Das Interesse an der Kombination von Thermoplasten und Flüssigsilikon (LSR) wächst, denn sie ermöglicht es, formstabile Strukturen und flexible Funktionen in einem Bauteil zu vereinen. Für die Fertigung standen bislang im Wesentlichen zwei Verfahren zur Verfügung: Beide Prozesse werden entweder in einer Maschine kombiniert oder auf zwei separate Maschinen verteilt. Beide Ansätze funktionieren, sind jedoch jeweils mit Kompromissen verbunden.
Der Foboha LSR Cube eröffnet einen dritten Weg. Das Konzept ermöglicht es, die einzelnen Prozessschritte an separaten Stationen innerhalb eines gemeinsamen Fertigungssystems durchzuführen. Dadurch kann die Produktivität gesteigert werden und LSR auch für Anwendungen wirtschaftlich interessant machen, bei denen sich Hersteller bislang für TPE entschieden oder separat gefertigte LSR-Komponenten anschließend montiert haben.
Thermoplaste sorgen für formstabile Geometrien, strukturelle Festigkeit und Maßhaltigkeit. LSR ergänzt flexible Funktionen wie Dichtungen, Membranen oder Soft-Touch-Oberflächen und bietet gleichzeitig langfristige Elastizität sowie eine hohe Beständigkeit gegenüber Temperatur, Chemikalien und Alterung. Durch die Kombination beider Werkstoffe lassen sich Bauteilfunktionen realisieren, die mit einem der beiden Materialien allein nicht möglich wären.
Das Umspritzen kann außerdem separat gefertigte Komponenten und nachgelagerte Montageschritte ersetzen. Dadurch lassen sich Handling, Zwischenlagerung und potenzielle Leckagepfade reduzieren. Gleichzeitig entsteht ein direkterer Weg vom Spritzgießprozess zum fertigen Funktionsbauteil.
Die besondere Herausforderung liegt in den gegensätzlichen thermischen Anforderungen der beiden Prozesse: Die Thermoplastschmelze wird in eine gekühlte Kavität eingespritzt, in der das Bauteil erstarrt. LSR dagegen wird über ein gekühltes Zuführsystem in eine beheizte Kavität eingebracht und dort vernetzt. Beide thermischen Bedingungen innerhalb eines Produktionskonzepts zu kombinieren, ohne dass ein Prozess den anderen begrenzt, ist die zentrale Herausforderung beim Thermoplast-LSR-Umspritzen.
Die zwei etablierten Fertigungsverfahren
Beim ersten Verfahren werden Thermoplast-Spritzgießen und LSR-Umspritzen innerhalb einer Maschine kombiniert. Der Transfer erfolgt entweder über eine Dreh- bzw. Indexeinheit oder robotergestützt innerhalb der Maschine. Beide Varianten vermeiden den Transfer zwischen zwei Maschinen. Die beiden Prozesse teilen sich jedoch das Maschinenlayout und den übergeordneten Produktionszyklus.
Die gegensätzlichen thermischen Anforderungen müssen innerhalb desselben Systems beherrscht werden, während die Gesamtzykluszeit vom langsameren Prozess beeinflusst wird. Mit zunehmender Kavitätenzahl und Werkzeuggröße wird es schwieriger, Temperaturführung, Transfer und Werkzeugintegration optimal aufeinander abzustimmen.
Beim zweiten Verfahren werden Thermoplast-Spritzgießen und LSR-Umspritzen auf zwei Maschinen verteilt. Dadurch kann jeder Prozess in seinem eigenen thermischen Umfeld betrieben und unabhängig optimiert werden. Die Thermoplast-Vorspritzlinge müssen jedoch entnommen, zur zweiten Maschine transportiert, ausgerichtet und dort erneut in das Werkzeug eingelegt werden. Mit steigender Kavitätenzahl erfordert dies eine zunehmend komplexe Automatisierung und eine sehr präzise Positionierung. Gleichzeitig steigen Handlingsaufwand, Platzbedarf und die Anzahl technischer Schnittstellen.
Bislang bestand die Wahl daher im Wesentlichen darin, das Bauteil innerhalb einer Maschine zu halten und dafür gemeinsame Prozessrestriktionen in Kauf zu nehmen – oder die Prozesse zu trennen und einen externen Transfer zu akzeptieren. Der Foboha LSR Cube eröffnet eine dritte Möglichkeit.
