Lehrveranstaltung in der Experimentierhalle zeigt, worauf es bei der Kunststoffverarbeitung wirklich ankommt.
„Wenn das kein eingängiges Lernumfeld ist“, findet Professorin Brigitta Gänsicke. Ein Teil ihrer Seminare zu Fertigungsverfahren findet nicht im Hörsaal, sondern direkt in der Experimentierhalle des Fachbereichs Ingenieurwissenschaften und Mathematik der HSBI statt. Hier lernen die Studierenden des Wirtschaftsingenieurwesens im vierten Semester Fertigungsverfahren für Kunststoffbauteile – direkt an den realen Anlagen, mit denen auch in der Industrie gearbeitet wird. Für die angehenden Wirtschaftsingenieur:innen des vierten Semesters eine wertvolle Erfahrung. „Viele Studierende kennen Fertigungsverfahren bisher nur aus der Theorie. Die Maschinen live zu erleben, ist unabdingbar“, betont Gänsicke.
Verstehen mit allen Sinnen
Den Rundgang übernahmen Lehrende mit Expertise. David Meyer zu Wendischhoff, wissenschaftlicher Mitarbeiter und Lehrbeauftragter für Konstruktion, Werkstofftechnik und Maschinenelemente, stellte den Studierenden verschiedene Materialien, Werkzeuge und Prozesse vor. Sein Ziel: „Es geht darum, die ganze Bandbreite in der Industrie kennenzulernen.“ In der Halle konnten die Studierenden Spritzgusswerkzeuge, Tiefziehformen, Kunststoffgranulate und Extruderschnecken nicht nur begutachten, sondern auch anfassen. „Durch das Anfassen, Sehen und Riechen versteht man den Produktionsprozess und die Herausforderungen bei der Konstruktion viel besser, als wenn man nur ins Lehrbuch schaut“, erklärt Maria Girnus, wissenschaftliche Mitarbeiterin im Labor für Kunststoffprüfung und -analytik. Tatsächlich bekamen die Studierenden einen umfassenden Einblick – von der Extruderschnecke bis zum komplexen Spritzgusswerkzeug. Und dabei wurde klar: Wer in Deutschland wirtschaftlich fertigen will, darf nicht nur nach der billigsten Lösung suchen – sondern nach der effizientesten.
Kunststoffverarbeitung im Vergleich
Im Zentrum der Veranstaltung standen vier typische Verfahren zur Kunststoffverarbeitung
Spritzgießen: Ideal für sehr hohe Stückzahlen. Aus flüssigem Kunststoff entstehen unter hohem Druck komplexe Formen. Das Verfahren ist automatisierbar, aber teuer in der Anschaffung. Stecker oder PET Flaschendeckel werden so hergestellt.
Tiefziehen: Dünne Kunststoffplatten werden erhitzt und durch Vakuum über Formen gezogen. Besonders geeignet für Verpackungen oder einfache Gehäuse. Dünnwandige Plastikverpackungen, die empfindliche Produkte wie Elektrogeräte oder Kekse halten, werden so hergestellt.
Laminieren: Verstärkung von Kunststoffplatten mit Fasermaterialien wie Carbon oder Glasfaser – für besonders belastbare Bauteile.
Extrudieren: Herstellung endloser Profile wie Folien oder Rohre. Endlosstränge entstehen durch das Pressen des Materials durch eine Düse.tv
Hightech hautnah: Die Arburg-SpritzgießmaschineVon Granulat zum fertigen Bauteil: Die Spritzgussmaschine verarbeitet Kunststoffe in Sekunden.
