Die TPE erfüllen die neue VDI-Richtlinie 2017, die erstmals das grundlegende Eigenschaftsprofil von Medical Grade Plastics für Medizinalprodukte regelt. (Bildquelle: Kraiburg)
Darüber hinaus regelt sie die kontrollierte Konstanz der Zusammensetzung spezifischer Compounds auf der Basis eines dokumentierten Änderungsmanagements, das deren langfristige Eignung sicherstellt und aufwändige Nachprüfungen erübrigt. Die Richtlinie sieht auch längere Übergangsfristen für abgekündigte Materialien vor, was den Anwendern mehr Liefersicherheit bietet. Die TPE der Thermolast-M-Familie von Kraiburg, Waldkraiburg, entsprechen bereits seit Langem den nunmehr festgeschriebenen Forderungen an MGP, sodass man nur bei einigen wenigen Spezifikationen konkreter werden musste. Alle Compounds dieser Produktreihe sind frei von Schwermetallen, Latex, PVC und Phthalaten und werden in hoher Reinheit ausschließlich auf speziell dafür eingerichteten Anlagen hergestellt. Die Qualitätssicherung der verwendeten Rohstoffe umfasst auch die vollständige Rückverfolgbarkeit der Chargen bei den Zulieferern. Zudem entsprechen die Materialien den Reach- und Rohs-Anforderungen. Zudem ist das Portfolio in FDA Drug Master Files gelistet, um die Rezepturen nach einem verpflichtenden Change-Control-System zu dokumentieren. Im Einklang mit der Richtlinie garantiert der Hersteller, dass auch die Herstellprozesse in das Änderungsmanagement einbezogen werden.
So erarbeitete das Institut für Biotechnologie und Bioprozesstechnik der TU Graz 2012 erstmals eine grundsätzliche Möglichkeit, Bioplastik aus Schlachtabfällen herzustellen. Doch die weltweite Zahl der vegan-vegetarisch lebenden Menschen wird auf eine Milliarde geschätzt. Dieser Trend wird auch eindrucksvoll durch die Umsätze mit Veggie-Produkten unterstrichen. Wer vegan lebt, der meint nicht nur die Nahrung, die er zu sich nimmt. Ein veganer Lebensstil bezieht sich auch auf das gesamte Lebensumfeld. Manche Dinge, die offensichtlich sind, lassen sich ohne Probleme eliminieren. Das gilt auch für Zusatzstoffe in Lebensmitteln oder Kosmetika. Veganer wissen, dass oft tierische Inhaltsstoffe eingearbeitet werden und lesen von daher die Zutatenliste sehr genau. Bei den „versteckten“ ADCs ist dies allerdings anders, denn die existieren im Verborgenen. In Verpackungen von Lebensmitteln und Getränken etwa oder in Gebinden von Kosmetika. Actega DS besitzt heute die Möglichkeit, alle Portfolio-Rezepturen, die sich optimal im Spritzguss oder Extrusionsverfahren verarbeiten lassen, bei Bedarf vegan auszustatten. Das gilt ebenso für die TPE für den medizinischen und pharmazeutischen Bereich wie für Haushalts- und Konsumgüterartikel. Denn ein vegan lebender Mensch möchte sicher sein, dass beim Frühstücksteller oder -brett mit den ergonomischen, weichelastischen Griffen aus TPE eben auch veganer Kunststoff verwendet wurde, dass die Lebensmittelaufbewahrungsbox im Dichtungsmaterial kein ADC enthält, dass er sich beim Rasieren nicht fragen muss, ob womöglich die Soft-Touch-Elemente aus TPE tierische Inhaltsstoffe enthalten.
Die Qualität eines mit der Hart-Weich-Technologie gefertigten Bauteils hängt entscheidend von den Haftkräften des Verbundes ab. Eine große Rolle spielen in diesem Zusammenhang weichelastische TPE. Vor diesem Hintergrund hat das Unternehmen haftungsoptimierte Varianten des im Markt für medizintechnische und pharmazeutische Anwendungen etablierten TPE-Portfolio Provamed und haftungsoptimierte Soft-Est-TPE für Konsumgüteranwendungen im Angebot. So wird eine Vielzahl von Applikationen möglich.In diesem Zusammenhang ist der Mehrkomponentenspritzguss zu sehen, der mehr und mehr an wirtschaftlicher Bedeutung gewinnt, da sich durch diese Technologie nicht nur Bauteilfunktionen während des Spritzgießprozesses integrieren, sondern auch Montageaufwand sowie Produktionszeiten reduzieren lassen, was direkt zu einer kostengünstigeren Teileherstellung führt.
Vom Türschlossgehäuse für PSA werden seit acht Jahren ohne Unterbrechung wöchentlich 50.000 Stück hergestellt. (Bildquelle: Krauss Maffei)
Über das Innenleben einer Autotür wird in der Regel nicht nachgedacht, sondern nur das schöne Design auf beiden Seiten betrachtet. Doch damit der Schließmechanismus dauerhaft funktioniert, muss er ein stabiles und dichtes Gehäuse haben, zum Beispiel aus PP und TPE. Suk Kunststofftechnik in Kierspe hat sich auf Mehrkomponenten-Anwendungen wie diese spezialisiert und liefert als Systemanbieter das Komplettpaket von der Konstruktion bis zum fertigen Bauteil. Dazu Geschäftsführer Sven Wieland: „85 Prozent unserer Artikel gehen in die Automobilindustrie, ein weiteres Standbein ist die Elektro-/Haushaltsgerätebranche, für die wir auch Sichtteile herstellen.“
Wöchentlich 50.000 Türschlossgehäuse
Vom Türschlossgehäuse für PSA laufen seit acht Jahren ohne Unterbrechung wöchentlich 50.000 Stück vom Band – bislang rund 20 Millionen. Rechtslenker, Linkslenker, vorne, hinten, mit und ohne Kindersicherung: Zwei identische 4+4-Werkzeuge mit Wechseleinsätzen fertigen insgesamt zehn Varianten. Die Gehäusefarbe in grau, weiß oder schwarz bezeichnet die Funktion des Schlosses. Die angespritzte Dichtung aus TPE mit etwa 1 g Gewicht erfordert eine hohe Spritzgenauigkeit, die das Inline-Spritzaggregat durch die direkte und zentrale Kraftübertragung auf die Schnecke ohne seitlich angebrachte Zylinder im Standard bereits gewährt. Die Dichtung haftet auf dem Grundträger aus 34 g glasfaserverstärktem PP GF 20. Sie voll auszuspritzen, bildete die größte Herausforderung des Projektes. Bei einer Direktanspritzung hätte der Angusspunkt die Dichtfunktion beeinträchtigt, sodass die Entscheidung für einen Kaltkanalunterverteiler fiel. Der lange Fließweg wurde über eine 2-fach-Anspritzung abgedeckt. Hinzu kommen pro Gehäuse zwei Anschlagpuffer für den Türhebel aus TPE mit Direktanspritzung. Bei vier Kavitäten ergibt sich so insgesamt eine 16-fach-Kaskade.
