Wohin 2018 der Trend bei Spritzgussmaschinen geht

Wie im gesamten Maschinenmarkt steigen die Anforderungen auch an Spritzgussmaschinen fortwährend, sodass Hersteller eine immer höhere Innovationsfähigkeit beweisen müssen. Für die Forderung „höher“ scheint es dabei keine Grenze zu geben: höhere Produktivität, höhere Standzeiten, höhere Produktflexibilität, höhere Energieeffizienz, höhere Qualität. Beim Spritzgießen werden sowohl hydraulische, elektrische als auch hybride Maschinen eingesetzt, wobei die hydraulischen Systeme den Markt dominieren. Doch warum ist das so? Welche Vorteile bringt dem Anwender bei welchem Einsatz ein hydraulisches System?

Übereinstimmend stellen Spritzgussmaschinenhersteller fest, dass es in erster Linie darauf ankommt zu ermitteln, um welche Einsatzfälle es bei der Maschine des Kunden gehen soll, um anschließend das Antriebskonzept auf die Anwendung abzustimmen. Dabei wird immer wieder zugunsten der hydraulischen Systeme entschieden. „Bei Standardanforderungen im seriellen Zyklusbetrieb ist und bleibt das Preis-Leistungs-Verhältnis der hydraulischen Maschinen unschlagbar“, so Heinz Gaub, Geschäftsführer Technik bei Arburg.

Dabei lässt sich die hydraulische Variante durchaus von den anderen Systemen beeinflussen, denn die hydraulische Standardmaschine gibt es in Europa schon lange nicht mehr. Zwar gibt es hier keine technischen Sensationen, doch das ist von deutschen Maschinenbauern auch nicht zu erwarten. Vielmehr entwickeln sie leise, aber kontinuierlich immer neue Details, um ihre Produkte zu verbessern. „Die klassische analoge Hydraulik wandelt sich mehr und mehr zu einer vernetzbaren, digitalen Fluidtechnologie“, erklärt Dirk-Walter Herold, Leiter Vertrieb Branche Kunststoff- und Druckgießmaschinen von Bosch Rexroth. „Drehzahlvariable Pumpenantriebe haben Energieverbrauch und Geräuschentwicklung reduziert und intelligente Ventile fügen sich über offene Standards wie Multi-Ethernet-Schnittstellen in unterschiedliche Automatisierungstopologien ein“, gibt Herold einige Beispiele.

Heinz Gaub ergänzt: „Die hydraulischen Allrounder-Spritzgießmaschinen können optimal auf die Arbeit mit allen bekannten Spritzgießverfahren abgestimmt werden und bieten eine Vielzahl an Ausstattungsoptionen und Kombinationsmöglichkeiten. Mit der Ausbaustufe ‘lagegeregelte Schnecke’ lässt sich eine mit elektrischen Maschinen vergleichbare Reproduzierbarkeit beim Einspritzen erreichen.“

Franz Pressl gibt ein Beispiel speziell für den technischen Spritzguss: „Für den Spritzguss außerhalb der High-Performance-Anwendungen oder High-Volumen-Anwendungen empfehle ich meistens eine holmlose Spritzgießmaschine mit der Servohydraulik Ecodrive. Dieses System besteht im Wesentlichen aus einer Konstantpumpe, angetrieben durch einen Servomotor. Dieses Antriebssystem bietet im technischen Spritzguss eine exzellente Energieeffizienz, ähnlich unserer vollelektrischen Spritzgießmaschinen. Am Markt sind aber auch elektrische Maschinen mit integrierter konventioneller Hydraulik für die Nebenbewegungen erhältlich. Hier liegen wir mit unserer vollhydraulischen Ecodrive-Maschine vom Energieverbrauch her sogar deutlich besser.“

Und Dirk-Walter Herold ergänzt: „Aktuell stehen Antriebskonzepte im Mittelpunkt, bei denen Maschinenhersteller je nach Leistungsanforderungen sowohl elektromechanische, hydraulische oder elektrohydraulische Antriebe für hybride Maschinenkonzepte mit geringsten konstruktiven Anpassungen frei miteinander kombinieren können. Das vereinfachen neuere Entwicklungen wie die autarken Achsen von Rexroth. Sie heben die Trennung zwischen diesen Antrieben in der Konstruktion, Montage und Inbetriebnahme weitgehend auf.“

In der elektrohydraulischen Ausprägung verfügten sie über einen eigenen, geschlossenen Ölkreislauf, der in seinem Volumen mit einem Getriebe vergleichbar ist. Damit entfalle der Anschluss an ein separates Hydraulikaggregat mitsamt der Verrohrung sowie dem Tank.

