Flexibilität und Effektivität in der Spritzgusstechnologie

Befestigung von Werkzeugen (Formen) in Spritzgießmaschinen

Der Werkzeugwechsel in Spritzgießmaschinen kann sehr zeit- und kostenintensiv sein. Mit Schnellspann-Vorrichtungen und Heißkanal-Adapterplatten kann dieses Problem gelöst und Zeit sowie Kosten gespart werden. A&E entwickelt projektspezifisch diese Platten.

Werkzeuge (Formen) werden auf der festen und der beweglichen Werkzeugaufspannplatte in Spritzgießmaschinen mit horizontal angeordneten Schießeinheiten befestigt. Auch in Spritzgießmaschinen mit vertikal angeordneten Schließeinheiten (umgangssprachlich Vertikalmaschinen) erfolgt der Einbau zwischen der oberen und der unteren Werkzeugaufspannplatte.

Die Befestigung beider Werkzeughälften – der auswerfer- und der düsenseitigen Werkzeughälfte – erfolgt mittels Spannbratzen oder direkt mit Befestigungsschrauben, die die Spannplatten der Werkzeuge fest mit den Spannplatten der Spritzgießmaschine verbinden. Dabei ist es unerheblich, ob die Werkzeugaufspannplatten der Spritzgießmaschinen Gewindebohrungen nach EUROMAP 2 oder auch T-Nuten haben.

Bei häufigen Wechseln, insbesondere bei größeren Werkzeugen, wird der Ein- und Ausbau der Werkzeuge schnell zu einem nicht unerheblichen Zeit- und Kostenfaktor. Um den Werkzeugwechsel zu vereinfachen und zu verkürzen, werden mechanische, hydraulische und elektromagnetische Schnellspanneinrichtungen von verschiedenen Firmen am Markt angeboten.

Anforderungen bei häufigem Werkzeugwechseln

Heißkanal-Adapter-Platte 600 x 600 x 140mm mit mechanischer Schnellspannvorrichtung

In jedem Fall müssen die Schnellspanneinrichtungen sicherstellen, dass das Werkzeug fest und damit „unbeweglich“ mit den Aufspannplatten der Spritzgießmaschine verbunden ist und es auch während der Öffnungs-, der Schließbewegungen sowie dem Auf- und Abbau der Schließ- und der Düsenanlagekräfte, den Auswerfer-, den Kernzugbewegungen und Bewegungen weiterer Werkzeuganbauten nicht zu Relativbewegungen zwischen den Werkzeughälften und den Maschinenplatten kommt.

 

Mit dem Aufkommen der sogenannten „Mehrkomponenten“-Spritzgießtechnologien seit den 1970er Jahren – ein Werkzeug verfügt dabei über mehrere Angießbuchsen für gleiche oder unterschiedliche Polymerschmelzen – wurden auch Spritzgießmaschinen mit mehreren Spritzeinheiten entwickelt und gebaut. Die Lagen/Positionen der Angießbuchsen an den Mehrkomponenten-Werkzeugen werden durch das herzustellende Formteil bestimmt. Die Lagen/Positionen der Spritzeinheiten der Spritzgießmaschinen sind dann so auszuführen, dass die Düsen der Spritzeinheiten die jeweiligen Angießbuchsen erreichen und die Schmelzen in die Werkzeugkavitäten eingespritzt werden können. 

Best practises

Tritt der Fall ein, dass ein Mehrkomponenten-Spritzgießwerkzeug auf eine Maschine mit einer anderen Anordnung der Spritzeinheiten als ursprünglich vorgesehen eingebaut werden soll, können mit Heißkanal-Adapterplatten die Schmelzeverbindungen zwischen Düse der Spritzeinheit und Werkzeugangießbuchse wiederhergestellt werden. Werden Werkzeuge auf Maschinen mit solchen Heißkanal-Adapterplatten öfter gewechselt können auch für diese Anwendungen Schnellspanneinrichtungen mit verwendet werden, wie zwei nachfolgende Beispiele zeigen. Solche Heißkanal-Adapterplatten werden von A&E jeweils projekt- bzw. kundenbezogen entwickelt und gefertigt.