All das vollzieht sich in einem Etagen-Wendeplatten-Werkzeug, das auf einer CX 300-Spin-Form-Maschine von Krauss Maffei läuft. Dabei stehen sich die Spritzaggregate in der Maschinenachse gegenüber und dazwischen befindet sich die Wendeeinheit mit einer Mittelplatte, die Medienanschlüsse für Öl und Wasser sowie seitlich angebrachte Auswerferzylinder enthält. Zur gleichen Zeit spritzt das Hauptaggregat auf der festen Seite den Gehäusekörper und wird auf der beweglichen Seite das zuletzt gefertigte Gehäuse mit seiner Dichtung versehen. Da TPE kompressibel ist, erweist es sich von besonderem Vorteil, dass auch das Nebenspritzaggregat kurze Schmelzewege ohne Umlenkungen hat. Das kann nur mit einer Zweiplattenmaschine ohne Kniehebel realisiert werden, denn hier befindet sich das zweite Spritzaggregat, genau wie das erste Aggregat, direkt hinter der Werkzeugaufspannplatte. Die 180°-Drehung der Wendeeinheit erfolgt standardgemäß servoelektrisch, was eine hohe Positionsgenauigkeit bei optimaler Dynamik bei geringstem Energieaufwand bedeutet. Eine elektrisch betriebene Drehung kann bis zu 25 Prozent weniger Energiebedarf für die Gesamtmaschine bedeuten.
Hoher Automatisierungsgrad
Auf einer Wendeplattenmaschine werden die Türschlossgehäuse produziert. (Bildquelle: Krauss Maffei)
Bei der 180°-Drehung macht das Werkzeug kurz bei 90° Rast, um aus der Seite das fertige Bauteil entnehmen zu lassen. Durch diesen Kniff müssen die Trennebenen nicht so weit aufgefahren werden und es braucht kein zusätzliches Drehen und Klappen des Greifers. Hierzu ist eine durchtaktende Drehung in eine Richtung erforderlich, was eine Drehdurchführung erforderlich macht. Ein Roboter knippst dann über einem Abfallbehälter den Anguss mit Kaltkanalunterverteiler ab und führt das Bauteil der 100-Prozent-Kontrolle zu. Hier prüfen Kameras die Maße der Hartkomponente und die Geometrie der Dichtung. Letztere muss sehr präzise ausgeführt sein, damit das Gehäuse später zuverlässig funktioniert. Beim niedrigviskosen TPE ist vor allem auf eine unerwünschte Gratbildung an der Werkzeug-trennebene zu achten.
Der hohe Automationsgrad von fast 100 Prozent hilft dem Kunststoffverarbeiter im Wettbewerb mit Anbietern aus Niedriglohnländern, denn von Kierspe aus werden europäische OEMs sowie Tier-1- und Tier-2-Unternehmen beliefert. Des Weiteren produziert Suk in einem Werk in Rumänien, das auf Wunsch eines großen Kunden entstand und von diesem mit Aufträgen versorgt wird.
Ausgeprägte Fertigungstiefe
Arbeiten erfolgreich im Team zusammen (v.l.): Andreas Born Sales Manager Krauss Maffei, Kyriakos Schoinas, Produktionsleiter Suk, Sven Wieland, Geschäftsführer Suk und Andreas Handschke, Product and Technology Manager Krauss Maffei. (Bildquelle: Krauss Maffei)
Das kontinuierliche Wachstum des Unternehmens begann mit Martin Witulski, der das 1973 als Schütrumpf & Kückelhaus gegründete Unternehmen im Jahr 2007 übernahm. Im Jahr 2014 wurde das Unternehmen an die Luxshare Precision Industrie Gruppe verkauft. Seit 2017 leitet Sven Wieland als Geschäftsführer das Unternehmen. Entscheidend für den Erfolg war die Strategie, alles aus einer Hand zu liefern. Vor allem im Mehrkomponentenbereich und bei Spezialanwendungen wie Metallumspritzungen und dem physikalischen Schäumen. Martin Witulski führte als erster das Mucell-Verfahren von Trexel in Europa auf einer Krauss Maffei Maschine ein.
Die Fertigungstiefe bei SuK reicht von Konstruktion und eigenem Werkzeugbau, der spezialisiert auf Silikon- und Prototypenformen, Finetuning, Service und Umbau ist, Teilefertigung und -veredelung bis zur Baugruppenmontage. Da der Fachkräftemangel auch im Sauerland nicht ausbleibt, wird versucht bewährte Mitarbeiter zu halten und bei den Schichtmodellen auf familiäre sowie gesundheitliche Belange Rücksicht zu nehmen. Schulungsangebote eröffnen Aufstiegschancen, und es ist ein gutes Zeichen für die Verbundenheit der Mitarbeiter, dass viele Fachkräfte, die im Unternehmen gelernt haben, heute in führenden Positionen tätig sind.
Mit diesem eingespielten Team ist es möglich, neue Fertigungsbereiche wie die Integration von Elektronik ins Bauteil zu etablieren. Werden Leiterbahnen, Widerstände und Schalter umspritzt, erhalten Designer viel größere Freiheiten, beispielsweise für die Ambientebeleuchtung im Autoinnenraum zu gestalten. Nicht stylish, aber für den Endverbraucher unverzichtbar ist etwa die Konfektionierung von Kabeln, also das Anbringen von Steckerelementen an einem Stück Leitung. Der Verarbeiter hat sich hier Spezialwissen erarbeitet und fertigt die Metallteile des Steckers als Stanzgitter, die zunächst vorgestanzt und vorgebogen werden. Erst im Spritzgießwerkzeug erfolgen dann die endgültige Formgebung und das Verbinden von Metall und Kabel durch einen gespritzten Stecker. Aktivitäten wie diese helfen, beim Branchenmix breiter aufgestellt zu sein und kommen dem Drang des Unternehmens, sich immer weiterzuentwickeln, nach.
Seit Ende 2019 vertreibt Biesterfeld thermoplastische Kunststoffe in des GUS-Staaten. (Bildquelle: Dupont/German Reprap)
Hytrel thermoplastische Polyester-Elastomere eignen sich für Bauteile, die eine hohe Biegewechselfestigkeit und ein großes Betriebstemperaturspektrum erfordern. Das Produkt zeichnet sich durch seine Reißfestigkeit und Abriebfestigkeit aus. Das Polybutylenterephthalat (PBT) Crastin bietet neben hoher Steifigkeit auch gute Hydrolyse- und Hitzebeständigkeiten und wird vornehmlich für Anwendungen wie Scheinwerferabdeckrahmen, Steckverbinder, Relaisschalter und Wasserventile verwendet. Delrin eignet sich auf Grund seiner hohen Steifigkeit und Kriechbeständigkeit ohne Verstärkung gut für viele Automobilsysteme sowie für Bürogeräte und Sportartikel. Als Universalkunststoff mit einer hohen Beständigkeit gegen Öle und Fette und einer guten Ermüdungs- und Reibungsbeständigkeit gilt Zytel. Aufgrund seiner guten Verarbeitungseigenschaften kommt dieses Produkt in einer Vielzahl von Anwendungen zum Einsatz.
„In den kommenden Jahren erwarten wir in Russland und den anderen GUS-Staaten insbesondere in der Verpackungs-, Wire & Cable-, Öl- und Gas- sowie Transportindustrie starkes Wachstum“, sagt Martin Rathke, Product Manager, Biesterfeld Plastic.
