beansprucht die Maschine aufgrund der 2-Platten-Technik nur eine relativ geringe Aufstellfläche.

Doch die Zusammenarbeit zwischen Ensinger und Krauss Maffei geht noch weiter. So wurde im Rahmen eines Feldtests eine neue vollelektrische Spritzgießmaschine PX320 von Krauss Maffei in Rottenburg installiert. „Im laufenden Betrieb wurde hier die Praxistauglichkeit und Marktreife der Maschine nachgewiesen“, erläutert von Varchmin.

„Ensinger beschäftigt sich sehr intensiv mit dem Thema Energieeinsparungen“, betont Killinger. „Das Ziel ist natürlich, den Energieeinsatz in der Spritzgießproduktion kontinuierlich zu verringern." Mit dieser Aufgabe beschäftigt sich ein spezielles Energie-Team bei Ensinger. Im Augenblick verfügt das Unternehmen über Maschinen mit einem Standard-Hydraulikkonzept, Maschinen mit servohydraulischem Antrieb und Hybridmaschinen. Killinger: „In Vergleichstests haben wir das gleiche Bauteil auf Maschinen mit verschiedenen Antriebskonzepten hergestellt. Auf die Ergebnisse dieser Untersuchungen können wir nun bei zukünftigen Investitionen in neue Maschinen zurückgreifen.“

sk

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