LSR Cube: ein dritter Fertigungsansatz
Beim LSR Cube transportiert ein rotierendes Mittelteil den Thermoplast-Vorspritzling von der Thermoplast-Spritzgießstation zur LSR-Umspritzstation. Abhängig von der Anwendung kann sich der Cube um 90 oder 180 Grad drehen. Zusätzliche Arbeitspositionen können für Kühlung, Oberflächenbehandlung, Prüfung oder Bauteilentnahme genutzt werden, während an den anderen Positionen gleichzeitig weiter produziert wird.
Bei einer konventionellen Einmaschinenlösung können sich die beheizten LSR-Kavitäten unmittelbar über den gekühlten Thermoplast-Kavitäten befinden. Durch diese räumliche Nähe ist eine konsequente thermische Trennung schwierig.
Beim Cube-Konzept befinden sich die Thermoplast- und LSR-Kavitäten dagegen auf gegenüberliegenden Maschinenplatten und werden durch den zentralen Würfel voneinander getrennt. Diese räumliche Trennung ermöglicht es, beide Prozesse in weitgehend unabhängigen thermischen Umgebungen zu betreiben. Der Cube kombiniert damit die thermische Trennung einer Zwei-Maschinen-Lösung mit einem kontrollierten Bauteiltransfer innerhalb einer integrierten Produktionszelle.
Der Cube kann neue Einsatzmöglichkeiten für LSR erschließen
Der Nutzen des Würfelwerkzeugs beschränkt sich nicht darauf, bestehende Thermoplast-LSR-Anwendungen effizienter zu produzieren. Das Konzept kann auch die Entscheidung beeinflussen, ob LSR überhaupt als Werkstoff eingesetzt wird.
In einigen Anwendungen würde LSR aufgrund seiner höheren Temperaturbeständigkeit, seines geringeren Druckverformungsrests, seiner chemischen Beständigkeit, Biokompatibilität oder Langzeitperformance die besseren Materialeigenschaften bieten. Dennoch fällt die Wahl teilweise auf TPE, weil es sich einfacher in den Spritzgießprozess integrieren lässt. Die Materialentscheidung wird damit nicht ausschließlich durch die Anforderungen an das Produkt bestimmt, sondern auch durch Restriktionen des Fertigungsprozesses.
In anderen Anwendungen wird LSR aufgrund seiner Eigenschaften eingesetzt, die Silikonkomponente jedoch separat gefertigt und anschließend montiert. Damit lassen sich zwar die Herausforderungen eines integrierten Umspritzprozesses umgehen, gleichzeitig entstehen jedoch ein zusätzlicher Spritzgießprozess sowie zusätzlicher Aufwand für Handling, Prüfung, Lagerhaltung und Montage.
Der LSR Cube eröffnet hier eine weitere Möglichkeit: LSR kann aufgrund seiner technischen Eigenschaften ausgewählt und dennoch innerhalb eines koordinierten Produktionsprozesses direkt umspritzt werden. Dies kann den Wechsel von TPE zu LSR unterstützen, separate LSR-Fertigung und Montage ersetzen und neue Produktkonzepte ermöglichen, deren Industrialisierung bislang zu komplex war.
Der Cube kann damit nicht nur bestehende Zweikomponentenprozesse verbessern, sondern auch das Anwendungsspektrum erweitern, in dem LSR wirtschaftlich und produktionstechnisch sinnvoll eingesetzt werden kann.
Die Leistungsfähigkeit des Cube beginnt beim Werkzeugkonzept
Der Cube bietet eine leistungsfähige Architektur zur Integration beider Prozesse. Die Performance der Gesamtanlage hängt jedoch von mehreren kritischen Systemen ab.
Das Thermoplast-Heißkanalsystem muss die Kavitäten gleichmäßig füllen. Gleichzeitig muss das LSR-Kaltkanalsystem das Material ohne vorzeitige Vernetzung zuführen und präzise mit dem beheizten Werkzeug zusammenwirken. Das rotierende Mittelteil muss den Vorspritzling bei jedem Zyklus exakt positionieren und gleichzeitig die für die jeweilige Anwendung erforderlichen Kühl-, Heiz-, Sensor- und Auswerferfunktionen ermöglichen.