„Biesterfeld ist für uns der ideale Partner, um unsere Produkte in den GUS-Staaten noch effektiver zu platzieren“, sagt Csaba Holop, Sales Director EMEA Transportation & Industrial bei DuPont. „Wir haben uns aus diesem Grund dazu entschieden, noch enger zusammenzuarbeiten und Teile unseres wichtigen Geschäfts zukünftig durch Biesterfeld betreuen zu lassen.“ (jhn)
Messaufbau zur gleichzeitigen Messung der Spannungsrelaxation bei sechs verschiedenen Temperaturen. (Bildquelle: Fraunhofer LBF/Raapke)
Ursache dafür sind Alterungsvorgänge in der Probe: physikalische und chemische Vernetzungspunkte werden abgebaut, Polymerketten durchtrennt. Diese Messungen zur Alterung von Elastomeren sind mit dem neu entwickelten Prüfstand des Fraunhofer-Instituts LBF, Darmstadt, deutlich effizienter als bislang möglich. Der mehrkanalige Messplatz besteht aus sechs Prüfkammern, die sich unabhängig voneinander einstellen lassen. Die Darmstädter Forscher können in jeder der Kammern Proben mit einer konstanten Temperatur und einer bestimmten Wegauslenkung untersuchen. Ein Kraftsensor zeichnet die stetig sinkende Zugkraft über die gesamte Prüfdauer auf. Diese parallele Messung der Alterungsvorgänge ermöglicht eine Zeitersparnis von mehreren Wochen gegenüber einkanaligen Prüfständen. Wie hoch die Aktivierungsenergie ist, lässt sich mithilfe eines Auswertealgorithmus bestimmen. Diesen haben die Forscher auf Basis der sogenannten Masterkurvenkonstruktion entwickelt. Dabei werden die Einzelkurven der unterschiedlichen Temperaturen mit passenden Verschiebungsfaktoren zu einer Masterkurve zusammengesetzt. Durch die Auftragung und Anpassung der logarithmierten Verschiebungsfaktoren in einem Arrhenius-Diagramm können die Wissenschaftler die Aktivierungsenergie bestimmen. Mit der Methode lassen sich zu jeder beliebigen Temperatur die Verschiebungsfaktoren errechnen und dazu passende Kraft-Zeit-Kurven vorhersagen. Dies ermöglicht eine Abschätzung der Lebensdauer der Materialien.
Die Compounds der Serie sind in Natur (einfärbbar) sowie Schwarz weltweit lieferbar und werden nach einheitlichen Qualitätsstandards produziert. (Bildquelle: Kraiburg)
Um scharfe Schnittkanten zu vermeiden und durch ein geschlitztes Wellrohr eine schnellere Montage zu ermöglichen, sah das Konzept der Produktentwickler eine Co-Extrusion aus PA und TPE vor. Nach ausführlichen Tests entschied sich das Unternehmen für ein TPE der neuen Thermolast-K-Serie AD/PA/CS2 von Kraiburg TPE, Waldkraiburg, die speziell für Spritzguss- und Co-Extrusionsanwendungen mit Polyamiden wie PA6, PA6.6 und PA12 entwickelt wurde. Die Produkte verfügen über ein sehr gutes Haftvermögen und einen ausgezeichneten Druckverformungsrest. Die obere Gebrauchstemperatur liegt bei 125 °C (3.000 Stunden), während sie kurzzeitig bei 240 Stunden auch Temperaturspitzen bis 150 °C aushalten. Hinzu kommen hohe Bruchdehnung, Reiß- und Weiterreißfestigkeit sowie eine geringe Brandausbreitungsgeschwindigkeit.
Die Herausforderung bei der Entwicklung: Materialien zu verwenden, die die weltweiten Standards hinsichtlich Zuverlässigkeit und Haltbarkeit in Kombination mit den niedrigsten Toxizitäts- und Rauchgaswerten zur Personensicherheit übertreffen. (Bildquelle: Hexpol)
Sie wurden entwickelt, um verbesserte flammhemmende Eigenschaften bei geringer Rauchgasdichte und Toxizität zu gewährleisten. Die Compounds sind Rohs-, SVHC- und Reach-konform sowie halogenfrei nach IEC 60754 Teil 1/2. Die Herausforderung bei der Entwicklung bestand darin, Materialien zu verwenden, die die weltweiten Standards hinsichtlich Zuverlässigkeit und Haltbarkeit in Kombination mit den niedrigsten Toxizitäts- und Rauchgaswerten zur Personensicherheit übertreffen. Dryflex Cable 52180 N ist beispielsweise ein Compound, das für Niederspannungs-, Strom- oder Datenkabelanwendungen verwendet wird. Die Compounds können, ähnlich wie PVC, mit Standard-Extrusionsanlagen verarbeitet werden. Sie sind gebrauchsfertig erhältlichund eine Nachvulkanisation ist nicht erforderlich. Dies minimiert die notwendigen Arbeitsschritte und erhöht die Produktivität. Die Compounds sind vollständig recycelbar, wobei anfallende Produktionsabfälle wiederverwertet werden können. Die Materialien sorgen für zusätzliche Sicherheit in Bereichen mit hohem Personenaufkommen, in denen Menschen schnell und sicher evakuiert werden müssen. Sie können auch in geschützten Bereichen mit teuren oder empfindlichen Geräten eingesetzt werden. Zudem verfügen sie über sehr gute thermomechanische Eigenschaften, die die Verwendung sowohl für Telekommunikations- als auch für Stromkabel ermöglichen. Hier sind sie einsetzbar für Niederspannungs-, Daten-, Isolier-, Mantel- und Bedding-Anwendungen.
Das große Werkzeug nutzt die Aufspannfläche der Victory 400 Spritzgießmaschine voll aus. Beim Einsatz einer Holmmaschine wäre eine Baugröße mit mindestens 1.000 Tonnen Schließkraft erforderlich gewesen und die Maschine wäre deutlich breiter. (Bildquelle: Engel)
„Der Platzbedarf der Fertigungszelle ist für uns ein kaufentscheidendes Kriterium“, macht Christian Rieb, Equipment Engineer bei Procter & Gamble Manufacturing (P&G) im unterfränkischen Marktheidefeld, deutlich. „Je kompakter die Zelle, desto höher ist der Output unseres Standorts.“ Eine Regel, die sich auch in den internen Einkaufsrichtlinien widerspiegelt, wo unter anderem die Maximalmaße, die eine Spitzgießmaschine in den Werken der P&G Gruppe haben darf, festgeschrieben ist. Die Kompaktheit der Fertigungszelle geht in die Stückkosten ein. Flächenproduktivität lautet die Effizienzkennzahl.
Vom Einsteiger- bis zum High-end-Modell verlassen pro Tag bis zu 85.000 elektrische Zahnbürsten das P&G-Werk in Marktheidenfeld. (Bildquelle: Engel)
Das Spritzgieß- und Montagewerk in Marktheidefeld ist zu einhundert Prozent auf die Mundhygiene fokussiert. Für die weltweiten Märkte werden dort elektrische Zahnbürsten der Marke Oral-B produziert. Unabhängig vom Modell ist den Zahnbürsten eines gemeinsam: Bei den Handstücken handelt es sich um Mehrkomponententeile, die harte und weiche Materialien vereinen. Der Grundkörper besteht jeweils aus einem Thermoplast. Für eine bessere Griffigkeit wird der Grundkörper partiell mit TPE überspritzt. Zudem verschwinden die Bedienelemente wie der Ein/Aus-Schalter unter einer geschlossenen, wasserdichten Elastomeroberfläche.
Freiraum fürs Werkzeug
Mehrkomponentenwerkzeuge haben in der Regel ein größeres Volumen als Werkzeuge für den Standardspritzguss, wenngleich aufgrund der eher kleinen Bauteilflächen zum Spritzgießen meistens eine vergleichsweise geringe Schließkraft benötigt wird. Diese Diskrepanz führt oft dazu, dass eine größere Spritzgießmaschine eingesetzt wird, als es der Spritzgießprozess eigentlich erfordert. Das große Werkzeug muss schließlich in den Einbauraum der Schließeinheit passen und dieser lässt bei einer klassischen Spritzgießmaschine mit Holmen nur wenig Spielraum.