Heißkanal-Adapterplatte 2.900 x 1.790 x 190mm mit magnetischer Spannplatte, Montagesituation

Verwendung einer mechanischen Schnellspanneinheit mit einer Heißkanal-Adapterplatte

Explosionsdarstellung Magnetspannplatte, Heißkanal-Adapterplatte, feste Werkzeugaufspannplatte der Maschine (von links nach rechts)

Eine Spritzgießmaschine DEMAG ergotech 100/420-310 mit einer vertikal angeordneten Spritzeinheit erhielt eine Heißkanal-Adapterplatte, die die Schmelze von der Düse der vertikalen Spritzeinheit in die Mitte der festen Werkzeugaufspannplatte der Maschine leitet, so dass Spritzgießwerkzeuge mit mittig auf der düsenseitig angeordneter Angießbuchse auch auf dieser Maschine zum Einsatz kommen konnten. Die Düsenanpresskraft des Heißkanals zur Werkzeugangießbuchse wird über eine mechanisch zu betätigende Klemmeinrichtung aufgebracht. Um schnelle Werkzeugwechsel zu realisieren, wird das Werkzeug auf der Heißkanal-Adapterplatte mittels einer mechanischen Schnellspannvorrichtung befestigt. Die Klemmkraft wird über einen Bajonettverschluss zwischen Werkzeug und Heißkanal-Adapterplatte aufgebracht. Beim Betätigen des seitlich angebrachten Hebels rastet der am Hebel angebrachte Bajonettverschluss in die an der Werkzeugzentrierung angebrachten Gegenstücke ein und die Klemmkraft wird aufgebracht. Der Bajonettverschluss ist in der Selbsthemmung, das Werkzeug ist sicher geklemmt.

Heißkanal-Adapterplatte für die Zusammenführung der Schmelzen von zwei, horizontal parallel angeordneten, spritzeinheiten in Verbindung mit magnetischen Schnellspannplatten.

Für Spritzgießmaschinen ENGEL DUO 1700 2F und ENGEL DUO 2700 werden jeweils in einer Heißkanal-Adpaterplatte die Schmelzeströme beider Spritzeinheiten auf eine Werkzeugangießbuchse – Schmelzeführung von „zwei auf eins“ – zusammengeführt. Werden Werkzeuge eingebaut, die mit nur einem Schmelzestrom zum Füllen der Formteile auskommen, kann der Heißkanal in der Adapterplatte ausgebaut und durch einen Heißkanal ersetzt werden, der nur den Schmelzestrom einer Spritzeinheit auf die mittig angeordnete Werkzeugangießbuchse leitet. Da beide Spritzeinheiten symmetrisch zur Mitte der festen Werkzeugaufspannplatte der Maschine angeordnet sind, kann der Heißkanal die Düse der einen oder der anderen Spritzeinheit mit der Werkzeugangießbuchse verbinden – Schmelzeführung von „eins auf eins“. Eine weitere Besonderheit dieser Heißkanal-Adapterplatten besteht darin, dass die Düsenanpreßkräfte der Spritzeinheiten in der Adapterplatte aufgenommen werden und die Anpreßkraft der Heißkanaldüse durch Federpakete in der Adapterplatte aufgebaut wird. Der Heißkanal ist in der Adapterplatte so gelagert, dass die Heißkanaldüse einen Hub ausführen kann, um unterschiedliche Lagen/Positionen der Werkzeugangießbuchsen in Bezug zur Aufspannebene zu erreichen.

Auch für diese Heißkanal-Adapterplatten sind, da häufige Werkzeugwechsel in der Produktion vorgesehen sind, magnetische Schnellspannplatten vorgesehen. Dem Kunden ist es dabei überlassen, ob er die Magnetspannplatte zwischen Werkzeug und Heißkanal-Adapterplatte oder zwischen Heißkanal-Adapterplatte und fester Maschinenplatte einbaut.

Neben einer permanent wirkenden Spannkraft der Schnellspannvorrichtung bzw. der magnetischen Spannplatte ist sicher zu stellen, dass die nicht sichtbare Verbindung zwischen Werkzeugangießbuchse und Heißkanaldüse stets frei von Schmelzeleckage bleibt.

Dafür bietet A&E Produktionstechnik GmbH einen pneumatischen Leckage-Sensor an. Über eine, in Düsennähe, angeordnete Kapillare strömt permanent ein kleiner Druckluftstrom. Beim Auftreten von Schmelzelekage steigt der Druck in der Kapillare und die Sensor-Steuerung erzeugt ein optisches uns akustisches Warnsignal.