Besonders anspruchsvoll ist die Abdichtung. Aufgrund seiner niedrigen Viskosität kann LSR selbst in kleinste Spalte eindringen. Das Werkzeug muss daher zuverlässig um den Thermoplast-Vorspritzling abdichten, ohne diesen zu beschädigen oder zu verformen. Gleichzeitig müssen eine wirksame Entlüftung und definierte Bedingungen an der Trennebene sichergestellt werden, um Gratbildung zu vermeiden.
Präzise Stahlpassungen und eine reproduzierbare Positionierung des Vorspritzlings sind deshalb zentrale Bestandteile des Werkzeugkonzepts.
Auch Materialauswahl und Bauteildesign müssen auf den Prozess abgestimmt sein. Die Haftung kann unter anderem von den ausgewählten Materialtypen, der Oberflächenbeschaffenheit, der Temperatur des Vorspritzlings, der Vermeidung von Verunreinigungen sowie der Zeit zwischen den beiden Spritzgießstufen abhängen.
Anspritzung, Dichtflächen, zulässige Gratbildung, Fixierung des Vorspritzlings und thermische Belastung sollten deshalb bereits berücksichtigt werden, bevor Bauteil- und Produktionskonzept endgültig festgelegt werden.
Warum SPECTRIX
Ein LSR-Cube-Projekt ist mehr als ein Werkzeugprojekt. Werkzeug, Heißkanal, LSR-Kaltkanal, Dosiersystem, Spritzgießmaschine, Automation und Spritzgießprozess müssen als ein Gesamtsystem funktionieren.
SPECTRIX übernimmt dabei die Rolle des führenden Systemintegrators und koordiniert die einzelnen Komponenten vom ersten Konzept bis zur Erprobung und Validierung.
Innerhalb von SPECTRIX liefert Foboha die Cube-Architektur, die Mehrkomponenten-Werkzeugtechnik und die erforderliche Präzisionswerkzeugtechnologie für einen exakten Transfer des Vorspritzlings und eine zuverlässige Gratkontrolle. Männer bringt die Expertise für das Thermoplast-Heißkanalsystem ein. Auf Partnerseite liefert ELMET liefert die LSR-Dosier- und Kaltkanaltechnik, ARBURG die Spritzgießmaschine. SPECTRIX integriert diese Systeme gemeinsam mit Automation, Kavitätssensorik und Prozessregelung zu einer abgestimmten Produktionszelle.
Die komplette Zelle kann vor der Auslieferung aufgebaut, in Betrieb genommen und unter Produktionsbedingungen getestet werden. Die interne Erprobung geht dabei über den reinen Nachweis hinaus, dass das Werkzeug ein Bauteil produziert. Thermoplast- und LSR-Prozess werden aufeinander abgestimmt, Bauteiltransfer und Automation getestet und das Gesamtsystem optimiert. Erweiterte Messtechnik, Produktionsversuche und Validierung stellen anschließend sicher, dass Anlage und Prozess die Anforderungen an das fertige Bauteil erfüllen können. Für den Kunden bedeutet dies weniger technische Schnittstellen, eine schnellere Industrialisierung und ein geringeres Validierungsrisiko. Statt Werkzeug-, Maschinen-, Dosier-, Automations- und Prozesslieferanten einzeln koordinieren zu müssen, steht mit SPECTRIX ein zentraler Engineering-Partner zur Verfügung, der die Verantwortung für das Zusammenspiel des gesamten Produktionssystems übernimmt.
Von der Produktidee zur validierten Serienproduktion
Die Kombination von Thermoplast und LSR eröffnet neue Möglichkeiten für die Produktentwicklung. Ob sich diese Möglichkeiten zuverlässig in die Serienproduktion übertragen lassen, hängt jedoch entscheidend vom Fertigungskonzept ab.
Der LSR Cube bietet einen dritten Weg: weitgehend unabhängige thermische Prozessbedingungen, einen kontrollierten Transfer innerhalb des Werkzeugsystems und parallel ablaufende Prozessschritte in einer integrierten Produktionszelle.
Mit SPECTRIX als führendem Systemintegrator können Cube-Werkzeug, Heißkanal, LSR-Kaltkanal, Dosiersystem, Spritzgießmaschine, Automation und Spritzgießprozess als ein Gesamtsystem entwickelt, abgestimmt und erprobt werden.