Die Handstücke bestehen aus drei Komponenten. Im Mehrkomponentenspritzguss werden zunächst die Grund-körper aus weißem Polypropylen ausgeformt. Im Anschluss daran folgen zwei Spritzgießschritte mit TPE. (Bildquelle: Engel)
„Uns war klar, dass wir für die Handstücke der neuen Vitality Generation die geforderten Stückkosten nur mit einer holmlosen Spritzgießmaschine erzielen können“, sagt André Tolksdorf, Process Engineer bei P&G Manufacturing. So werden die Handstücke jetzt auf einer holmlosen Engel Victory 400 mit 4.000 kN Schließkraft und integriertem Engel Viper Linearroboter produziert. „Ohne Holmlostechnik bräuchten wir aufgrund der Werkzeuggröße eine Spritzgießmaschine mit einer Schließkraft von mindestens 10.000 kN. Dafür haben wir aber keinen Platz“, so Tolksdorf.
Da keine Holme stören, lassen sich die Werkzeugaufspannplatten der Victory Maschine bis an den Rand vollständig ausnutzen, was ein besonders günstiges Verhältnis von Werkzeug- zu Maschinenbreite ermöglicht. Zudem erleichtert der freie Zugang zum Werkzeugraum den Ein- und Ausbau der Werkzeuge. Ein Konzept, das nur der österreichische Spritzgießmaschinenbauer Engel bietet. Vor 30 Jahren auf der K 1989 präsentierte er eine erste holmlose Spritzgießmaschine und stellte damit die Branche auf den Kopf. „Der Kreativität sind kaum Grenzen gesetzt“, betont Franz Pressl, Produktmanager für die Victory Maschinen beim Spritzgießmaschinenhersteller. „Die Produktdesigner können freier arbeiten, weil sich selbst für komplexe Teile kostengünstige Fertigungsprozesse entwickeln lassen.“
Gemeinsam in effizienter Mission: Christian Dinkel, André Tolksdorf und Christian Rieb von Procter & Gamble Manufacturing, Falk Boost von Engel Deutschland und Franz Pressl von Engel Austria (von links). (Bildquelle: Engel)
P&G nutzt dieses Plus an Freiheit nicht nur fürs Werkzeug, sondern auch für die Anordnung der Spritzeinheiten. „Diese kompakte Anordnung wäre mit Holmen nicht denkbar gewesen“, macht Falk Boost, Verkaufsingenieur bei Engel Deutschland in der Niederlassung Stuttgart, deutlich.
Effizientere Automatisierung, höhere Ergonomie
Nur mit der Holmlostechnik lassen sich die Handstücke der jüngsten Generation der elektrischen Zahnbürsten Vitality (rechts) mit der erforderlichen Effizienz produzieren. Bereits für das Vorgängermodell (links) wurde dieser Maschinentyp eingesetzt. (Bildquelle: Engel)
In der Grundgeometrie ähnelt das Handstück der neuen Vitality Generation seinem Vorgängermodell. Das Design der TPE-Flächen wurde für eine noch bessere Ergonomie aber weiterentwickelt. Dem Vorgängermodell kommt eine besondere Bedeutung zu, denn mit diesem Projekt kamen im Jahr 2007 die ersten holmlosen Spritzgießmaschinen ins Werk. Auch damals ging es ums Platzsparen und einfache Rüsten, aber auch um effiziente Automatisierungskonzepte. Der Fertigungsprozess sah komplett anders aus. Der Mehrkomponentenprozess wurde mittels Umsetztechnik ausgeführt. Dank Holmlostechnik konnte der Roboter ohne Störkantenumfahrung direkt von der Seite aus in den Werkzeugbereich gelangen, was die Handhabungszeit verkürzte.
Die Holmlostechnik bietet viele Vorteile für eine hohe Effizienz, und dennoch gab es im Hause Procter & Gamble zu Beginn auch Vorbehalte. „Das Konstruktionsprinzip bricht mit allem, was bei einer klassischen Holmmaschine als grundlegende Selbstverständlichkeit gilt“, sagt Rieb. „Die Kollegen hatten Sorge um ihre Werkzeuge und die Reproduzierbarkeit der Produktqualität. Sie konnten sich nicht vorstellen, wie die Werkzeugaufspannplatten ohne Holme parallel bleiben.“ Also wurde gemessen. Die verschiedenen Einflussfaktoren des Werkzeugs und Rüstprozesses sowie der Temperierung wurden simuliert und ausgetestet und das Ergebnis war jedes Mal eindeutig: Eine ausgezeichnete Plattenparallelität. „Seither ist das Thema vom Tisch“, so Rieb. „Gerade sehr empfindliche Präzisionsprodukte wie Pleuelstangen für Kurbelwellen mit POM-Anteil fahren wir heute auf holmlosen Spritzgießmaschinen.“
Die Werkzeuge werden täglich gereinigt. Die Holmlostechnik macht diese manuelle Arbeit deutlich bequemer und schneller. (Bildquelle: Engel)
Positives Feedback kommt zudem von den Einrichtern. „Wir reinigen die Werkzeuge jeden Tag. Das geht ohne Holme deutlich bequemer und auch schneller“, betont Schichtmeister Christian Dinkel.
Die meisten TPE des Kraiburger Unternehmens eignen sich zur Verarbeitung auf 3D-Granulatdruckern, auf denen sich im Schmelzschichtverfahren auch funktionsfähige Mehrkomponententeile additiv fertigen lassen. (Bildquelle: Pollen AM)
Kraiburg TPE, Waldkraiburg, hat in umfassenden Tests die Eignung seiner TPE für den Einsatz in generativen Fertigungstechniken untersucht. Dabei wurde festgestellt, dass sich nahezu alle TPE des Unternehmens mit sehr guten Resultaten im Schmelzschichtverfahren auf Geräten von Pollen AM, Ivry-sur-Seine, Frankreich, verarbeiten lassen, sodass keine Spezialcompounds erforderlich sind. Als ideale Technologie erwies sich das Pellet-Additive-Manufacturing-System des 3D-Druckerherstellers. Die aktuellen Granulatdrucker der PAM-Serie P liefern sogar mit sehr weichen TPE detailgetreue Oberflächen und können bis zu vier Materialien gleichzeitig verarbeiten. Auf diese Weise sind auch typische Hart-/Weich-Kombinationen aus TPE im Mehrkomponentenverbund möglich.
Das Waldkraiburger Unternehmen hat den Markt der neuen Mobilität, unter anderem den Bereich E-Mobilität mit einem breiten Portfolio an TPE im Blick. (Bildquelle: Kraiburg TPE)
Als wichtige Trends erkennt das Unternehmen ein strapazierfähigeres Design von Fahrzeuginnenausstattungen für neue Nutzungskonzepte, aber auch eine wirksamere Fahrgeräuschdämpfung. Darüber hinaus zieht immer mehr Elektronik und Sensorik ins Fahrzeug ein. Deren Sicherheit erfordert Materiallösungen zur zuverlässigen Wärmeableitung, Sicherstellung der Dichtheit und Stoßaufnahme. So sorgen spezielle TPE mit einem sehr geringen Druckverformungsrest für ideale Voraussetzungen für langlebige Gehäusedichtungen im kosteneffizienten 2-Komponenten-Verbund mit anderen Materialien, einschließlich polaren Thermoplasten. Integrierte 2-K-Anwendungen mit TPE tragen auch signifikant zur Geräuschdämmung bei. Die Thermolast-Compounds der Waldkraiburger verfügen zudem über eine sehr gute Fließfähigkeit für dünnwandige Soft-Touch-Oberflächen und bilden dabei selbst komplexe Werkzeugkonturen präzise ab.