Die Heißkanal-Adapterplatten mit den Schnellspannvorrichtungen bzw. den magnetischen Spannplatten sind seit 2017 in Produktion.

Airtect-Schmelze-Leckage-Sensor – Ansicht Heißkanaldüse mit Airtect-Kapillare

„Beim Einsatz von Rezyklaten muss die Wirtschaftlichkeit beachtet werden“

Interview mit Dr.-Ing. Volker Reichert, Geschäftsführer der A & E Produktionstechnik GmbH

Dr. Volker Reichert - Geschäftsführer der A&E GmbH

Kann das Sandwich-Spritzgießen, für das Ihr Unternehmen eine spezielle Düse entwickelt hat, einen Beitrag zur Verwertung von Recycling-Kunststoffen leisten?

Dr. Reichert: Sandwich-Spritzgießen ist eine Möglichkeit, Recycling-Kunststoffe sinnvoll wieder zu verarbeiten. Ein Allheilmittel ist es nicht, da für die Herstellung neuer Formteile ebenfalls wieder neuer Kunststoff benötigt wird und die Recycling-Kunststoffe über eine angemessene Qualität verfügen müssen. Das Verfahren benötigt immer zwei aus verschiedenen Materialien bestehende Schmelzströme, so dass auch die höheren Investitions- und Betriebskosten bei Fragen der Wirtschaftlichkeit berücksichtigt werden müssen.

Man kann also nicht unsortierte und schlecht aufbereitete Rezyklate quasi in der Mittelschicht verstecken?

Dr. Reichert: Wenn hochwertige Teile produziert werden sollen, müssen auch hochwertige Rezyklate verarbeitet werden. Wenn man für hochwertigen technischen Kunststoff  zwei- oder dreistellige Eurobeträge pro Kilogramm bezahlt, dann kann man keine Rezyklate einfüllen, die vielleicht nur im Cent-Bereich liegen. Prinzipiell geht es natürlich, Kunststoffe aus dem Gelben Sack mechanisch zu recyceln. Aber die daraus gefertigten Bauteile würden die an sie gestellten Anforderungen kaum erfüllen können.  Unter Recycling- beziehungsweise Kreislauf- Aspekten sollte versucht werden, gleiche Materialien für Haut- und für  Kern zu verwenden. Hierbei kann davon ausgegangen werden, dass die Materialeigenschaften annähernd gleich sind. Wenn man Sandwich-Teile aus verschiedenen Kunststoffen spritzt, hat man später auch wieder das Problem, dass man sie beim Recycling trennen muss.

Das Sandwich-Verfahren gibt es schon Jahrzehnte. Wird es durch die aktuelle Entwicklung hin zu mehr Rezyklateinsatz an Bedeutung gewinnen?

Dr. Reichert: Das Verfahren hat immer ein Nischendasein gefristet. Ich glaube nicht, dass die Bedeutung durch die aktuelle Diskussion exorbitant zunehmen wird. Die Wachstumsraten werden sich möglicherweise nicht von denen der letzten Jahre unterscheiden.

Gleichwohl steigt der Druck, Rezyklate einzusetzen.

Dr. Reichert: Manche unserer Kunden, das sind die Spritzgießer, möchten nicht, dass die Käufer der Formteile wissen, dass Rezyklat verarbeitet wurde. Gegenwärtig stellen wir aber auch fest, dass unter den Stichworten Kreislaufwirtschaft und Ressourcenschonung der Rezyklatanteil durchaus mit angegeben wird. Das Problem ist aber, mit der Rezyklatverarbeitung übernimmt der Spritzgießer die Verantwortung, dass die Formteile mit Rezyklat die vorgegebenen Spezifikationen auch erfüllen. Das führt bei hochwertigen Teilen zu erneuten Prüfungen und Zertifizierungen. Diese Kosten müssen ja dann auch wieder erwirtschaftet werden. Allein der geringe Preis für Rezyklate – sollte er überhaupt niedriger sein – wird da in vielen Fällen nicht ausreichen.

Den höheren Kosten steht zunehmend der ökologische Nutzen gegenüber.

