Durch modernes Equipment ist Mangel in der Lage, dem Kunden hochqualitative Formen zu einem günstigen Preis zu liefern und die Durchlaufzeiten kurz zu halten. Bilder: Mangel Formenbau

In einem harten Wettbewerb, in dem nur die überleben, die exakt und schnell kalkulieren, qualitativ hochwertige Produkte fertigen und zuverlässig liefern, kommen auch Werkzeug- und Formenbaubetriebe um die Unterstützung von einem PPS- oder ERP-System (Produktionsplanungs- und Steuerungs- oder Enterprise-Resource-Planning-System) nicht herum. Ein ERP-System hilft beim Planen und Optimieren von Arbeitskraft, Materialien, Ressourcen und Zeiten. Außerdem ermöglicht es den Verantwortlichen, jederzeit die Kontrolle über alle Vorgänge zu behalten.

Derartige Vorteile hat die Mangel Formenbau GmbH im niederösterreichischen Roggendorf realisiert. Der Lohnformenbau stellt ausschließlich Spritzgießwerkzeuge her und ist besonders auf die 2-Komponenten-Technologie und die Fertigung hochpräziser Kavitäten für die Lichttechnik spezialisiert.

Neueste Technik und qualifizierte Mitarbeiter für kurze Durchlaufzeiten
Das Angebot des Formenbau-Spezialisten Mangel beginnt bei rheologischen Analysen und setzt sich in der Konstruktion von Spritzgussformen fort, die anschließend auf einem hochmodernen Maschinenpark gefertigt werden. „Damit unsere Kunden ihre Formwerkzeuge bis hin zu Erstmustern inklusive Erstmusterprüfberichten schnellstmöglich bekommen, arbeiten wir stets auf dem aktuellen Stand der Technik – was Maschinen und Software, aber auch die Weiterbildung der Mitarbeiter anbelangt“, erklärt Walter Mangel, Geschäftsführer des 15 Mitarbeiter starken Unternehmens. „Das hebt uns von anderen Anbietern ab. Denn mit unser em aktuellen Equipment sind wir in der Lage, hochqualitative Formen zu einem günstigen Preis zu liefern und die Durchlaufzeiten kurz zu halten.“

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Modularer Aufbau
WorkPlan Enterprise ist modular aufgebaut. Zur Verfügung stehen Funktionen zur Ressourcenplanung, die die Automatisierung und Verwaltung von entscheidenden betrieblichen Tätigkeiten erlauben. So gibt es Module zu den Bereichen Angebot, Auftragsabwicklung, Planung und Simulation, Bestellwesen und Lagerverwaltung, Zeit-, Qualitäts-, Leistungs- sowie Informationsmanagement. Daneben bietet das System viele Optionen, die speziell für die Werkzeug- und Formenbau-Branche entwickelt wurden. Dazu gehört unter anderem eine spezielle Datenbankstruktur, die alle Änderungen aufzeichnet und die Rückverfolgung von Angebotsdaten und Kosten erlaubt.

WorkPlan sorgt bei Mangel unter anderem für Transparenz in der Fertigungsplanung.

Um auf solch hohem Niveau arbeiten zu können, sind Investitionen notwendig. Allein in den Jahren 2009 und 2010 wurden fünf Maschinen mit Linearmotoren in allen Achsen angeschafft, um höchste Wiederholgenauigkeiten und damit eine gleichbleibend hohe Qualität gewährleisten zu können. „Maschinenseitig haben wir nur hochwertige Maschinen im Einsatz, wobei keine Anlage älter als fünf Jahre ist“, erklärt Mangel. „Jüngste Errungenschaft ist eine Alzmetall GS 1000/5-T.“

Im Jahr 2009 entschloss sich Mangel, in ein ERP-System zu investieren, das die Unternehmensorganisation, Planung sowie Fertigung vereinfachen und sich möglichst gut auf die gewachsenen Prozesse abstimmen lassen sollte. Drei Systeme kamen in die enge Auswahl, von denen schließlich WorkPLAN Enterprise von Sescoi das beste Preis-Leistungsverhältnis bot.

