Spritzguss von flüssigem Silikon LSR – hygienische Produktion 2025

Einführung in den LSR-Spritzguss

Spritzguss von flüssigem Silikon (LSR) ist eine Technologie, die Materialflexibilität mit Prozesspräzision verbindet. In den Branchen Medizintechnik, Babyprodukte und Lebensmittelverarbeitung wird sie wegen ihrer Biokompatibilität, Hitzebeständigkeit und Dimensionsstabilität geschätzt. Spritzgießmaschinen Tederic Neo E mit LSR-Sätzen ermöglichen die Produktion hygienischer Bauteile ohne Risiko ölbasierter Kontamination. Dank Servomotorenantrieben und digitalen Industry-4.0-Paketen lässt sich der gesamte Prozess in Echtzeit überwachen, und die Daten können in Qualitätssysteme wie ISO 13485 oder BRC integriert werden.

In diesem Artikel stellen wir eine vollständige Roadmap zur Einführung von LSR vor: vom Verständnis der Besonderheiten des zweikomponentigen Materials A+B über das Konstruieren von Werkzeugen mit kalter Platte bis hin zur Validierung IQ/OQ/PQ und Wartung im Reinraum ISO 8. Ergänzt wird sie durch praktische Checklisten, ROI-Beispiele und Hinweise zur Prozesssicherheit.

Der globale LSR-Markt wächst zweistellig, da Verbraucher hygienische Produkte erwarten, die für den Lebensmittel- und Körperkontakt geeignet sind. Zudem besteht regulatorischer Druck – Hersteller müssen volle Rückverfolgbarkeit nachweisen, SVHC-Stoffe kontrollieren und den CO₂-Fußabdruck minimieren. Dank digitalem Monitoring und Remote-Audits von Tederic können Unternehmen belegen, dass jeder Gramm Material unter kontrollierten Bedingungen verarbeitet wurde.

Was ist LSR-Spritzguss?

LSR ist ein zweikomponentiger Platin-Silikon mit niedriger Viskosität, der bei Temperaturen von 120–200°C vernetzt. Komponente A enthält Polymer und Füllstoffe, B den Katalysator. Sie werden im Verhältnis 1:1 über Zahnrad- oder Kolbenpumpen dosiert, in einem statischen Mischer vermengt und in ein bei hoher Temperatur gehaltenes Werkzeug eingespritzt. Nach wenigen Sekunden vernetzt das Material und bildet ein flexibles, hygienisches Bauteil. Der Prozess erfordert eine kalte Düse und eine heiße Werkzeugplatte, um vorzeitige Aushärtung zu verhindern.

Der LSR-Spritzguss unterscheidet sich von Thermoplasten durch das Fehlen einer Kühlphase – stattdessen sind Werkzeugtemperatur und Aushärtungszeit (cure time) entscheidend. Spritzgießmaschinen mit LSR-Satz verfügen über spezielle Schnecken (mit glatter Oberfläche), hermetische Trichter und Luftabsperrsysteme. Die hohe Fließfähigkeit des Materials ermöglicht die Produktion dünnwandiger Bauteile (0,2–0,5 mm) mit hoher Reproduzierbarkeit.

LSR-Materialien können mit Pigmenten, leitfähigen Partikeln oder Barriereadditiven modifiziert werden, was die Herstellung funktionaler Teile ermöglicht – z. B. leitfähige Tasten für Elektronik oder medizinische Schläuche mit Röntgenindikatoren. Beim Prozess muss jedoch sichergestellt werden, dass Additive die Vernetzung nicht stören. Daher werden statische Mischer an Viskosität und Dichte der Mischung angepasst, und Parameter in Rezepturen gespeichert, die im HMI-System abgelegt sind.

Entwicklungsgeschichte des LSR-Prozesses

Flüssiger Silikon kam in den 1970er Jahren auf den Markt, doch erst die Weiterentwicklung von Dosierpumpen und Werkzeugen mit kalter Platte in den 1990er Jahren ermöglichte die Massenproduktion. Erste Anwendungen betrafen Dichtungen für die Automobilindustrie und Membran-Schalter. In den folgenden Jahrzehnten wurde LSR zum Standard in Medizin und Kinderprodukten dank Geruchlosigkeit und Sterilisierbarkeit.