Dr. Reichert: Generell gilt: Wer Rezyklate anstelle von Neuware einsetzt, hat einen ökologischen Vorteil. Bei der Herstellung von Rezyklat wird nicht so viel CO2 freigesetzt wie bei Neumaterial. Bislang hat dieser Aspekt kaum eine Rolle gespielt, aber das ändert sich gerade. Es ist abzusehen, dass die Verarbeiter, also unsere Kunden, gesetzlich dazu verpflichtet werden, den CO2-Fußabdruck für ihre Produkte anzugeben. Angenommen, der Fußabdruck für Neumaterial liegt bei 100 und bei Rezyklat nur bei 50 Kilogramm CO2 pro eingesetzter Kunststoffeinheit, dann wird der Einsatz von Rezyklat auf einmal sehr wichtig. Man findet heute schon bei Rezyklatherstellern Angaben darüber, um wie viel kleiner der CO2-Fußabdruck bei ihren Produkten gegenüber Neumaterial ist. 

CO2-Fußabdruck verringern ist das eine, zugleich soll aber die Funktionalität gleich bleiben.

Dr. Reichert: So ist es. Und da hat das Sandwichverfahren durchaus Vorteile. Es gibt mittlerweile Additive, die bewirken, dass die mechanischen Eigenschaften der Rezyklate sogar verbessert werden. Die Rezyklate werden ja im Zuge der mehrmaligen Wiederaufbereitung immer schlechter, weil sich die Molekülketten abbauen. Es gibt jetzt Möglichkeiten, die Rezyklate so zu verkaufen, dass sie Neumaterial nahezu ebenbürtig sind. Ein solches hochwertiges wiederverwertetes Material lässt sich ideal als Mittelschicht in Sandwich-Bauteile spritzen.

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Die Welt steht vor großen Herausforderungen: Der Klimawandel muss bekämpft werden, die Umwelt muss geschützt und die Ressourcen müssen geschont werden. Auch gilt es, die Chancen der Digitalisierung sinnvoll zu nutzen.  Die Kunststoffindustrie hat in diesem Prozess eine Schlüsselrolle, denn Kunststoffe sind auf der Welt allgegenwärtig. 

Klimaschutz, Digitalisierung und Kreislaufwirtschaft sind daher auch die drei großen Themen auf der K 2022, der weltweiten Leitmesse der Kunststoffindustrie. Zur Einstimmung auf das Branchentreffen im Herbst 2022 lässt der VDMA Vertreter des Kunststoffmaschinenbaus und aller anderen Stakeholder der Branche in wöchentlichen Interviews zu Wort kommen.  

Lüfterrad
Abb. 1: Lüfterrad aus PBT/PBT-Rezyklat; Quelle: Firma CKT-Ökoplast GmbH 2021

Verdeckte (Schmelze-)Verbindungen

Verdeckte Verbindungen (Verbindungen, die für den Maschinenbediener bzw. -einrichter nicht direkt einsehbar sind), die in der Heißkanaltechnik eingesetzt werden, bergen immer die Gefahr auftretender Schmelzeleckagen. Diese überspritzten Heißkanäle wieder „flott zu bekommen“ ist eine aufwändige Angelegenheit – Demontage, thermische und mechanische Reinigung, erneute Montage. Nicht selten sind diese Reinigungen auch mit dem kompletten Ersatz der elektrischen Widerstandsheizungen verbunden.

Bei den Heißkanal- und 2K-Sandwich-Zwischenplatten von A&E Produktionstechnik ist die form- und kraftschlüssige Verbindung zwischen der Werkzeugangießbuchse und der Heißkanaldüse nach dem Werkzeugeinbau ebenfalls verdeckt.

Da die Heißkanäle in den A&E-Zwischenplatten, um unterschiedlich tiefe Lagen der Werkzeugangießbuchsen einfach zu erreichen, einen Hub ausführen können, wird vom Maschineneinrichter eine besonders hohe Sorgfalt verlangt, diese Verbindung leckagefrei einzustellen.

Als einfaches Hilfsmittel wird dem Kunden eine einstellbare Konturschablone mitgeliefert.

Somit kann vor Werkzeugeinbau überprüft werden, ob die Heißkanaldüse ohne Bauteilkollision sicher die Werkzeugangießbuchse erreicht.

Bei Heißkanal- und 2K-Sandwich-Zwischenplatten, bei denen die Düsenanpreßkraft zur Werkzeugangießbuchse in der Stahlplatte erzeugt wird, kann die exakte Düsenposition an der Düsenverstelleinrichtung abgelesen werden.