Kleinere Leistungsbereiche deckten elektromechanische Hubzylinder mit Kugel- und Planentengewindetrieben sowie leistungsstarke Servomotoren ab. Bei höheren Leistungen kommen elektrohydraulische Achsen zum Einsatz. Und so sind die Vorteile hydraulischer Systeme für die Maschinenbauer klar: Hydraulische Spritzgießmaschinen benötigen nur einen zentralen Antrieb, sind einfach in der Anwendung, zuverlässig, bieten eine gleichmäßige schnelle Einspritzleistung und jede Menge Extrakomponenten. Spritzgießmaschinen sind heute somit wie Baukästen zusammenstellbar.

Aber diese Entwicklungen sind teuer. Bisher konnten sich deutsche Maschinenbauer auf die Haltbarkeit Ihrer Produkte von 30 oder 40 Jahren etwas einbilden. Doch inzwischen kann dies für einige Maschinenbauer von Nachteil sein kann, da sich die Anforderungen der Kunden so schnell ändern, dass sie die Maschinen nicht mehr so lange in Betrieb haben. Das wiederum heißt, dass die Maschinen aus Deutschland ins Hintertreffen geraten, weil sie qualitativ hochwertige Teile verbauen, die lange halten, dafür aber auch ihren Preis haben. Es stellt sich die Frage, ob das in der Spritzgießbranche auch so ist.

Heinz Gaub kann dies für den Maschinenbau generell und für den Spritzgussmaschinenbau im Besonderen nicht bestätigen: „Das ist in der Spritzgießbranche und generell im Maschinenbau nicht wirklich der Fall. Die hochwertigen Komponenten sorgen dafür, dass die Maschinen länger halten, für eine hohe Produktqualität und eine hohe Maschinenverfügbarkeit. Ganz klar gibt es den großen Markt der Billigprodukte aus Kunststoff, für deren Hersteller diese Aspekte weniger wichtig sind. Da wir uns im High-End-Bereich bewegen, spielt dieser Sektor für uns keine Rolle. Zudem können auf Spritzgießmaschinen ja unterschiedliche Werkzeuge für ein breites Produktspektrum eingesetzt werden. Bei einer neuen Maschine werden auch künftige Anforderungen mit einbezogen und entsprechend Features ausgewählt.

Maschinen werden im sonstigen Maschinenbau häufig von oben nach unten kalkuliert. Der Preis wird nach den Weltmarktpreisen festgelegt, und danach die Komponenten zusammengestellt. So kann es geschehen, dass nicht jedes Teil den höchsten Ansprüchen genügt, andererseits im schlechtesten Fall die Maschine gar nicht erst gebaut wird, weil der Preis nicht erreichbar ist.

Heinz Gaub: „Das möchte ich nicht für die Branche, sondern ganz gezielt für unser Unternehmen beantworten: Arburg verfügt über eine Fertigungstiefe von 60 Prozent. Alle Schlüsselkomponenten stellen wir am Fertigungsstandort Loßburg her. Wir verzichten prinzipiell nicht auf Qualität zugunsten der Herstellkosten beziehungsweise des erzielbaren Verkaufspreises. Vielmehr investieren wir kontinuierlich in moderne Produktionstechnologie und beschäftigen uns in der Fertigung mit dem Thema Industrie 4.0 und digitale Transformation, um die Prozesse effizient zu gestalten und die Kosten zu optimieren.“ Es sei natürlich richtig, dass der Preis am Markt gemacht werde und sich daraus die Herstellkosten von Maschinentypen und -baureihen ableiteten. Aber der Preis werde eben auch durch die Qualität der Maschinen und generell durch den Kundennutzen gemacht.

Und Franz Pressl präzisiert: „Unser Ziel ist die Entwicklung von Spritzgießmaschinen, die optimal an die Kundenanforderungen angepasst sind. Diese Anforderungen können sehr verschieden sein, wodurch wir auch mehrere Baureihen von Spritzgießmaschinen anbieten. Als Beispiel sei hier die Spritzgeschwindigkeit genannt, die im Dünnwandverpackungsbereich viel höher als im technischen Spritzguss ist. Bei der Auswahl der jeweiligen Komponenten berücksichtigen wir hier natürlich die geforderte Performance, welche sich auf die Kosten und damit auch auf den Preis auswirkt. Unsere Qualitätsansprüche liegen aber, unabhängig von der Performance einer Maschine, sehr hoch. Wir entwickeln und testen Komponenten und Systeme oft über längere Zeiträume.“

Dennoch ist die Konkurrenz groß. Dirk-Walter Herold präzisiert: „Die Kernländer für die Branche liegen mit Deutschland, der Schweiz und Italien in Europa, mit den USA und Kanada in Nordamerika, in Indien und Asien, wie China, Taiwan, Korea und Japan. Bedingt durch spezielle Rahmenbedingungen und Marktanforderungen sowie die technologische Historie der Länder sind die Anforderungen durchaus unterschiedlich, verschmelzen aber im Zuge der Globalisierung mehr und mehr miteinander.“