Ein Highlight war die Arburg 370 E Allrounder, eine vollelektrische Spritzgießmaschine mit Robot-Entnahmesystem und CMS-Werkzeug-Schnellwechselsystem. Hier konnten die Studierenden die gefertigten Produkte sowie die teuren Werkzeuge selbst in der Hand halten. Die Zahlen sprechen für sich: Allein die Maschine koste rund 120.000 Euro – ohne Werkzeug. Ein einzelnes Spritzgusswerkzeug könne schnell 15.000 bis 100.000 Euro kosten. Lohnenswert wird das Verfahren deshalb erst bei sehr hohen Stückzahlen und extrem effizienter Planung. Genau hier sind die angehenden Wirtschaftsingenieur:innen gefragt, da es bei der Fertigung von Kunststoffteilen um Sekunden und Centbeträge geht. „Bei der Konstruktion müssen Wirtschaftsingenieure clever planen – nicht nur das Teil, sondern auch das Werkzeug dahinter“, so Meyer zu Wendischhoff. Simulation, intelligente Konstruktion und Automatisierung sind dabei der Schlüssel. Die Lektion: Wirtschaftlichkeit beginnt im Kopf.
Die präzise gefertigte Spritzgussform gibt dem geschmolzenen Kunststoff seine endgültige Form – jedes Detail zählt für das fertige Produkt.
Tiefziehen, Laminieren & Extrudieren
Auch bei der Vorstellung der anderen Verfahren und den dafür verwendeten Maschinen konnten die Studierenden viel dazu lernen. Beim Tiefziehen beeindruckte vor allem der Formprozess, so Student Justin: „Die Veranschaulichung des Vakuumierens beim Tiefziehen war spannend.“ Dazu wird eine Kunststoffplatte erhitzt und dann mithilfe von Vakuum über eine Form gezogen. Das Verfahren ist kostengünstig – allerdings nur für bestimmte Geometrien und meist bei dünnwandigen Produkten wie Blisterverpackungen geeignet. Die Kosten der Aluminiumformen können - aufgrund der winzigen Bohrungen für den Unterdruck - bis zu 10.000 Euro kosten. Die Standzeit solcher Werkzeuge ist dabei ein entscheidender Faktor für die Wirtschaftlichkeit.
Extruderschnecke: Ein Studierender dreht am Demonstrator. Das Kunststoffgranulat wird transportiert, aufgeschmolzen und zu einem gleichmäßigen Strang gepresst, bereit für die Weiterverarbeitung.
Laminieren wurde als Verfahren erklärt, um die mechanischen Eigenschaften von Faserverbundwerkstoffen zu optimieren – etwa durch das Aufbringen von Carbon- oder Glasfasermatten unter Druck und Hitze auf Kunststoffplatten. So wird die Eigenschaft der Carbonfaser eine hohe Zugbelastung aushalten zu können, mit der Druckfestigkeit der Kunststoffplatten in alle Richtungen kombiniert.
Der Extruder demonstrierte hingegen, wie ein Endlosstrang aus Kunststoff entsteht. Der Kunststoff wird durch eine rotierende Schnecke befördert, geschmolzen und durch eine Düse gepresst – etwa für die Herstellung von Folien oder Rohren. Die Experimentierhalle verfügt auch über einen Trockner, der dafür sorgt, dass das Kunststoffgranulat vorher optimal vorbereitet ist.
Praktischer geht es kaum
Die Lehre in die Experimentierhalle zu verlagern bietet einen entscheidenden Mehrwert gegenüber der Darstellung durch Lehrbücher, Bilder oder Videos. „Der praktische Einblick hat gezeigt, wie umfassend die Kunststofffertigung eigentlich ist“, resümierte Student Christian. Phil ergänzte: „Spannend war zu sehen, wie eine Spritzgussmaschine aufgebaut ist – das sind viele kleine Maschinen, die komplex zusammenarbeiten.“
Nächste Woche geht es mit den Fertigungsverfahren für Metalle weiter – wieder mit echten Maschinen, echten Materialien und echtem Praxisbezug. Denn wer als Wirtschaftsingenieur:in mitreden will, muss verstehen, wie wirtschaftliche Fertigung in der echten Welt funktioniert. (jrf/th)