Als ein weiteres Hilfsmittel an dieser Stelle Schmelzeleckagen zu vermeiden, setzt A&E einen Sensor der irischen Firma Airtect ein. Dieser Sensor besteht aus einem luftdurchströmten Kapillarröhrchen und einer Auswerteelektronik. Das Kapillarröhrchen wird in unmittelbarer Nähe der Schmelzebohrung der Düse angebracht.

Tritt Schmelze aus der Verbindung Werkzeugangießbuchse-Heißkanaldüse aus, steigt der Druck der ausströmenden Luft in dem Kapillarröhrchen. Diese Druckänderung wird von der Sensor-Elektronik erfasst und es wird ein optisches und/oder akustisches Signal erzeugt. Das Signal kann aber auch über eine entsprechende Schnittstelle in der Maschinensteuerung weiterverarbeitet werden, um beispielsweise einen Alarm oder eine Fehlermeldung auslösen.

Entwicklung innovativer Spritzgießtechnologien

Automatisierung und Entwicklung innovativer Spritzgießtechnologien aus Expertenhand

A&E wie Automatisierung und Entwicklung oder auch Absatz und Effizienz. Die A&E Produktionstechnik GmbH aus Dresden bietet Beides. Bereits seit 2002 entwickelt, produziert und vertreibt das sächsische Unternehmen flexible Einspritzlösungen für Ein- sowie Mehrkomponenten- und für Vertikalspritzgießmaschinen. Hauptschwerpunkt der Entwicklungsarbeit liegt auf der Steigerung der Effizienz und der kostensparenden Flexibilisierung von Ein- sowie Mehrkomponenten- und Vertikalspritzgießmaschinen. Eine der innovativsten Technologien des Unternehmens sind die A&E-Sandwich-Platten. Sie ermöglichen es Kunststoffverarbeitern, ihre Spritzgießmaschinen kostengünstig auf das Sandwich-Spritzgießverfahren umzurüsten und so zum Beispiel die gesetzlichen Vorgaben der EU und der Bundesregierung durch den Einsatz von Rezyklaten einzuhalten. Der Vorteil: Sie müssen sich nicht mit den klassischen Problemen auseinandersetzen, die bei der gesetzlich geforderten Wiederverwendung von Altkunststoffen auftreten, z. B. die Verschlechterung der Eigenschaften durch die Verwendung von Altkunststoffen. Beim Sandwich-Spritzgießverfahren werden Sekundärrohstoffe, d. h. Kunststoffe, die bereits mindestens einmal entsorgt wurden, zur Herstellung neuer Produkte genutzt – in diesem Fall Formteile aus Kunststoff. Hier werden die Altkunststoffe im Inneren des Formteils „versteckt“, ohne dass sich die Eigenschaften des Formteils durch den Altkunststoff verschlechtern. Voraussetzung ist die Begleitung der Verarbeitung von Rezyklaten im Sandwich-Verfahren durch Fachleute. Das Sandwich-Verfahren beschränkt sich aber nicht nur diese Anwendung. Es ist beispielsweise auch möglich, das Kernmaterial aufzuschäumen – ideal für Leichtbauanwendungen.

Umlenkung unten

Effiziente Nutzung

Mehr Effizienz und/oder Flexibilität bei der Nutzung von Spritzgießmaschinen bieten die Heißkanal-Zwischenplatten von A&E. Das Prinzip ist einfach. Heißkanäle in Zwischenplatten verbinden die Düsen der Spritzeinheiten mit den Werkzeugangießbuchsen, wenn deren Positionen verschieden sind. Aufgrund der sicheren, einstellbaren kraftschlüssigen Verbindung der Werkzeugangießbuchse zur Heißkanaldüse wird höchste Leckagesicherheit geboten. Die Heißkanäle sind in den Zwischenplatten verschiebbar gelagert, um unterschiedliche Positionen der Werkzeugangießbuchsen in Bezug zur Aufspannfläche zu erreichen. Über eine Stelleinrichtung wird die Anlagekraft der Heißkanaldüse zur Werkzeugangießbuchse erzeugt. Die Anlagekraft zur Werkzeugangießbuchse ist unabhängig von der Maschine stufenlos einstellbar und kann permanent oder zyklisch wirken.

Die Vorteile liegen auf der Hand: Durch die Nutzung der Heißkanal-Zwischenplatten ist kein Maschinen- und/oder Werkzeugumbau notwendig, wenn die Positionen/Lagen der Düsen der Spritzeinheiten nicht mit denen der Werkzeuge übereinstimmen.