Mangel Formenbau stellt ausschließlich Spritzgusswerkzeuge her und ist auf die 2-Komponenten-Technologie und die Fertigung hochpräziser Kavitäten für die Lichttechnik spezialisiert.

Dass die Wahl auf das ERP/PPS-System WorkPlan Enterprise fiel, hat mehrere Gründe. Zum einen war dem Unternehmen der Softwarespezialist Sescoi über die CAD/CAM-Software WorkNC bereits bekannt. Zum anderen beeinflussten Referenzen des Kunden Injectoplast und des Lieferanten Harting die Entscheidung. Die sehr gute Übersicht bezüglich laufender Aufträge und die automatisch in Echtzeit mitlaufende Nachkalkulation waren Hauptgründe für die Entscheidung. „Ein weiterer Faktor war, dass diese – eine – Software auch die Personal- sowie die Maschinenzeiten erfasst“, ergänzt Mangel. „Den letzten Ausschlag gaben die einfache Handhabung im Alltag und der vergleichsweise attraktive Preis.“

Steiler Auftragsanstieg
Mangel Formenbau nutzt aufgrund der Vielfältigkeit der Software und der knappen Zeitressourcen nicht alle Module. „Unsere Auftragslage ist seit dem Erwerb der Software 2009 steil angestiegen, so dass die Zeit für eine durchgängige Einführung fehlte“, erklärt Mangel. „Mit Hilfe von Sescoi haben wir jedoch in wenigen Wochen die für uns wichtigen Elemente installiert.“ Heute übernimmt WorkPlan in der Prozesskette bei Mangel wesentliche Bestandteile wie die Angebotslegung, Auftragsbestätigung und Fertigungsplanung. Außerdem läuft die interne Fertigungsfreigabe und permanente Fertigungskontrolle über die Software. Selbst Lieferschein und Rechnung werden mit WorkPlan erstellt. So konnte eine durchschnittliche Durchlaufzeit von acht bis zehn Wochen erreicht werden.

Qualität und Liefertreue gesteigert
Am Erfolg des ERP-System gibt es im Hause Mangel keinen Zweifel. „Wir haben bei der täglichen Anwendung von WorkPlan beste Erfahrungen gesammelt“, erklärt Mangel. „Außerdem konnten die für uns überaus wichtigen Kriterien Qualität und Liefertreue mit WorkPlan deutlich gesteigert werden.“ Weitere Pluspunkte vergeben die Verantwortlichen für die Möglichkeit, die Software frei an eigene Bedürfnisse anzupassen, sowie für die im Hintergrund automatisch gesammelten Daten. Sie lassen es zu, mit wenigen Mausklicks professionelle Auswertungen zu generieren.

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Bild: Fotolia, Kesu

Die Weiss Kunststoffverarbeitung GmbH & Co. KG in Illertissen fertigt Kunststoffteile im Kundenauftrag. Das Unternehmen bietet dabei die komplette Projektabwicklung – von der Konstruktion über den Werkzeugbau bis zum fertigen Teil – aus einer Hand. Der Großteil der Werkzeuge entsteht deshalb im hauseigenen Werkzeug- und Formenbau – hier ermöglicht ein umfangreicher Maschinenpark vom Erodieren bis zum HSC-Fräsen eine sehr hohe Fertigungstiefe.

„Wir können die meisten relevanten Bearbeitungen selbst abdecken“, betont Robert Heller, als Assistent der Betriebsleitung für den Werkzeugbau verantwortlich. „Wir konzentrieren uns in der Zerspanung jedoch bevorzugt auf unsere Kernkompetenz – die formgebenden Komponenten eines Werkzeugs.“ Für Formaufbauten setzen die Werkzeugbauer schon seit Jahrzehnten auf die Angebote der Normalienhersteller – in den vergangenen Jahren insbesondere auf die Produkte von Meusburger. „Hier hat sich über die Jahre eine tragfähige Partnerschaft entwickelt“, erklärt Heller. „Die Qualität entspricht dem hohen Anspruch, den wir an unsere eigenen Produkte stellen. Die Lieferfähigkeit ist hervorragend, und geliefert wird binnen 24 Stunden. Damit passt Meusburger nahtlos zu unserer Philosophie.“

Insbesondere bei kleinen Losgrößen und ähnlich dimensionierten Werkstücken können die Wechselformen ihre Stärken ausspielen.