Die Spritzgussmaschinenhersteller haben also ein riesiges Portfolio für ihre Kunden im Angebot, welches praktisch kaum einen Wunsch offen lässt. Und so stellt sich die Frage: Welcher Hersteller darf‘s denn sein? Hier hängt es, wie so oft, nicht von der Maschine selbst ab, sondern vom Drumherum. Es tauchen Fragen auf, wie der Aufstellungsort der Maschine, regionale Wartungsfähigkeit, Infrastrukturen, Subventionen oder die angebotenen Services, vielleicht sogar durch Subunternehmer. Auf die ersten Faktoren haben die Hersteller wenig bis gar keinen Einfluss, aber beim Service ist viel drin. Dazu Dirk-Walter Herold: „An erster Stelle steht das Wissen über die Komponenten für die jeweilige Branche. Es gibt viele branchenspezifische Lösungen, die dem Maschinenhersteller nicht immer bekannt sind. Um Kunden richtig zu beraten, ist also eine gute Kenntnis der Branche und der Anwendung erforderlich.“ Das Verständnis der Applikation erlaube auch die Bewertung von alternativen Lösungsansätzen. Die Erfahrung über Anwendungen und Lösungen aus anderen Branchen führe zu neuen interessanten Ansätzen. „Häufig werden Lösungen im Vorfeld über Simulationen bewertet. Hier kann der Zulieferer die komplette Simulation oder die Komponentenmodelle für die Anwendung beisteuern. So kann auch eine Modifikation der Komponente erforderlich sein“, so Herold. Eine weitere wichtige Aufgabe sei das Herausfiltern neuer Markttrends und -anforderungen, wie zum Beispiel die Digitalisierung – Stichwort Industrie 4.0.

Doch auch Service hat Grenzen, beispielsweise wenn es um die Frage der Parallelläufe von Maschinenparks geht. Bei einigen Anwendungen benötigen Kunden der Spritzgießereien bestimmte Prozess- und Einstellparameter. Ihre Modelle müssen eventuell zwingend mit genau definierten Parametern produziert werden, sodass die Maschinen parallel gleich schnell laufen müssen. So ist der Wunsch, dass genau das Gleiche aus allen Maschinen herauskommt, durchaus nachvollziehbar.

Aber: Im Spritzguss laufen oft alle möglichen Maschinenkonzepte nebeneinander, oft sogar von unterschiedlichen Herstellern. Dazu kommt, dass ein Anwender sich nur in den seltensten Fällen gleichzeitig mehrere Maschinen zulegt. Vielmehr werden sie nach und nach dazugekauft. Spritzgussmaschinenanbieter versuchen dann, dem Kunden mit Zusatzkomponenten beizuspringen, oder sie passen Parameter einzeln an. Vielleicht gelingt es, durch Anpassen der Regelaggregate, ein verändertes Maschinenverhalten zu provozieren.

All dies sind jedoch nur Notbehelfe, die im schlechtesten Fall zu nicht voll ausgeformten Teilen, Graten, Maßschwankungen oder Verzug führen. „Die Maschine taktet schnell und durchläuft viele Einzelprozesse“, erklärt Felix Müller, Fachthemenleiter Autonome Fertigungssystemoptimierung am Fraunhofer IPA. „Mit bloßem Auge erkennt man die Ursache kaum, beziehungsweise gar nicht, wenn der Grund in der Kommunikation der Maschinensteuerung verborgen liegt. Er und seine Kollegen entwickelten deshalb die sogenannte Smarte Systemoptimierung. Diese erlaubt ein automatisiertes Maschinenbenchmarking, um alle Komponenten des Fuhrparks auf das bestmögliche Niveau zu bringen (weitere Infos: siehe Kasten).

Diese zentralen Probleme führen automatisch zur Null-Fehler-Produktions-Frage. Denn der Spritzguss endet nicht an der Düsenspitze der Maschine. Tatsächlich ist der Aufwand, den Spritzgießereien betreiben, häufig sehr hoch – jedoch im falschen Bereich: Da werden fertigungsbegleitende Qualitätskontrollen mit großem Aufwand durchgeführt, aber ohne das erhoffte Ergebnis. Die Folgen: Reklamationen, Nachbearbeitungen, Ausschuss und Energieverschwendung.

Sinnvoll ist somit eine gute, leicht verständliche Technik, prozessgerechte Werkzeugkonzepte und vor allem Spritzgießer, die eine hervorragende Ausbildung mit hohem Prozesswissen vorweisen können; vorzugsweise die Themen Thermografie und Kühltechnik, mathematische Prozesse um die Prozessparameter mittels Kurvengrafiken visualisieren und Trendgrafiken der Prozesse zur Langzeitbewertung entwickeln zu können und natürlich Werkzeugtechnik. Der moderne Spritzgießer ist kein einfacher Maschinenbediener mehr, der von der Software alle Antworten und Einschätzungen erwartet. aru

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