Die beiden Projektpartner bündeln erneut ihre Expertisen in den Bereichen Fasern und technische Kunststoffe. (Bildquelle: SKZ)
Sie ermöglichen das Mehrkomponentenspritzgießen von Elektronik- oder Pumpengehäusen mit Dichtungen oder werden als optisch und haptisch wirksamer Werkstoff großflächig über Strukturbauteile gespritzt. Der Gruppe der TPS – ein Blend aus einem besonders elastischen Polymer in einer thermoplastischen Matrix – wird innerhalb der unterschiedlichen TPE das stärkste Wachstum prognostiziert. Die Ziele der neuen TPS-Rezepturen: Sie sollen die Rückstell-Performance bei höheren Temperaturen verbessern, aber gleichzeitig möglichst viele der heute für die Anwendung vereinbarten Anforderungen an Härte, Dichte, Weiterreißfestigkeit oder Dehnungsverhalten erfüllen. Sie sollen ihre guten Verarbeitungseigenschaften behalten und keine aufwändigen Änderungen in der Werkzeugtechnik bedingen. Bei der Charakterisierung der neuen Werkstoffe wollen die Forscher noch deutlich weiter gehen: Die bisher hauptsächlich im Bereich der Elastomere eingesetzte Methode ´Temperature Scanning Stress Relaxation´ soll das Gesamtbild des Werkstoffverhaltens ergänzen und das Verständnis für ihre Leistungsfähigkeit beim Konstrukteur erweitern.
Das leichtfließende Compound verleiht dem grauen Kopfbügel eine angenehm weiche, samtige Haptik im Einklang mit irritationsfreier Hautverträglichkeit gemäß ISO 10993-10. (Bildquelle: Pfanner Schutzbekleidung)
Neben samtiger Oberflächenqualität, hoher Haftung und hohen mechanischen Eigenschaften sorgt das High-Tech-Material zudem für eine weitreichende Designfreiheit und wirtschaftliche Verarbeitbarkeit. Das Compound vereint eine Härte von 60 Shore A mit hoher Zug-, Reiß- und Bruchfestigkeit. Die abriebbeständige Oberfläche hält auch Hautfett, Cremes und haushaltsüblichen Reinigern dauerhaft stand. Darüber hinaus erfüllt das TPE die Anforderungen der ISO 10993-10 an die irritationsfreie Verträglichkeit von Materialien für Anwendungen mit Hautkontakt.
Maskensystem mit modularem Aufbau aus reinigungsfähiger Halbmaske und austauschbarem Filter. (Bildquelle: BAS)
Hier kommen die speziellen Compounds der Thermolast M und der Thermolast K Produktlinien von Kraiburg TPE, Waldkraiburg, zum Einsatz. Das Unternehmen hat sich in der aktuellen Situation dazu entschieden, die Produktionskapazitäten für diese Materialien zu erhöhen und mit höchster Priorität zu fertigen.
Besonders die Medical-Compounds der Thermolast M Reihe zeichnen sich durch eine hohe Reinheit aus. Diese wird durch ein konstantes Herstellungsverfahren auf eigenen, fest zugewiesenen Produktionsaggregaten und zahlreichen Qualitätssicherungstests gewährleistet. Für eine reibungslose, dauerhafte Produktionsfähigkeit wurde die Lagervorhaltung für die entsprechenden Rohstoffe erhöht. Die Rohstoffversorgung selbst wird täglich überprüft, um eine durchgängige Produktion in der gewohnten Qualität bieten zu können. All dies gewährleistet eine gesicherte und schnelle Versorgung mit TPE Compounds, um die weltweit steigende Nachfrage für unterschiedlichste Medizinalanwendungen befriedigen zu können.
Gemeinsam helfen
So hat sich beispielsweise auch das deutsche Unternehmen BAS Kunststoffverarbeitung aus Eslarn dazu entschieden, seine Kapazitäten für den Kampf gegen Covid-19 einzusetzen. Statt wie bisher Teile für die Automobil- und Elektroindustrie herzustellen, werden ab sofort wiederverwendbare Mund- und Nasenmasken für Sozialeinrichtungen und Arztpraxen produziert.
Nach der Konstruktion eines 3D-Modells durch BAS fertigte Rietsch Werkzeug- und Formenbau, Vohenstrauß, das notwendige Werkzeug zum Herstellen der Masken an. Der Materialhersteller lieferte kurzfristig die für die Maskenproduktion benötigten Compounds, sodass in Eslarn nach wenigen Tagen das erste Musterteil vom Band laufen konnte. Inzwischen ist die Produktion von täglich 1.500 Masken mit Atemschutzfilter möglich.
Die Besonderheit dieses Maskensystems liegt in seinem modularen Aufbau aus reinigungsfähiger Halbmaske und austauschbarem Filtermedium. Die Kunststoffmaske kann ganz einfach, zum Beispiel in einem Geschirrspüler, gereinigt und anschließend mit einem neuen Filter wiederverwendet werden.
„Für die BaS-Maske wurde unser Material TF5CGN eingesetzt. Es ist lebensmittelecht, lässt sich hervorragend reinigen und hat eine angenehm weiche Oberfläche. So schmiegt sich die Maske eng an das Gesicht“, so Matthias Schmidt, Verkaufsleiter Medical bei Kraiburg TPE. „Dies ist eine von vielen Maskenanwendungen, die in der letzten Zeit mit unseren TPE realisiert wurden. Konkret bei diesem Projekt freuen wir uns besonders über das solidarische Miteinander aller beteiligten Firmen. Dank der schnellen Umsetzung bekommen örtliche und überörtliche Seniorenheime, ambulante Dienste sowie Arztpraxen schnelle Hilfe, um in der Coronakrise wieder geschützt und sicher agieren zu können.“ (sf)
Mit hochfließfähigem TPE können Allwetterfußmatten hergestellt werden. (Bildquelle: Hexpol TPE)
Nachhaltige Fahrzeugkonzepte in der Automobilindustrie sind in jüngster Zeit bedeutender geworden. Dieser Wandel ist sicherlich in der Umstellung von Verbrennungsmotoren auf Elektro- oder Brennstoffzellenmotoren am deutlichsten wahrnehmbar. Doch auch materialseitig vollzieht sich ein Wandel. War die Leichtbautechnologie bisher vorrangig, so rückt der Einsatz nachhaltiger Materialien selbst immer stärker in den Fokus. Diese Materialien müssen sowohl die Anforderungen an Spezifikationen als auch die gesetzlichen Vorgaben erfüllen. Zu den wichtigsten Herangehensweisen zählt zum einen das Verwenden von biobasierten Materialien und zum anderen das Einsetzen von recycelten Rohstoffen.
Vorteile biobasierter Kunststoffe
Biobasierte Rohstoffe sind für den Automobilbereich geeignet, wenn sie sich nicht über die Zeit biologisch abbauen und deshalb auch für Teile mit einer hohen Lebensdauer einsetzen lassen. Durch das Verwenden von nachhaltigen Rohstoffen kann die CO2-Bilanz verbessert und die Umwelt geschont werden. Dies ist der Fall, da die pflanzlichen Rohstoffe während ihres Wachstums CO2 aus der Atmosphäre entziehen und in Sauerstoff umwandeln.