Schon in den vergangenen Jahren konnten die Kunststoffspezialisten den Trend zu immer geringeren Losgrößen und einer immer höheren Variantenvielfalt beobachten: „Unsere Kunden wollen die Teile exakt abgestimmt auf ihre eigene Produktion geliefert bekommen – keinesfalls zu spät, aber eben auch nicht zu früh“, erklärt Heller. „Eine Lagerhaltung ist nicht mehr vorgesehen. Deshalb müssen wir als Zulieferer ,on demand‘ liefern können – das bedeutet für uns eine hohe Flexibilität, kleine Serien und damit viel Rüstarbeit auf den Spritzgießmaschinen.“

Nebenzeiten als wichtiger Faktor
Mit den vielen Werkzeugwechseln wurden die Nebenzeiten zu einem bestimmenden Kostenfaktor. Dabei war es egal, ob komplett unterschiedliche Teile auf der Maschine gespritzt wurden oder sehr ähnliche Varianten eines Kunststoffteils – stets musste das komplette Werkzeug von der Maschine und das nächste aufwändig aufgerüstet werden.

Das sagt die Redaktion

Ein dickes Plus für den Kunden
Ein echter Mehrwert für die Spritzerei: Wenn der massive Formaufbau auf der Spritzgießmaschinen verbleiben kann und sich der formgebende Einsatz mit vergleichsweise wenigen Handgriffen in situ wechseln lässt, ist das ein gewaltiger Hebel für die Reduzierung der unproduktiven Nebenzeiten. Egal ob intern oder extern – die Kunden werden es zu schätzen wissen, wenn der Werkzeugbau eine solche modulare Lösung mit einfachem Handling präsentiert. Voraussetzung: Die Wechselform muss in Sachen Präzision und Performance mindestens ebenso gut sein wie das konventionelle Werkzeug. Gut, wenn man da einen Systempartner hat, dessen Anspruch an die Qualität der Normalien zum eigenen hochwertigen Werkzeug passt.
Richard Pergler

Die besondere Form des Auswerferpakets mit den bereits integrierten Führungselementen garantiert dem Anwender eine optimale Platzausnutzung.

„Bei einem Kunden, der uns die Werkzeuge zum Spritzen beigestellt hatte, sahen wir erstmals ein Wechselformsystem“, erläutert Heller. „Damit einerseits das Werkzeug nicht jedes Mal komplett neu erstellt werden muss und andererseits die Rüstzeiten auf der Spritzgießmaschine verkürzt werden konnte, hatten sich die Werkzeugbauer dieses Unternehmens selbst ein System geschaffen, bei dem der Formaufbau auf der Maschine verblieb und nur jeweils der formgebende Einsatz gewechselt werden musste. Das erschien uns sehr interessant, ein eigenes Wechselformsystem wäre indes mit erheblichem Aufwand verbunden gewesen.“

Interessant ist eine Wechselformlösung speziell für Teilefamilien mit sehr ähnlichen und vergleichbar dimensionierten Kunststoffprodukten. „Insbesondere dann, wenn es sich um relativ kleine Lose mit häufigem Werkzeugwechsel handelt“, erklärt Heller. Als daher Meusburger sein Wech­selformen-Programm vorstellte, stieß der Normalienhersteller bei Weiss auf offene Türen.