Damit lassen sich nicht nur bestehende Zweikomponentenprozesse optimieren. Der Ansatz kann LSR auch für Produkte interessant machen, bei denen fertigungstechnische Einschränkungen bislang zum Einsatz von TPE, zu nachgelagerten Montageprozessen oder dazu geführt haben, dass eine wirtschaftlich tragfähige industrielle Lösung nicht realisierbar war.
SPECTRIX bietet damit mehr als einen dritten Fertigungsansatz – der LSR Cube macht den Einsatz von LSR für ein breiteres Anwendungsspektrum praktikabel.
Foboha ist Teil von SPECTRIX, einem Anbieter von End-to-End-Lösungen für das Spritzgießen. Die LSR-Lösung wird auf der Fakuma 2026 am SPECTRIX-Messestand in Halle A1, Stand 1208, präsentiert.
Abbildungen/ Tabellen:
Abb. 1 Foboha LSR Cube. Das rotierende Mittelteil transportiert den Thermoplast-Vorspritzling von der Thermoplast-Spritzgießstation zur LSR-Umspritzstation. Dabei verbleibt der Vorspritzling während des gesamten Transfers innerhalb des Werkzeugsystems.
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Kriterium |
Konventionelle Einmaschinenlösung |
Zwei-Maschinen-Lösung |
LSR Cube |
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Thermische Trennung |
Beheizte LSR- und gekühlte Thermoplast-Kavitäten befinden sich in unmittelbarer Nähe |
Prozesse laufen in getrennten Maschinen |
Thermoplast- und LSR-Kavitäten befinden sich auf gegenüberliegenden Maschinenplatten, getrennt durch den zentralen Cube |
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Transfer des Vorspritzlings |
Dreh-/Indexiertransfer oder Robotertransfer innerhalb der Maschine |
Robotertransfer zwischen zwei Maschinen |
Vorspritzling verbleibt auf dem rotierenden Cube-Kern |
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Bauteilpositionierung |
Je nach Konzept werkzeug- oder robotergesteuert |
Abhängig von der Transferautomatisierung |
Position bleibt während des gesamten Prozesses auf dem Werkzeugkern definiert |
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Organisation des Zyklus |
Beide Prozesse teilen sich einen Maschinenzyklus |
Unabhängige Spritzgießzyklen, verbunden durch den Transfer |
Mehrere Prozessschritte laufen parallel innerhalb eines Maschinenzyklus |
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Skalierung auf höhere Kavitätenzahlen |
Zunehmende Werkzeuggröße, rotierende Masse oder komplexeres Roboterhandling |
Mehr Bauteile müssen transferiert und exakt positioniert werden |
Interner Transfer und stationäre Kavitätenbereiche unterstützen höhere Kavitätenzahlen |
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Produktionsfläche |
Eine Maschine mit integrierter Transfertechnik |
Zwei Maschinen plus Transferautomation |
Eine integrierte Produktionszelle |
Tabelle 1 . Vergleich der konventionellen Einmaschinenlösung, der Zwei-Maschinen-Lösung und des LSR-Cube-Verfahrens für das Thermoplast-LSR-Umspritzen.
Über SPECTRIX
SPECTRIX bündelt die Kompetenzen und Technologien von Männer, Foboha, Synventive, Thermoplay, Gammaflux und Priamus. Mit mehr als 50 Jahren Erfahrung und 2.000 Spezialisten weltweit ist SPECTRIX der Partner für End-to-End-Lösungen im Kunststoff-Spritzguss.
Von Bauteilauslegung und Materialwissenschaft über Werkzeugbau, Heißkanal-, Sensor- und Regeltechnik bis hin zu Qualifizierung, Spezialspritzguss und Lifecycle Services unterstützt SPECTRIX Kunden entlang der gesamten Wertschöpfungskette des Spritzgießens. Je nach Anforderung kommen einzelne Technologien und Services oder eine vollständig integrierte End-to-End-Lösung zum Einsatz.
Mit globaler Präsenz und lokaler Expertise begleitet SPECTRIX Kunden von der ersten Idee bis zur Serienproduktion.
SPECTRIX – Enduring Advantage, Engineered.
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