TPE mit biobasierten Rohstoffen
Die von Hexpol TPE, Lichtenfels, entwickelten Dryflex Green TPE haben einen hohen Anteil an nachhaltigen, biobasierten Rohstoffen und werden bereits seit 2015 im Consumerbereich eingesetzt. Trotz ihrer biologischen Herkunft können biobasierte TPE auf konventionellen Werkzeugen verarbeitet, in beliebigen Farben hergestellt und am Ende ihrer Lebenszeit problemlos recycelt werden. Inzwischen wurde diese Serie für den Automobilbereich erweitert und ist für den Automobilinnenraum verfügbar. So ist es beispielsweise möglich, Allwetterfußmatten mit einem biobasierten Kohlenstoffanteil von über 20 Prozent herzustellen. Dieser Anteil lässt sich über die Prüfnorm ASTM D6866 auch bestimmen.
Prüfnorm
Dryflex AM
Dryflex Green
Typische OEM-Anforderung
Biobasierter
Kohlenstoffanteil
ASTM D6866
0 %
20 %
Härte
ISO 868
74 Shore A
75 Shore A
70 ± 5 Shore A
Zugfestigkeit
DIN 53504
5,4 MPa
3.5 MPa
≥ 2.5 MPa
Reißdehnung
DIN 53504
609 %
414 %
> 400 %
Wärmealterung
(168 h/100 °C)
ISO 868 DIN 53504
i.O.
i.O.
i.O.
VOC
VDA 278
44,8 μg/g
42,8 μg/g
≤ 500 μg/g
FOG
VDA 278
315 μg/g
474 μg/g
≤ 2.000 μg/g
Geruch
VDA 270 (C3)
3
3
≤ 3.0
Tabelle 1: Vergleich von Dryflex Green mit TPE ohne Recycling-Anteil (Dryflex AM) und gängigen OEM-Vorgaben für Anwendungen der Luft- und Wassertrennung.
Trotz des biobasierten Anteils hat der Werkstoff auf SEBS-Basis einen sehr geringen Geruch (Note 3.0 nach VDA 270, C3) und der Anteil an flüchtigen und halbflüchtigen Stoffen (VOC und FOG über Thermodesorption nach VDA 278) liegt weit unter gängigen OEM-Emissionsvorgaben. Um eine hohe Reproduzierbarkeit und Vergleichbarkeit zu gewährleisten, wurden die Messungen von einem externen, akkreditierten Prüfinstitut durchgeführt. Beim Einsatz für beispielsweise großflächige Allwetterfußmatten ist es außerdem sehr wichtig, dass das Material gut fließt und sich gut verarbeiten lässt, damit die Teile mit genauer Oberflächenabbildung gefüllt werden können. Auch für andere Bauteile im Automobilinnenraum lassen sich biobasierte TPE sehr gut einsetzen. Zu diesen Anwendungen gehören zum Beispiel Einlegematten, Dichtungen in der Klimaanlage (HVAC) und dämpfende Dichtungen, um Klappergeräusche zu vermeiden.
Schritt für Schritt zu mehr Nachhaltigkeit
Der biobasierte Anteil in Kunststoffbauteilen kann in den nächsten Jahren jedoch nur Schritt für Schritt erhöht werden, da derzeit noch nicht alle Rohstoffe aufgrund technischer Gründe und der Verfügbarkeit ersetzt werden können. Nachhaltigkeit ist aber grundsätzlich nicht von heute auf morgen lösbar, sondern ein Weg mit mehreren Schritten. Derzeit werden TPE-Compounds mit einem Anteil von über 50 Prozent für den Interieurbereich entwickelt und stehen kurz vor der Markteinführung. Abseits vom Automobilbereich lassen sich bereits jetzt je nach Härte noch höhere Anteile realisieren (bis über 90 Prozent).
Rezyklate als nachhaltige Materiallösung
Beispiel für den Recyclingprozess vom Batteriegehäuse zum Schmutzfänger. (Bildquelle: jaksa95 – stock.adobe.com)
Ein weiterer Ansatz für nachhaltigere Materiallösungen ist der Einsatz von recycelten Rohstoffen in TPE-Compounds. Je nach Bauteileinsatz und den notwendigen Materialeigenschaften kommen dabei verschiedene Quellen recycelter Materialien infrage. Grundsätzlich wird dabei zwischen Post-Consumer-Rezyklaten (PCR) und Post-Industrial-Rezyklaten (PIR) unterschieden.
Der Begriff Post-Consumer-Rezyklat (PCR) bezeichnet Materialien, die bereits einmal zu Produkten oder Bauteilen verarbeitet wurden und beim Endverbraucher in Benutzung waren. Nach Ende ihrer Lebensdauer werden die Kunststoffteile gesammelt und verwertet. Die bekannteste Wertstoffsammlung dieser Art ist der gelbe Sack/Tonne, in der diverse Kunststoffe, vor allem Verpackungsmaterial, gesammelt werden. Weitere Rohstoffquellen liegen beispielsweise im Verwerten von Sperrmüll oder Autoteilen. Die gesammelten Kunststoffteile werden geschreddert, gereinigt und anschließend, soweit möglich, getrennt und sortiert. Das Material wird anschließend zu neuem Kunststoffgranulat verarbeitet und kann zum Herstellen von neuen Compounds und Bauteilen genutzt werden.
Als Rohstoff für TPE-Compounds sind auch PIR-Kunststoffe geeignet, welche aus Abfällen, die bei der Kunststoffproduktion anfallen, gewonnen werden. In einem Extrusionsprozess kann beispielsweise der angefallene Randbeschnitt verwertet und in einem anderen Herstellungsprozess als PIR-Rohstoff eingesetzt werden. Der Hauptvorteil dieser Art des Recyclings ist es, dass der Abfall sortenrein ist und aufwendiges Sortieren und Reinigen größtenteils entfällt. Bei dieser Art des Recyclings ist auch eine direkte Zusammenarbeit zwischen Verarbeitern in der Automobilindustrie und Materialherstellern möglich.
TPE mit recycelten Rohstoffen
Die vom Compoundeur entwickelten Dryflex Circular TPE Compounds sind mit hohen Anteilen an PCR oder PIR verfügbar und gut verarbeitbar. Je nach Härte und Anforderungsprofil lassen sich für Automobilanwendungen Anteile von bis über 50 Prozent realisieren.
In der Automobilbranche können TPE mit recycelten Rohstoffen derzeit in erster Linie im Außenbereich und in der Luft- und Wassertrennung eingesetzt werden. Zu den typischen Anwendungen zählen Schmutzfänger, Luftleitbleche und Karosseriedichtungen. In Tabelle 2 wird exemplarisch ein Werkstoff auf Basis SEBS für den Einsatz in der Luft- und Wassertrennung mit 30 Prozent PCR im Vergleich zu einem Material ohne recycelten Anteil gezeigt. Es ist erkennbar, dass die mechanischen Werte, verglichen mit einem konventionellen TPE, zwar niedriger sind, aber die gängigen OEM-Anforderungen dennoch eingehalten werden können.
Prüfnorm
Dryflex SE
Dryflex Circular
Typische OEM-Anforderung
Rezyklatanteil
0 %
30 % (PCR)
Hardness
ISO 868
85 Shore A
85 Shore A
85 ±5 Shore A
Zugfestigkeit
DIN 53504
12,6 MPa
7,4 MPa
≥ 3 MPa
Reißdehnung
DIN 53504
770 %
624 %
> 150 %
Wärmealterung (1.000 h/105 °C)
ISO 868, DIN 53504
i.O.
i.O.
