Gemeinsames Ziel: Mehr Nachhaltigkeit

Von Automotive über Aviation bis zur urbanen Mobilität diskutieren Branchenexperten und Visionäre auf den ENGEL Mobility Days 2023 – supported by KTM Technologies – Mitte Juni in Österreich Herausforderungen und Trends, neue Marktchancen und technologische Möglichkeiten. Die zweitägige Veranstaltung mit hochkarätigen Referenten und zukunftsweisenden Maschinenexponaten vereint und erweitert die bisherigen ENGEL Konferenzen trend.scaut und Lightweight Future Day zu einem neuen Netzwerk-Event.

„Lassen Sie uns zwei Tage lang Mobilität völlig neu denken“, begrüßt Gastgeber Dr. Stefan Engleder, CEO der ENGEL Gruppe, zu Beginn der ENGEL Mobility Days 2023 die mehr als 500 Gäste im Design Center in Linz. Mobilität wird immer vielfältiger und das spiegelt sich nicht nur in der Teilnehmerliste, sondern auch im Konferenzprogramm wider. In den Vorträgen geht es um den Individualverkehr mit Pkw, Zweirad oder E-Scooter ebenso wie um den öffentlichen Personenverkehr mittels Bus, Bahn, Peoplemover oder Flugtaxi, um die Luftfahrt sowie um logistische Mobilitätskonzepte vom klassischen Lkw bis zur Drohne. Dabei eint alle Mobilitätsbereiche ein gemeinsames Ziel: Mobilität nachhaltiger zu gestalten.

Ob neue Antriebskonzepte oder autonomes Fahren: Die Trends verändern grundlegend die Anforderungen an die Mobilität und erfordern zum Teil völlig neue Material- und Herstellungskonzepte. Hieraus ergeben sich große Chancen für die Spritzgießindustrie. „Kunststoffe spielen in der Mobilität der Zukunft eine noch deutlich größere Rolle als heute“, betont Franz Füreder, Leiter der Business Unit Automotive & Mobility von ENGEL. „Polymere Materialien sind per se Leichtbauwerkstoffe und unterstützen den schonenden Umgang mit Energie und Rohstoffen. Sie lassen sich sehr effizient im Spritzguss verarbeiten, was innovative Technologien für den Massenmarkt zugänglich macht.“ Die ENGEL Mobility Days 2023 zeigen hierfür zahlreiche Beispiele auf.

Vorteil der Werkstoffgruppe hervor: „Kunststoffe sind durchlässig für Schallwellen und elektromagnetische Strahlung und damit unverzichtbar für das autonome Fahren.“ Beim autonomen Fahren geht es um das Thema Konnektivität, die Kommunikation zwischen den Fahrzeugen untereinander sowie mit weiteren Verkehrsteilnehmern und der Umgebung. Die dafür eingesetzten Sensoren nutzen elektromagnetische und akustische Methoden. Abstandssensoren zum Beispiel arbeiten mit Ultraschall, die adaptive Geschwindigkeitsregelung mit Radar und Nachtsichtassistenten mit Infrarot.

„Kunststoffe lassen alle diese Wellen durch und haben deshalb im automobilen Front- und Heckbereich Aluminium und Stahl bereits verdrängt“, so Fischer. „Das autonome Fahren ist eine große Chance für den Kunststoffspritzguss. Effizienter als jede andere Methode der Kunststoffverarbeitung erlaubt es das Spritzgießen, Sensorik und elektronische Funktionalität mit einem ästhetischen Design zu verbinden.“

ENGEL hat hierfür unter anderem die clearmelt Technologie entwickelt, ein Zwei-Komponenten-Verfahren, das IMD (In-Mould Decoration) mit Polyurethan-Überfluten kombiniert. „Das Überfluten mit Polyurethan im Spritzgießwerkzeug ermöglicht eine absolut reproduzierbare, glatte Oberfläche mit einer gleichmäßigen Wanddicke“, sagt Fischer: „Damit ist die Technologie selbst für die Integration von optischen Sensoren prädestiniert.“