Die letzten Jahre brachten eine digitale Revolution: Integration von Druck- und Temperatursensoren ins Werkzeug, virtuelle Inbetriebnahmen und automatische Pumpenkalibrierung. 2023 führte Tederic Smart-LSR-Module ein, die mit MES-Systemen zusammenarbeiten und in Echtzeit Materialverbrauch, Zyklusanzahl und Energie pro Stück berichten. Dadurch erhalten Unternehmen ein vollständiges Prozessbild und bestehen OEM-Audits leichter.

Auf die Popularität des Prozesses wirkten auch Veränderungen in den Lieferketten ein. Pandemie und kürzere Losgrößen erforderten Flexibilität – LSR-Spritzguss erlaubt schnelle Produktwechsel, da kein Materialtrocknen nötig ist, und abfallfreie Werkzeuge erleichtern die Kostensteuerung. 2024 kamen Dosierungen mit Remote-Diagnose hinzu, sodass der Tederic-Service Pumpendichtungsverschleiß vorhersagt und Austausch plant, bevor Stillstände entstehen.

Arten des LSR-Spritzgusses

Die LSR-Technologie umfasst mehrere Varianten, abhängig von Werkzeugaufbau und Materialzufuhr:

• Standard-LSR-Spritzguss – zwei Kolbenpumpen dosieren Komponenten A und B, ein statischer Mischer bereitet die Mischung vor, und das Werkzeug mit kalter Platte und Nadelventilen sorgt für gleichmäßiges Befüllen.
• LSR mit Einsätzen (Insert-Übermoulding) – Einsätze aus Metall oder Kunststoff werden ins Werkzeug gelegt, und LSR bildet die Dichtung. Erfordert Roboter und präzise Positionierung.
• LSR 2K / Hybrid – in einer Maschine arbeiten zwei Einheiten: eine für LSR, eine für Thermoplast, um hart-weiche Bauteile zu erzeugen.
• Mikro-LSR – Miniatur-Dosiersysteme und Werkzeuge für Bauteile unter 0,1 g.

Die Variantenwahl hängt von der Anwendung, Zykluszeit, Oberflächenqualität und Automatisierungsanforderungen ab. Tederic-Spritzgießmaschinen sind so konzipiert, dass LSR-Module auf neuen und bestehenden Neo E/Neo H-Maschinen installiert werden können, was die Investitionszeit verkürzt.

Immer häufiger kommen „plug-and-produce“-Konfigurationen zum Einsatz – fertige Dosier-Skids werden auf dem Maschinenrahmen montiert und kommunizieren über Euromap 82.2 mit der PLC. Solche Lösungen verkürzen Umrüstzeiten und erleichtern den Standortwechsel von Linien. In Branchen mit kurzen Serien (z. B. personalisierte Medizintechnik) ist Flexibilität entscheidend für die Wirtschaftlichkeit.

LSR für Medizintechnik

Die Medizintechnik nutzt LSR für Katheter, Infusionspumpenmembranen, Einwegventile und Gewebeimplantate. Anforderungen umfassen Sterilität, Biokompatibilität und Konformität mit ISO 10993 sowie USP Class VI. Daher laufen Produktionslinien in Reinräumen ISO 7/8, und alle Komponenten müssen leicht desinfizierbar sein.

Tederic Neo E-Spritzgießmaschinen mit LSR-Satz verwenden elektrische Antriebe und hermetische Abdeckungen, um Öllecks zu eliminieren. Werkzeuge werden mit minimalen Trennlinien konstruiert, um Partikelrisiken zu reduzieren. Durch Integration in eDHR-Systeme werden Zyklusparameter (Druck, Temperatur, Aushärtungszeit) einer spezifischen Charge zugeordnet, die in sterilen Beuteln verpackt wird.

Besonders anspruchsvoll sind Komponenten für extrakorporale Kreisläufe und Gewebeimplantate. Sie erfordern medizinische LSR-Klasse mit Gamma-Stabilitäts-Zertifikat und Platinrückstandsanalyse. Tederic arbeitet mit Materiallieferanten (z. B. Wacker, Momentive) zusammen, um Dosierereinstellungen und Reinigungsprozeduren zu optimieren, die in IQ/OQ/PQ-Validierungsberichten dokumentiert werden.