1.000 h/100 °C
Druckverformungsrest
ISO 815-1 Methode B 3×2 mm gestapelt
76 %
63 %
≤ 85 %
Tabelle 2: Vergleich von Dryflex Circular mit TPE ohne Recyclinganteil (Dryflex SE) und gängigen OEM-Vorgaben für Anwendungen der Luft- und Wassertrennung
Weitere Möglichkeiten
Durch den Einsatz von TPE im Automobilbereich gibt es weitere Ansätze für eine höhere Nachhaltigkeit. Es ist dabei wichtig zu beachten, dass die Nachhaltigkeit von mehreren Faktoren wie zum Beispiel dem Erzeugen der Rohstoffe, dem nötigen Energieaufwand bei der Produktion oder dem Verwerten des ausgedienten Teiles abhängt. Häufig wird der Einfluss von Rohstoffen und Produktion im Rahmen einer Ökobilanz (Lebenszyklusanalyse) betrachtet.
TPE kann vielfach Weich-PVC wie in Verkleidungsteilen oder vernetzte Elastomere wie in Dichtprofilen ersetzen. Dies geschieht vor allem deshalb, weil die Materialien mit einer niedrigeren Dichte verfügbar sind und so zu einer Gewichtseinsparung von durchschnittlich 25 Prozent führen, welche sich in einem niedrigeren Energieverbrauch des Fahrzeugs äußert. Dieser Effekt kann noch verstärkt werden, indem das Material geschäumt und seine Dichte somit weiter reduziert wird.
Weich-PVC hat aufgrund seines Chlorgehalts ein negatives Ansehen und wird deshalb oft prinzipiell gemieden (Stichwort PVC-frei). Beim Ersatz von Elastomeren ist der Hauptvorteil, dass sich TPE thermoplastisch verarbeiten lassen und keine Vulkanisierung nötig ist. Dies reduziert sowohl die Zykluszeit als auch den Energiebedarf der Produktion. Des Weiteren können diese Werkstoffe am Ende der Produktlebenszeit einfacher recycelt und für andere Produkte eingesetzt werden. Sie sind deshalb häufig der effizientere und auch nachhaltigere Rohstoff.
Durch den Einsatz von natürlichen Füllstoffen können Biokomposite mit einem natürlichen Aussehen realisiert werden. Als Füllstoff eignen sich beispielsweise Holzfasern oder Kork. Die resultierenden Compounds lassen sich, ähnlich wie konventionelle TPE, thermoplastisch verarbeiten, aber der Naturrohstoff bleibt sichtbar.
Neu definierte Ziele
Für die Zukunft ist zu erwarten, dass die Bedeutung von nachhaltigen Rohstoffen im Automobilbereich weiter zunehmen wird, da sich viele OEM selbst Vorgaben setzen, die weit über die gesetzlichen Anforderungen hinausgehen. So will beispielsweise Volvo in seinen Modellen bis 2025 mehr als 25 Prozent recycelten Kunststoff einsetzen. [1] Renault hat sich zum Ziel gesetzt, bis zum Jahr 2022 den Einsatz von recycelten Kunststoffen im Vergleich zu 2013 um mehr als 50 Prozent zu erhöhen. [2] Auch von den Rohstofflieferanten werden neue Verfahren entwickelt, um mehr Recyclingmaterial einsetzen zu können und weitere nachhaltige Rohstoffquellen zu erschließen, beispielsweise wird das chemische Recycling von diversen Kunststoffen stark vorangetrieben, was insbesondere für sensible Anwendungen neue Möglichkeiten eröffnet. Insgesamt betrachtet können also bereits jetzt viele Bauteile mit nachhaltigen TPE umgesetzt werden und es ist zu erwarten, dass sich die Zahl der möglichen Anwendungsbereiche in den nächsten Jahren noch weiter vergrößern wird.
Lösungsmittel-verklebbare TPE verfügt über eine gute Transparenz und weist sich für Schlauchanwendung auch durch sein gutes Anti-Knick-Verhalten aus. (Bildquelle: Hexpol)
Hexpol TPE, Manchester, Großbritannien, hat darüber hinaus eine neue Mediprene-TPE-Serie entwickelt, die durch Verwendung von Lösungsmitteln wie Cyclohexanone eine gute Haftung erreicht. Das Lösungsmittel-verklebbare TPE ist für Einspritzanwendungen in Härtegraden von 60 ShA bis 45 ShD verfügbar, und kann – je nach Anwendungsbedarf – noch weiterentwickelt werden. Die Serie verfügt über eine gute Transparenz und weist sich für Schlauchanwendung auch durch ihr gutes Anti-Knick-Verhalten aus. Alle Lösungsmittel-verklebbare Typen unterliegen den strengen Rohstoffauswahl-Kriterien des Unternehmens. Die verwendeten Rohstoffe sind biokompatibel und geeignet für Nahrungsmittelkontakt. Das Schwedische Produktionswerk ist ISO13485 zertifiziert.
Um negative Einflüsse auf das eingesetzte Material zu vermeiden, werden die Rezepturen der Provamed-Werkstoffe von Actega DS, Bremen, sorgfältig zusammengestellt und mit Stabilisatoren sowie weiteren unterstützenden Inhaltsstoffen optimiert. Tests der unterschiedlichen Varianten im Vergleich zwischen Gammabestrahlung, Autoklavierung und Begasung mit Ethylenoxid zeigen die Resistenz der Werkstoffe gegen Verschleißmerkmale auf. Die Zugfestigkeit lag selbst nach einer Bestrahlung mit 50 kGy fast bei den Ausgangswerten. Die hohen Temperaturen im Autoklaven haben sogar einen positiven Effekt auf Entspannungs- und Auskristallisierungsprozesse einiger Polymere, die in der TPE-Rezeptur enthalten sind. Das führt zur Erhöhung der Zugfestigkeit und Bruchdehnung. Ähnliche Effekte wurden bei der Begasung mit Ethylenoxid festgestellt.
Engel und Hack Formenbau haben den Prozess für die Produktion von Teststäbchen gemeinsam entwickelt und optimiert. (Bildquelle: Engel)
Die Teststäbchen besitzen einen stabilen, thermoplastischen Griff und einen Kopf aus einem thermoplastischen Elastomer, damit die Untersuchung für den Patienten weniger unangenehm ist. Hack Formenbau hat dieses 2K-Design entwickelt, zunächst mit drei verschiedenen Designvorschlägen für den Kopf. „Grifflänge und Form, die Ausführung des Abstrichkopfs und die Materialien passen wir jeweils individuell an die Kundenanforderungen an“, sagt Gunnar Hack, Geschäftsführender Gesellschafter von Hack Formenbau. Ziel der Entwicklung ist, eine hohe Produktqualität mit einem hohen Output und einer hohen Wirtschaftlichkeit zu vereinen. Mit einem 32-fach-Werkzeug und einer Zykluszeit von 6 bis 8 Sekunden erzielt der Verarbeiter mit einer Anlage einen Output von bis zu 320 Teststäbchen pro Minute und 460.000 Teststäbchen pro Tag.
Hohe Präzision bei sehr kurzen Zykluszeiten
Die hohe Effizienz wird durch den integrierten Produktionsprozess, den der Maschinenbauer gezielt auf das vom Werkzeugbauer entwickelte Konzept abstimmt, sichergestellt. Dieser basiert auf einer holmlosen und hydraulischen Engel Victory 2K-Spritzgießmaschine mit integriertem Viper Linearroboter für die vollständig automatisierte Entnahme und Ablage der Stäbchen. Für eine hohe Prozesskonstanz ist die Maschine mit IQ Weight Control ausgerüstet. Das Assistenzsystem aus dem Inject 4.0 Programm des Spritzgießmaschinenherstellers erkennt Schwankungen im Rohmaterial und in den Umgebungsbedingungen und gleicht diese durch Anpassen der qualitätsrelevanten Prozessparameter Schuss für Schuss aus.