BMW in Landshut produziert auf dieser Technologiebasis im Reinraum „Nieren“ für den elektrischen BMW iX. Einst Kühlergrill kommt dem charakteristischen Designmerkmal aller BMW Modelle mit der Elektrifizierung der Antriebe eine neue Aufgabe zu. Die Nieren schützen verschiedene Sensoren für das assistenzunterstützte und in Zukunft autonome Fahren. Damit die Sensoren auch im Winter zuverlässig funktionierten, hinterspritzt BMW in einem integrierten Prozess eine beheizbare Funktionsfolie mit Polycarbonat und überflutet sie mit Polyurethan. Nachdem es fürs Fahrzeug-Interieur bereits mehrere Anwendungen gibt, setzt BMW das kombinierte Folienhinterspritzen und Überfluten erstmalig in der Serienproduktion von Funktionsbauteilen im besonders beanspruchten Exterieur ein. Unter der kratzfesten Oberfläche aus Polyurethan ist die sensible Elektronik gut geschützt. Der hohe Glanzgrad und Tiefeneffekt, für den schon eine dünne Beschichtung mit Polyurethan ausreicht, vermitteln einen sehr edlen Eindruck. ENGEL ist für dieses anspruchsvolle Projekt Systemlieferant. Die Produktionsanlage integriert eine ENGEL duo combi M Spritzgießmaschine mit Wendeplatte, zwei große Knickarmroboter für das Handling der Folien und Fertigteile, eine Folienreinigungsanlage, eine Prüfstation für die Inline-Qualitätskontrolle sowie periphere Einheiten inklusive Polyurethanzuführung.

ENGEL arbeitet auf dem Gebiet des kombinierten Hinterspritzens und PUR-Überflutens mit Entwicklungspartnern zusammen, darunter unter anderem die Unternehmen Leonhard Kurz Stiftung, Schöfer und Votteler Lackfabrik. Im Rahmen einer Projektstudie konnten die Partnerunternehmen zeigen, dass das Überfluten mit Polyurethan, das prozesstechnisch einem In-Mould-Painting entspricht, lediglich 20 Prozent des gesamten Energieaufwands des Produktionsprozesses ausmacht. Damit ist der integrierte Prozess deutlich energieeffizienter als ein vom Spritzguss unabhängiges Lackieren der Bauteile.

Zum Erreichen der Klimaschutzziele kommt dem Leichtbau eine zentrale Rolle zu. Mit einem eigenen interdisziplinären Technologiezentrum für Leichtbau-Composites am Produktionsstandort St. Valentin in Österreich entwickelt ENGEL seit mehr als zehn Jahren gemeinsam mit Partnerunternehmen innovative Composite-Lösungen. Oberstes Entwicklungsziel sind integrierte und automatisierte Prozesse für eine kosteneffiziente Großserie.

Ein Fokus der Entwicklungsarbeiten liegt auf dem Einsatz thermoplastischer Faserverbundmaterialien. „Gründe hierfür sind zum einen die sehr effizienten Prozesse zum Verarbeiten von Thermoplasten und zum anderen die höhere Nachhaltigkeit“, sagt Füreder. Ein konsequent thermoplastischer Materialansatz ebnet einem späteren Recycling der Bauteile den Weg.

Im ENGEL organomelt Verfahren werden in einem einzigen integrierten Prozessschritt thermoplastische Faserverbundhalbzeuge – zum Beispiel Organobleche und UD-Tapes – umgeformt und funktionalisiert. Zum Funktionalisieren werden Versteifungsrippen oder Montageelemente unmittelbar nach dem Umformen im selben Werkzeug mit einem Thermoplast aus der Gruppe des Matrixmaterials des Organoblechs angespritzt.

Die erste Großserienanwendung dieser Technologie ging 2018 bei Valeo Front End Modules in Smyrna, Tennessee, USA, an den Start. Ausgehend von Organoblechen werden dort Frontendträger mit integrierter Luftführung für einen namhaften deutschen OEM produziert. Die für die vollautomatisierte Großserienfertigung von ENGEL gelieferte Systemlösung besteht aus einer ENGEL duo 1700 Spritzgießmaschine, drei ENGEL easix Knickarmrobotern für die Vorbereitung einer Vielzahl von Metall-Inserts und für das Organoblech-Handling, einem ENGEL viper 90 Linearroboter und einem ENGEL IR-Ofen.

Durch einen zweischaligen Aufbau konnten die Luftkanäle direkt in die Trägerstruktur integriert werden. Die beiden Halbschalen werden im One-Shot-Prozess produziert. Hierfür werden die beiden Organobleche gleichzeitig im IR-Ofen aufgeheizt, ins Werkzeug eingelegt, dort umgeformt und funktionalisiert.

Das Recycling von faserverstärkten Composite-Bauteilen ist ein weiterer Entwicklungsschwerpunt im Technologiezentrum für Leichtbau-Composites von ENGEL. „Wir erwarten, dass das Automobilrecycling in Zukunft viele glasfaserverstärkte Bauteile aus Polyamid und Polypropylen sortenrein zurück in die Materialkreisläufe spielt. Beim Shreddern der Bauteile werden die Glasfasern aber gekürzt. Um aus den Rückläufern wieder hochwertige Faserverbundbauteile zu produzieren, muss beim Aufbereiten der Rezyklate neues Fasermaterial zudosiert werden“, erklärt Fischer. „Hier arbeiten wir an einem Konzept, das es erlaubt, sehr effizient die Materialeigenschaften einzustellen.“