LSR in Babyprodukten und FCM

Im Babybereich wird LSR wegen Weichheit, Geruchlosigkeit und Hitzebeständigkeit eingesetzt. Daraus entstehen Schnuller, Flaschenaufsätze, Grifflinge und Anti-Spill-Ventile. Das Material muss Food Contact Materials (FCM)-Anforderungen sowie EU/FDA-Migrationsnormen erfüllen. Der Prozess muss daher kontrolliert und frei von flüchtigen Verunreinigungen sein.

Hersteller kombinieren LSR mit IML-Dekoration oder Bedruckung, was präzise Werkzeugtemperaturführung und reproduzierbare Oberflächenvorbereitung erfordert. Automatisierung umfasst Pick-and-Place-Roboter, Visionsysteme und teils sterile Kühl-Tunnel vor der Verpackung. Mit Tederic Smart Monitoring lassen sich Kavitätsabweichungen analysieren und Gewichts-Schwankungen schnell korrigieren.

Im FCM-Bereich sind Vakuumverpackung und Inline-Inspektion üblich. AOI-Kameras prüfen die Schnullerform, und Checkweighers verifizieren das Gewicht pro Stück. Bei Abweichungen wird das Bauteil automatisch aussortiert und ein Qualitätsbericht generiert. Diese Lösung minimiert Recall-Risiken, die im Kinderproduktbereich besonders imagekritisch sind.

LSR in der Automobilindustrie

In der Automobilbranche dient LSR für Steckverbinderdichtungen, HV-Leitungsabdeckungen, Drucksensor-Membranen und LED-Lampenkomponenten. Das Material widersteht Temperaturen bis 200°C, UV-Strahlung und Ölen, ideal für Motorraum und E-Mobilität. Der Spritzprozess muss IATF 16949 und PPAP erfüllen.

LSR-Zellen in der Automobilindustrie integrieren oft Insert-Moulding – Roboter setzen Metallkontakte ein, LSR bildet die Hülle. Erforderlich sind Zykluszeiten von 30–50 s und Dichtheitsprüfung 100%. Über Euromap 77 und OPC UA gelangen Maschinendaten in SPC-Systeme, und bei Abweichungen stoppt die Produktion automatisch.

Bei E-Mobilitätsprojekten wird LSR mit wärmeleitfähigen Materialien gespritzt. Dies ermöglicht Batterie-Temperaturmanagement-Module, bei denen Silikon als weicher Wärmeübergang dient. Erfordert spezielle Werkzeuge und Viskositätskontrolle, weshalb Bediener Rezepturen aus dem HMI nutzen und ein Blocksystem, das Zyklenstart ohne Mischungsbestätigung verhindert.

Aufbau und Hauptkomponenten

Eine LSR-Spritzgusslinie besteht aus mehreren zusammenwirkenden Unteraussystemen: Spritzgießmaschine, Dosiersystem für Komponenten, Werkzeug mit kalter Platte, Temperierkreislauf, Ausleerautomation und Qualitätskontrollsystemen. Jeder Bestandteil muss hygienisch kompatibel sein und leicht reinigbar.

Tederic-Spritzgießmaschinen bieten kompakte Standflächen, die in Reinraumkabinen integriert werden können. Die gesamte Anlage folgt GMP-Richtlinien – Kabel in desinfizierbaren Kanälen, HMI-Paneele mit reinigungsfesten Glasfronten.

Zur LSR-Linie gehört auch Hilfsinfrastruktur: Kaltwasseranlagen für Düsenkühlung, UPS-Stromversorgung für Pumpen und Farbbad-Dosierstationen. In Produktionsanlagen sind Servicezonen vorzusehen, in denen Fässer im „Quick-Change“-Modus ohne Produktionsstopp gewechselt werden können. Hilfreich sind Transportwagen mit Schnellkupplungen und Füllstands-Sensoren.

Einheitsspritzeinheit

Die Spritzeinheit für LSR hat kurze Schnecken mit glatter Oberfläche, um Wirbel und Totzonen zu vermeiden. Servomotorangetrieben gewährleistet sie hohe Volumenwiederholgenauigkeit – typisch 0,1 mm Schneckenhub entsprechen 0,01 cm³ Mischung. Die Düse wird mit Wasser gekühlt, der Zylinder auf 20–25°C gehalten. Diese Konfiguration verhindert vorzeitige Vernetzung im Plastifiziereinheit.