Langjährige Zusammenarbeit
Die beiden Unternehmen arbeiten in vielen Projekten eng zusammen, wobei Hochpräzisionsanwendungen für die Medizintechnik einen Schwerpunkt bilden. „Wir sind seit vielen Jahren sehr gut aufeinander eingespielt“, betont Christoph Lhota, Leiter der Business Unit Medical von Engel. Covid-19-relevante Aufträge werden sowohl bei Hack Formenbau als auch in den weltweiten Engel Werken mit sehr hoher Priorität bearbeitet.
Werkzeug- und Anlagenkonzept werden zukünftig nicht ausschließlich für Corona-Teststäbchen eingesetzt werden. Auch zum Herstellen von Abstrichstäbchen für beispielsweise Influenzatests oder gynäkologische Untersuchungen entwickeln die Unternehmen gemeinsam effiziente Gesamtanlagen. (sf)
Maskensystem mit modularem Aufbau aus reinigungsfähiger Halbmaske und austauschbarem Filtermedium. (Bildquelle: Bas)
Besonders die Medical-Compounds der M-Reihe verfügen über eine hohe Reinheit. Diese wird durch ein konstantes Herstellungsverfahren auf eigenen, fest zugewiesenen Produktionsaggregaten und zahlreiche Qualitätssicherungstests gewährleistet. Zudem wurden die Produktionskapazitäten für diese Materialien erhöht. Das Unternehmen Bas Kunststoffverarbeitung, Eslarn, produziert derzeit anstelle von Teilen für die Automobil- und Elektroindustrie, wiederverwendbare Mund- und Nasenmasken für Sozialeinrichtungen und Arztpraxen. Möglich machte dies unter anderem die enge und begleitende Kooperation mit den Waldkraiburger Unternehmen.
Beispiel einer mehrkomponentigen Atemschutzmaske (Bildquelle: Actega)
Atemmasken sind überall dort unerlässlich, wo Menschen beim Arbeiten mit Luftschadstoffen in Kontakt kommen. Die Anwendungsbeispiele sind vielfältig und reichen von A wie Aceton bis Z wie Zinkchlorid. Seine besondere Brisanz erhält das Thema Atemmasken aktuell aber durch die Medizintechnik, wo die Coronakrise zu einer Knappheit führte und schnelles Handeln erforderlich. Je nach Bedarf gibt es drei Typen von Atemschutzmasken:
Partikelfiltrierende Halbmasken (Filtering Face Piece = FFP, Staubmasken) filtern Partikel wie Staub und Aerosol aus der Umgebungsluft. Diese Art von Atemschutz gibt es in den drei Schutzstufen FFP1, FFP2 und FFP3. Je höher die Schutzstufe ist, desto besser ist die Leistung des Filters. Diese Atemschutzmasken filtern auch kleinste Partikel und Tröpfchen zuverlässig aus der Luft. Masken mit Ausatemventil bieten höheren Tragekomfort. Masken ohne Ausatemventil verhindern zusätzlich, dass der Maskenträger sein Umfeld mit ausgeatmeten Tröpfchen kontaminiert. Die von Actega DS hergestellten TPE Compounds Provamed 3150, 3160 und 3170 TL sind sehr Alternativen für die Herstellung der Ventile und umlaufenden Dichtlippen von FFP Masken. Diese transluzenten TPE Compounds zeichnen sich durch besondere Hautverträglichkeit, gute Abdichtung und Flexibilität bei gleichzeitiger Medienresistenz aus.
Halbmasken bedecken Mund und Nase und sind in vielen Bereichen ausreichend. Sie lassen sich, je nach Produkttyp, mit verschiedenen Partikel- und Gasfiltern kombinieren. Dadurch ist diese Art von Atemschutz sehr vielseitig einsetzbar. Vor welchen Schadstoffen eine Maske schützt, hängt von dem eingesetzten Filter ab.
Vollmasken bedecken das ganze Gesicht, haben eine Sichtscheibe und schützen somit nicht nur die Atmung, sondern auch die Augen. Wie Halbmasken lassen sie sich mit Filtern gegen Partikel und Gase kombinieren. Diese Art von Atemschutz darf auch bei besonders hohen Schadstoffkonzentrationen eingesetzt werden. Vollmasken werden oft in Kombination mit Schutzanzügen eingesetzt, zum Beispiel, wenn die Schadstoffe auch über die Haut aufgenommen werden.
Bei der Herstellung der Masken, oft im 2K-Verfahren, ist eine besondere Haftung der Hartkomponente (häufig aus PP) mit der weichelastischen aus TPE erforderlich. Eine Haftung die die haftungsverstärkten TPE von Actega DS gewährleisten können.
Masken, kombiniert mit Schläuchen
In der Akutversorgung werden Masken mit Anschlusskonnektoren und Beatmungsschläuchen eingesetzt. Hier muss der oft aus PVC gefertigte Schlauch fest mit der Maske verklebt werden. Provamed 1345 TP und Provamed 1360 TP haben das Potenzial, mit den gängigen Lösemitteln MEK und THF auf PVC verklebt zu werden. Zudem zeichnen sich diese TPE durch eine ausgewogene Flexibilität, Knickbeständigkeit und Steifigkeit aus. Sie sind ohne Beeinträchtigung der Materialeigenschaften mit Gamma oder EtO sterilisierbar und weisen eine perfekte Haftung, insbesondere auf Polystyrol, ABS und PVC auf. Eigenschaften, die auch generell in Bereich der medizinischen Schlauchsysteme von Wichtigkeit sind. Entsprechend feinfühlig wird hier die Werkstoffrezeptur komponiert.
Hohe Ansprüche an Schläuche
Die Schläuche müssen fest mit der Maske verbunden sein. (Bildquelle: Actega)
Einlumige Schläuche (mit nur einem Kanal) und Monolayer-Schläuche werden zum Beispiel für den Transport von Flüssigkeiten und Medikamenten in der Infusion, in der enteralen und parenteralen Ernährung sowie in der Urologie und Endoskopie eingesetzt. Multilumenschläuche (mit mehreren Kanälen) kommen in der Akutdialyse, als zentralvenöse Katheter, in der Urologie sowie als Liquordrainage zum Einsatz. Anwendungsgebiete für Schläuche im Multilayeraufbau können beispielsweise Infusionsleitungen und Füllschläuche für Beutelsysteme, Druckleitungen für die Angiographie oder hochflexible Arbeitskanäle mit niedrigen Gleitreibungskoeffizienten in der Endoskopie sein. Und schließlich werden Schläuche mit Armierung als Respirationsschläuche genutzt. Grundsätzlich sind folgende Anforderungen zu erfüllen: Wechselwirkungen zwischen Schlauchmaterial und pharmazeutischen oder körpereigenen Stoffen sind zu vermeiden. Es darf keine Interaktion mit dem Kunststoff geben, die Medikamentenabsorption ist zu verhindern, und das Material muss in jeder Beziehung medienbeständig sein. Weitere wichtige Aspekte sind die Biokompatibilität des Materials nach ISO 10993, die Sterilisationsfähigkeit in den gängigen Verfahren, Transparenz sowie die Knickbeständigkeit. Diese Eigenschaftsprofile werden von den genannten TPE-Materialien konsequent erfüllt.
