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Nachhaltigkeit beim Spritzgießen

Spritzgießen neu gedachtNachhaltigkeit als Motor für Qualität und Effizienz

Hartnäckig hält sich die Befürchtung, dass eine nachhaltige Produktion nur auf Kosten von Effektivität und Wirtschaftlichkeit umsetzbar ist. Dass das aber auch ohne Kompromisse bei Leistungsfähigkeit und Profitabilität möglich ist, soll anhand der Entwicklung einer neuen Spritzgießmaschine bewiesen werden. Sie kombiniere bewährte Technologie mit einer aus Einzelkavitäten bestehenden neuen Werkzeugkonstruktion.

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Spritzgießen – Effizienz lässt sich auch auf anderen Wegen erreichen. (Bilder: Jörg Döringer, Freudenberg Sealing Technologies)

Die Vorteile von Einzelkavitäten im Vergleich zu herkömmlichen Mehrfachkavitäten-Werkzeugen liegen nicht offensichtlich auf der Hand. Man muss schon zweimal hinschauen, um sie zu entdecken: Signifikant sind die hohen Material- und Energieeinsparungen, denn in herkömmlichen Produktionsprozessen geht ein Vielfaches des Materials als verfahrensbedingter Abfall verloren. Dieser „engineered waste“ ist abhängig von den Verfahren und Werkzeugkonzepten. Um beispielsweise bei einem Mehrfachprozess alle Kavitäten optimal zu füllen, wird häufig überspritzt. Ein anderes Beispiel sind die „Polster“ an Halbfertigprodukten, um bei der Nachbearbeitung ein prozesssicheres Abstechen zu gewährleisten.

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Schlanke und ressourcenschonende Produktion

Das Konzept der neuen Spritzgießentwicklung, bestehend aus der Maschine und einer ersten Automatisierungsgeneration, wurde ursprünglich bei Freudenberg Sealing Technologies in den USA entwickelt. Im Vergleich zu bestehenden Prozessen bietet sie nach Unternehmensangaben kürzere Heizzeiten und ein direktes Anspritzen der Teile, die nach der Formgebung fertig aus der Maschine fallen (Net Shape). Dadurch entsteht kein verfahrensbedingter Abfall – sichtbar ist nur der Anspritzpunkt als runder Abdruck. Nachgeschaltete Arbeitsgänge entfallen und damit auch zusätzliche Qualitätsrisiken, die durch eine notwendige Nachbearbeitung entstehen könnten. Das reduziert Ressourcen, Fertigungstiefe sowie Durchlaufzeiten. Anspritzreste, die in herkömmlichen Spritzgießverfahren – je nach verwendetem Material und Anspritztechnik – entweder als Abfall verloren gehen oder aufwändig wiederverwertet werden müssen, entfallen hier komplett. Abfallreduzierung und Kosteneinsparungen sind die Ziele.

Höhere Qualität und Wirtschaftlichkeit

Dass Qualitätssteigerungen keinen negativen Einfluss auf die Wirtschaftlichkeit von Prozessen haben müssen, zeigt zum Beispiel die Umsetzung japanischer Qualitätsstandards in der Automobilindustrie. Qualitätsverbesserungen basieren hier auf der Verringerung von Abfall und tragen sich somit selbst. Auch der Wegfall von Produktionsschritten führt zu strafferen und damit weniger anfälligen Prozessen, die damit gleichzeitig die Qualität und die Wirtschaftlichkeit der Produktion verbessern. Freudenberg Sealing Technologies hat sich zudem für einen vertikalen Prozess entschieden. Dieser ist für die Zuführung von Einlegteilen deutlich vorteilhafter, da ein weiteres Handling bei der Positionierung entfällt. Zudem werden die Teile lagerichtig aus dem Prozess entnommen, um sie bei Bedarf mit entsprechender Ausrichtung auf einem Förderband abzulegen und visuell prüfen zu können.

Bedarfsgerechte, flexible Produktion

Mehrkavitäten-Spritzgießmaschinen produzieren hohe Stückzahlen in kurzer Zeit. Dies kann dazu führen, dass die Kapazitäten höher sind als der tatsächliche Bedarf. Dies führt zu häufigen Werkzeugwechseln. Mit Einzelkavitäten lässt sich exakt die Menge produzieren, die benötigt wird. Das ist bei kleinen Chargen von Vorteil, da es die Flexibilität der Produktion erhöht. Zudem läuft eine Einzelkavität im Vergleich zu einem Mehrfachwerkzeug deutlich länger im Produktionsprozess und lässt sich dadurch optimal auf die Maschine abstimmen. Das wiederum reduziert Abweichungen in der Fertigung und die daraus entstehenden Kosten. Ein stabilerer Prozess mit sehr genauer Kenntnis aller Parameter führt darüber hinaus zu einer effizienteren Abstimmung der Materialien und Rohstoffe.

Einzelkavitäten im Parallelbetrieb

Kurze Durchlaufzeiten bedeuten auch, schnell auf Veränderungen reagieren zu können. Beispielsweise was die erforderlichen Produktionsmengen angeht – vom Prototyp über die Nullserie bis zur Serie. So ist eine einfache und kostengünstige Kapazitätserweiterung bei Bedarf jederzeit möglich (Ramp-up / Ramp-down). Hinzu kommt die hohe Verfügbarkeit, denn der gleiche Artikel kann auf mehreren Maschinen gleichzeitig gefertigt werden; fällt eine aus, produzieren die anderen weiter. Ziel dieser Singlecavity-Entwicklung ist auch die Standardisierung kleiner, flexibler Maschinen mit geringem Platzbedarf in gleicher Tonnage. Jede Maschine ist nach vergleichsweise kurzer Rüstzeit und kurzem Anfahrprozess für die Fertigung anderer Produkte einsetzbar. Mehrfachkavitäten müssen dagegen aufgrund ihrer Komplexität sehr viel genauer ausbalanciert werden und sind größtenteils auf spezielle Produkte ausgerichtet.

Vergleichstests bestätigen Qualität

Damit ein Vergleich zu bestehenden Artikeln aus Mehrfachkavitäten gezogen werden konnte, kamen in den Tests Originalmaterialmischungen von Freudenberg Sealing Technologies zum Einsatz. Dabei reichten die produzierten Artikel vom klassischen Nutring-Design bis zu Dichtungen mit Einlegeteilen. Die Messwerte der Artikel aus der neuen Maschine mit 2- und 3-teiligen Werkzeugen stimmen alle mit denen aus laufenden Prozessen überein. So zeigt beispielsweise ein Test des Zugverformungsrests ein identisch hohes Rückstellvermögen; ein Parameter, der auch eine Aussage über den im Prozess erreichten Vernetzungsgrad zulässt.

Trotz der bereits erzielten guten Ergebnisse arbeitet die Entwicklungsabteilung weiter an der Optimierung der Temperaturführung im Kaltkanal und einer noch besseren thermischen Trennung im Werkzeugaufbau. Eines der Ziele ist, die Durchlaufzeiten nochmals zu reduzieren, um die Wirtschaftlichkeit zu erhöhen und schneller auf Kundenbedürfnisse reagieren zu können. Damit geht Freudenberg Sealing Technologies einen weiteren Schritt in Richtung Nachhaltigkeit – und ganz ohne Kompromisse bei Qualität und Wirtschaftlichkeit.

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