Tederic-Einheiten sind mit Düsendruck- und -Temperatursensoren ausgestattet, um Viskosität zu kontrollieren und Nachdruckparameter in Echtzeit anzupassen. Optional kann eine Thermoplasteinheit hinzugefügt werden, um 2K-Bauteile (LSR + PC/PA) zu produzieren und Funktionalität zu steigern.

Wichtig ist auch das Werkzeugentlüftungssystem. Präzise Entlüftungsventile schützen vor Lufttaschen, bei Mikroprojekten kommt Vakuumunterstützung zum Befüllen zum Einsatz. Der Maschinensteuerung speichert Düsen- und Kavitätsdruckkurven, um Entlüftungswirksamkeit einfach zu bewerten.

Dosiersystem und Werkzeug

Das Herz der LSR-Linie ist das zweikammerige Dosiersystem. Es umfasst Kolben- oder Zahnradpumpen, die Komponenten aus 20–200 l-Fässern ansaugen. Dosierung erfolgt über Druck- und Durchflusssensoren. Nach Vermengung im statischen Mischer gelangt die Masse zur Nadelventil-Düse. Kontakt mit Luft oder Feuchtigkeit ist zu vermeiden, daher sind alle Verbindungen hermetisch.

Das LSR-Werkzeug hat eine kalte Platte mit Kühlkanälen, Kavitäten werden auf 150–200°C erhitzet. So härtet das Material erst in der Kavität aus. Viele Projekte nutzen abfallfreie Werkzeuge – jeder Kanal mit Nadelventil eliminiert Anspritzpunkte. In Kavitäten sitzen Pt100-Temperatur- und piezoelektrische Drucksensoren für Aushärtungsverläufe pro Bauteil.

Werkzeugkonstrukteure planen Automatisierungswege: Robotergriffpunkte, Kamerapositionen und Plasma-Oberflächenaktivierung vor Bedruckung. Bei Tederic-Lösungen sind Signalkabel und Heizelemente in einem Stecker integriert, was Werkzeugwechsel beschleunigt und Fehlanschlüsse minimiert.

Wichtige technische Parameter

Die Parameterverwaltung für LSR erfordert präzise Messungen und automatische Rezeptkorrekturen. Die wichtigsten Variablen sind:

• Werkzeugtemperatur: 120–200°C abhängig von Wandstärke und Pigmenten.
• Zylindertemperatur/Düse: 15–25°C, um die Mischung flüssig zu halten.
• Vernetzungszeit: 8–60 s – verkürzt sich bei höherer Temperatur und Einsatz von Katalysatoren.
• Spritzdruck: 500–1500 bar mit Geschwindigkeitsprofilsteuerung.
• Dosiergenauigkeit der Komponenten: ±0,5% Volumen.

Tederic-Systeme ermöglichen die Visualisierung des Prozessverlaufs in der HMI und die Archivierung von Daten in der Cloud. Alarme werden basierend auf SPC-Trends gesetzt – wenn sich die Vernetzungszeit verlängert, schlägt das System Filterwechsel oder Kalibrierung der Temperatursensoren vor.

Ebenfalls implementiert werden Umweltkennzahlen: Energie pro Kilogramm Produktion, Kühlwasser und Silikonabfall. Diese Daten werden von vielen OEM-Kunden im Rahmen von ESG-Berichten verlangt und entscheiden oft über die Vergabe neuer Aufträge. Durch präzise Messungen können Unternehmen klimaneutrale Projekte umsetzen und dies mit Dokumentation nachweisen.

Anwendungen des LSR-Spritzgusses

Der Anwendungsbereich umfasst:

• Medtech: Kanülenverschlüsse, Pumpenmembranen, Beatmungselemente, Implantateile für das Ohr.
• Baby care: Schnuller, Trinkaufsätze, Becher-Ventile, Beißringe, Laktatorelemente.
• Lebensmittel: Backformen, Dosierer-Dichtungen, Ventile in Sportflaschen.
• Automotive: HV-Stecker-Dichtungen, Kabelschutz, Sensormembranen.
• Consumer Electronics: Soft-Touch-Tasten, Lautsprechermembranen, Smartwatch-Abdeckungen.

Zusätzlich findet LSR Anwendung in der Energiewirtschaft (Hochspannungsisolatoren), Luftfahrt (Vibrationsdämpfer) und Haushaltsgeräteproduktion (Ofentürdichtungen). In jedem Fall werden die dielektrischen Eigenschaften, chemische Beständigkeit und Maßstabilität geschätzt, die klassische Elastomere übertreffen.