Die Heißkanal-Platten können genauso einfach, wie bei einem herkömmlichen Werkzeugeinbau und -ausbau montiert bzw. demontiert werden. Tritt ein Servicefall ein, kann der Heißkanal einfach aus der Stahlplatte demontiert und gewartet werden. Das reduziert die Ausfallzeiten sowie die Kosten auch bei einem häufigen Wechsel des Werkzeugs und steigert die Standzeiten. Zusätzlich können Sensoren, z. B. zur Überwachung der Düsenanlagekraft, eingebunden und die Spritzgießmaschine um zusätzliche Spritzgießsonderverfahren erweitert werden.

Die Anpassung an die Kundenmaschine und die Fertigung der Heißkanal-Zwischenplatten von A&E erfolgt auftragsbezogen. Sie eignen sich somit für 1K-, 2K- und auch für Vertikal-Maschinen

Ein Team aus kompetenten Ingenieuren, Ingenieurinnen, Technikern und Technikerinnen erarbeitet für Ihre Maschinen-Werkzeug- und Prozess-Anpassungen wirtschaftliche Lösungen und nimmt diese auch auf Ihren Maschinen in Betrieb. A&E steht für Applikationen und Entwicklungen für die Kunststoffverarbeitung und beweist seit fast zwei Jahrzehnten eine hohe Qualität in der Produktion, Zuverlässigkeit und Innovation. Mehr Effizienz und höherer Absatz mit den Technologien aus Sachsen.

Altkunststoffe neuen Anwendungen zuführen

A&E Sandwichplatte

Kunststoffverarbeiter müssen zukünftig für oder in ihren Kunststoffprodukten einen Anteil Altkunststoffe (Rezyklate = Mahlgut, Re-Granulate) einsetzen. Das sind gesetzliche Vorgaben der EU und der Bundesregierung. Um diese Vorgaben erfüllen zu können, sind eine Vielzahl von Maßnahmen erforderlich. Um Altkunststoffe weiterzuverwenden, zu recyceln, gibt es mehrere Technologien:

  • mechanisches Recycling, d. h. Thermoplaste wieder aufschmelzen und im Spritzgießen und/oder mit Extrusion wieder zu neuen Produkten verarbeiten
  • chemisches Recycling, d. h. Altkunststoffe werden durch chemische Verfahren in ihre Bestandteile (Molekülketten) zerlegt. Dabei erfolgt eine Trennung von „Fremdbestandteilen“. Die Molekülketten werden dann wieder in weiteren chemischen Prozessen zu neuen Kunststoffen.
  • thermisches Recycling, d. h. Verbrennen, Nutzung der Verbrennungswärme. Diese Technologie ist angesichts des Klimawandels nicht mehr praktikabel, da bei der Verbrennung auch CO2 entsteht.

Natürlich ist es möglich, die alten Formteile zu zerkleinern, wieder aufzuschmelzen und sofort neue Formteile im Spritzgießen herzustellen. Das wird auch in großem Umfang gemacht und ist Stand der Technik, aber dies ist nicht mit allen Altkunststoffen so einfach. Altkunststoffe sind meist verschmutzt und bestehen oft aus mehreren verschiedenen Kunststoffen. Darüber hinaus verschlechtern sich durch die erneute Verarbeitung bestimmte Eigenschaften (mechanische Festigkeitswerte).

Ebenfalls problematisch ist beim Kunststoff-Recycling das Erfassen der Altkunststoffe. Um Altkunststoffe wirtschaftlich nutzen zu können müssen diese:

  • sortenrein sein,
  • frei von Verunreinigungen und Fremdkörpern (Steinchen, Glas, Keramik…),
  • in genügenden Mengen sicher verfügbar sein,
  • durch die erneute Verarbeitung nicht in größerem Maße schlechtere Eigenschaften aufweisen.

Bei den herkömmlichen Altkunststoffen kommen aber Millionen Tonnen verschiedener Kunststoffe zusammen. Verschiedene Altkunststoffe können damit nicht direkt wieder zu neuen Teilen verarbeitet werden.

Sandwich-Verfahren: wirtschaftliche Verarbeitung von Altkunststoffen

Das Sandwich-Verfahren (Coinjektion/coinjection) bietet für die Verarbeitung von Altkunststoffen eine Lösung – das Sandwich-Spritzgießen, das für die Produktion von Formteilen aus Kunststoff angewendet wird. Beim Sandwich-Verfahren werden die Altkunststoffe im Inneren des Formteils „versteckt“, ohne dass sich die Eigenschaften des Formteils durch den Altkunststoff verschlechtern. Altkunststoffe auf diese Art zu verarbeiten, ist somit eine Möglichkeit des mechanischen Recyclings.