Basis ist der neue Zwei-Stufen-Prozess, den ENGEL auf der K 2022 vorstellte. Die Anlage trennt das Plastifizieren und Einspritzen in zwei voneinander unabhängige, aufeinander abgestimmte Prozessschritte auf, um zwischen die beiden Aggregate einen Schmelzefilter und eine Entgasungseinheit integrieren zu können. Mit dieser Strategie lassen sich Kunststoffabfälle direkt nach dem Vermahlen als Flakes im Spritzguss in sehr hoher Qualität verarbeiten. Da ein kompletter Aufbereitungsschritt, das Regranulieren, entfällt, spart der Zwei-Stufen-Prozess im Vergleich zum herkömmlichen Recycling viel Energie und Arbeitsaufwand ein. Um geshredderte Faserkunststoffverbundbauteile wieder zu mechanisch hochbelastbaren Fahrzeugkomponenten verarbeiten zu können, integriert ENGEL nun zusätzlich zum Schmelzefilter eine Glasfaserzuführung ins Anlagenkonzept. Die frischen Langglasfasern werden vor dem Einspritzen der Schmelze zudosiert. „Wir befinden uns hier in der Erprobungsphase“, sagt Fischer. „Die ersten Versuche sind vielversprechend.“

Die alternativen Antriebstechnologien eröffnen ebenfalls neue Potenziale für die Spritzgießindustrie. „Die Wasserstofftechnik wird derzeit in Europa besonders stark vorangetrieben, vor allem im Lkw-Bereich“, berichtet Fischer. „Mit dem Joint-Venture Cellcentric bündeln Daimler Truck und Volvo Group ihre Erfahrung in der Entwicklung und Produktion von Brennstoffzellensystemen und haben ENGEL als einen ihrer Technologielieferanten ausgewählt.“

Die Kompetenz von ENGEL in der Verarbeitung von Elastomeren und insbesondere Flüssigsilikon (LSR) ist hier entscheidend. Brennstoffzellen erfordern viele Dichtungen, die zum Teil direkt auf Metall- oder Kunststoffkomponenten aufgespritzt werden. Hinzu kommen Kabeldurchführungen, die aus LSR produziert werden.

Die Bipolarplatten, von denen pro Brennstoffzelle mehrere hundert Stück benötigt werden, bestehen aus Metall, aber das könnte sich langfristig ändern, ist Fischer überzeugt. „Wir entwickeln bereits Spritzgießlösungen für Bipolarplatten auf Basis von Thermoplasten. Die Herausforderung besteht in der Plattendicke von nur wenigen Zehntelmillimetern, wofür wir Dünnwandtechnologien mit Spritzprägen kombinieren.“

Auch für Batteriegehäuse und -wannen in Elektro-, Hybrid- und Brennstoffzellenfahrzeugen lösen Thermoplaste immer häufiger Stahl- und Aluminiumbleche ab. So entwickelt zum Beispiel Envalior – hervorgegangen aus DSM Engineering Materials und dem Geschäftsbereich High Performance Materials von Lanxess – eine neuartige Batteriewanne aus Polyamid mit einem hohen Glasfaseranteil. Die Wanddicke liegt unter 7 mm bei einem Einzelschussgewicht von 60 kg. „Die Herausforderung besteht darin, die hohen Lasten im Kunststoffdesign stabil aufnehmen zu können“, erklärt Fischer. „Außerdem erfordern das großvolumige Bauteil und das sehr hohe Schussgewicht eine besonders große Spritzgießmaschine. Wir planen mit einer ENGEL duo Großmaschine mit 8000 Tonnen Schließkraft.“

Waren die ENGEL duo Spritzgießgroßmaschinen im Standard lange Zeit mit Schließkräften bis 5500 Tonnen verfügbar, hat ENGEL für die neuen Anwendungen im Bereich Mobilität aber auch in anderen Branchen die Baureihe nach oben erweitert. Neben besonders großflächigen und voluminösen Bauteilen ermöglichen diese neuen Megamaschinen mit ihren extrem großen Werkzeugeinbauräumen eine noch umfangreichere Prozessintegration – zum Beispiel im Bereich der Verscheibung.

„Schließkräfte von mehr als 10.000 Tonnen und Schussgewichte von mehreren hundert Kilogramm sind heute schon technisch möglich“, gibt Stefan Engleder einen Ausblick und unterstreicht das Commitment von ENGEL zum Bau von Großmaschinen in einer neuen Dimension. „Wir haben sowohl im Großmaschinenwerk in St. Valentin in Österreich als auch in Shanghai, China, Montagekapazitäten hierfür geschaffen. Weltweit begleiten wir unsere Kunden beim Lösen der neuen Mobilitätsherausforderungen.“