Luxusgüterhersteller nutzen LSR für触感elemente in Audioelektronik und Fashion-Tech-Produkten. Dank Transparenz und Färbbarkeit wird Silikon in Lifestyle-Produkten bevorzugt, da es dekorative Funktionen mit Schutz elektronischer Komponenten vor Feuchtigkeit verbindet.

Wie wählt man die passende LSR-Linie aus?

Die Investitionsentscheidung sollte mit der Analyse der Materialien und gesetzlichen Anforderungen beginnen. Cleanroom-Klasse, geplante Volumen und Zykluszeit definieren. Nächste Schritte:

• Auswahl des Spritzgussmodells (Neo E, Neo H) und Schließkraft – meist 50–200 t für LSR-Anwendungen.
• Auswahl des Dosierers (Kolben-/Zahnradpumpen) und Farbvorbereitung (Pigmente, Masterbatches).
• Werkzeugdesign – Anzahl Kavitäten, Nadelventile, Euromap-Schnittstellen.
• Automatisierung – Roboter, Visionsysteme, Kühlkanäle, sterile Verpackung.
• Integration in Qualitätssysteme – eDHR, SPC, MES, ERP.

Tederic bietet Prozessworkshops an, in denen ROI-Szenarien simuliert werden (z. B. Zyklusverkürzung um 6 s senkt Stückkosten um 8%). Gemeinsam mit Material- und Werkzeuglieferanten werden FAT/SAT-Tests geplant, um die Ramp-up-Zeit zu minimieren.

Nicht vergessen: Arbeitssicherheitsschulungen und chemische Sicherheitsverfahren. LSR-Komponenten müssen temperaturkontrolliert gelagert werden, Personal muss mit Platin-Katalysatoren und Pigmenten umgehen können. SDS-Dokumentation wird in Risikomanagementsysteme integriert, Leckagesensoren überwachen Pumpen- und Mischerbereiche.

Wartung und Instandhaltung

Der LSR-Prozess erfordert akribische Wartung, da schon geringe Verunreinigungen im Mischsystem zur Materialkrystallisation führen können. Wichtige Maßnahmen:

• Tägliches Spülen von Mischer und Düse mit Reinigungsmischung oder technischem Silikon.
• Wöchentliche Überprüfung der Dosierpumpen – Spiel, Dichtungen, Filter.
• Monatliche Kalibrierung von Temperatur- und Durchflusssensoren.
• Überwachung der Luftfeuchtigkeit im LSR-Faßlager und Einsatz von Entgasungssystemen.

Das Smart-Maintenance-System erfasst Daten zu Pumpenlaufzeit, Kühlöldtemperatur der Düse und Servomotorvibrationen. Daraus erzeugt es Wartungspläne und Ersatzteillisten. Über mobile Apps können Techniker Arbeiten dokumentieren und Fotos anhängen, was Audits erleichtert.

Empfehlenswert sind Störungsprozeduren, z. B. Notfallwechsel von Materialfässern oder Werkzeugreinigung nach ungewollter Aushärtung. Checklisten und E-Learning-Schulungen machen Operatoren fit, den Prozess sicher zu stoppen und Ausfälle zu vermeiden. Das ist entscheidend bei 24/7-Linien, wo jede Ausfallstunde hohe Kosten verursacht.

Zusammenfassung

LSR-Spritzguss verbindet Hygieneanforderungen mit Massenproduktion. Mit Tederic Neo E-Spritzgießmaschinen und Smart-LSR-Modulen gelingt der schnelle Übergang von Prototypen zur Serienproduktion bei voller Prozesskontrolle. Richtige Werkzeug-, Automatisierungs- und Qualitätsauswahl senkt TCO und beschleunigt ROI.

LSR-Implementierung ist kein Einmalprojekt, sondern ein Transformationsprogramm für Mensch, Technik und Daten. Kontinuierliche Parameterüberwachung, Dosiersystemwartung und Teamkompetenzentwicklung gewährleisten Normkonformität und OEM-Erwartungen. So wird Flüssigsilikon zum strategischen Material für Medizin, Baby care, Lebensmittel und Automotive – mit Nutzersicherheit und Produktionsvorhersagbarkeit.