Der heiße und flüssige Kunststoff wird in ein temperiertes Werkzeug eingespritzt, kühlt dort ab und härtet aus. Dem Spritzgießen von Thermoplasten liegt der Quellflusseffekt zugrunde: Die Kunststoffschmelze fließt in der Werkzeug-Kavität (formbildender Hohlraum) vom Anspritzpunkt bis zum Fließwegende durch bereits erstarrte Schmelze. Diese bildet die Formteiloberfläche („Haut“). Wird während des Einspritzens – während der Formfüllung – auf einen anderen Schmelze-Typ gewechselt, z. B. es wird Schmelze aus Rezyklat eingespritzt, verbleibt diese im Kern des Formteils, umgeben von einer „Haut“ aus z. B. neuem Kunststoff.

Je nach Formteilgeometrie und verwendeten Thermoplast-Typen ermöglicht das Verfahren das Einspritzen von bis zu 60 % Kernmaterial, beispielsweise Rezyklat/Altkunststoffe, ins Innere der Formteile. Der Altkunststoff ist dann nicht mehr sichtbar (siehe Abb. 1 rot) und die Eigenschaften dieser Teile unterscheiden sich nicht von denen, die aus 100 % Neumaterial gespritzt werden. Die Natur hält dafür ein gutes Beispiel bereit. Die Knochen von Vögeln bestehen beispielsweise aus einer kompakten Oberfläche (Haut), sind aber im Inneren weitestgehend hohl. Die Natur hat hier förmlich „Leichtbau“ betrieben. Das Gewicht wird reduziert, überflüssiges Material weggelassen. Die mechanischen Belastungen werden nur durch die kompakte Haut übertragen, nicht durch das Innere. Beim Sandwich-Spritzgießen wird also „überflüssiges“ Material im Inneren durch die Altkunststoffe ersetzt.

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Abb. 1: Sandwich-Spritzgießen – prinzipieller Verfahrensablauf (Einspritzreihenfolge von links nach rechts)

Wirtschaftlicher und umweltfreundlicher Kunststoff mit dem Sandwich-Verfahren

 Durch die Verwendung von Altkunststoffen bietet das Sandwich-Spritzgießen einen wirtschaftlichen Vorteil: Rezyklate sind nicht so teuer wie Neumaterial. Das kommt dem Unternehmen zugute. Ein weiterer, wesentlicher Vorteil ist der Umweltaspekt. Altkunststoffe werden auf diese Weise einer neuen Verwendung zugeführt und die Umweltbelastung reduziert. Die Anwendung des Verfahrens beschränkt sich nicht auf neue Formteile. Auch bereits produzierte Formteile können auf die Herstellung mit diesem Verfahren umgestellt werden. Voraussetzungen für das Sandwich-Spritzgießen ist das Maschinen- und Prozess-Know-how, Zwei-Komponenten-Spritzgießmaschinen und Kaltkanal-Stangenguss-Werkzeuge.

Beste Lösung aus Experten-Hand

A&E Produktionstechnik GmbH bietet dafür seit 2002 die entsprechende Düsentechnik und das Prozess-Know-how sowohl für neue als auch für bereits in Produktion befindliche Maschinen an. 2K-Sandwich-Einheiten, die in verschiedenen „Gehäusen“ eingebaut werden, sind Bestandteil dieser Produktfamilie. 2K-Sandwich-Einheit steht für Zwei-Komponenten-Sandwich-Düsen bzw. -Ventile, mit denen das Sandwich-Spritzgieß-verfahren (Coinjektion) auf Mehrkomponenten-Spritzgießmaschinen durchgeführt werden kann. Unser Team mit kompetenten Ingenieuren, Ingenieurinnen, Technikern und Technikerinnen erarbeitet für Ihre Maschinen-Werkzeug- und Prozess-Anpassungen wirtschaftliche Lösungen und nimmt diese auch auf Ihren Maschinen in Betrieb. A&E steht für Applikationen und Entwicklungen für die Kunststoffverarbeitung und beweist seit fast zwei Jahrzehnten eine hohe Qualität in der Produktion, Zuverlässigkeit und Innovation.