„Der Meusburger-Prospekt kam ins Haus – und parallel platzierte ein Kunde aus dem Bereich der Fluidtechnik einen Auftrag, der exakt dazu passte: Der Auftraggeber benötigt immer wieder kleine Ringe in unterschiedlichen Dimensionen, Wandstärken und Geometrien, teils offen, teils geschlossen“, erklärt Heller. „Die Chargen, die er jeweils abruft, sind nicht sehr groß. Gerade hier machen sich die Werkzeugwechselzeiten auf der Spritzgießmaschine und das Handling der schweren Komplettwerkzeuge sehr negativ bemerkbar. Aus unserer Sicht waren diese Teile prädestiniert für die Produktion auf Wechselformen.“ Zwar konnte der Kunde ein bereits vorhandenes Werkzeug bereitstellen, war aber mit der Teilequalität nicht zufrieden. Ein Überarbeiten des bestehenden Werkzeugs erschien nicht sehr sinnvoll, deshalb entschieden sich die Werkzeugbauer bei Weiß für einen kompletten Neuaufbau – als Wechselformsystem.

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Wechselformsystem
Wechselformen sind insbesondere dann interessant, wenn darauf kleine Losgrößen gespritzt werden sollen und die Kunststoffteile relativ ähnlich dimensioniert sind. Da für mehrere Einsätze nur ein Aufbau ausreicht, lassen sich im Werkzeugbau Bearbeitungszeit und -kosten einsparen. Der wesentliche Spareffekt indes entsteht in der Spritzerei: Die Einsätze lassen sich mit wenigen Handgriffen auf der Maschine wechseln, der Formaufbau bleibt aufgespannt. Das ermöglicht gegenüber konventionellen Werkzeugen eine deutliche Reduzierung der Rüstzeiten. Zudem muss der Bediener im Vergleich zum Vollwerkzeug deutlich kleinere Massen bewegen.

„Von ursprünglich drei bis vier Stunden mit konventionellen Werkzeugen konnten wir mit dem Meusburger-System die Zeit auf gerade einmal eine halbe bis eine Stunde drücken.“ Robert Heller,, Weiss Kunststoffverarbeitung

Höchste Präzision gefordert
Wie bei anderen Normteilen auch achten die Illertisser akribisch auf höchste Präzision: „Die Einsätze werden sehr stabil und genau mittels Positionierkeilen in der Stammform fixiert“, beschreibt Heller das Prinzip. „Der geschlossene Formaufbau macht das Werkzeug belastbar und sichert uns die notwendige Prozesssicherheit. Wir arbeiten bei den Ringen nicht mit einem sehr hohen Spritzdruck. Deshalb können wir auf die optionalen Stützbolzen verzichten, ohne dass die Gefahr einer Durchbiegung des Werkzeugs besteht.“

Die Auswerferseite wird von Meusburger komplett mit Auswerferpaket geliefert. Die Wechseleinsätze für die Ringe sind 2+2-fach ausgelegt: Auf jedem Einsatz auf der Auswerferseite lassen sich in jeweils zwei Kavitäten zwei verschiedene Varianten spritzen – mit drei Einsätzen können so alle sechs benötigten Ringversionen abgedeckt werden. Die Ansteuerung der jeweiligen Kavitäten erfolgt über die düsenseitigen Einsätze, die ansonsten die Kavitäten lediglich glatt abschließen – da pro Einsatz auf der Auswerferseite zwei verschiedene Varianten gefordert sind, sind auf der Düsenseite nur zwei Einsätze notwendig.

Schneller Wechsel auf der Maschine
„Bei diesem Anwendungsfall steht nicht im Vordergrund, dass dank der mehrfachen Verwendung der einzelnen Formkomponenten Material und Bearbeitungszeit gespart wurde“, betont Heller. „Viel wichtiger ist die Einsparung bei den Rüstzeiten: Die Einsätze lassen sich mit vergleichsweise wenigen Handgriffen sauber, schnell und präzise auf der Maschine wechseln. Zudem müssen nun nicht mehr so große Massen bewegt werden wie bisher. Das kommt uns sehr zugute: Von ursprünglich drei bis vier Stunden mit konventionellen Werkzeugen konnten wir die Zeit mit dem Meusburger-System auf gerade einmal eine halbe bis eine Stunde drücken. So können wir unserem Kunden einen wettbewerbsfähigen Teilepreis bieten.“

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Das Heißkanalsystem wurde als komplette Heiße Seite geliefert, die Anspritzung erfolgt mit schlanken Heißkanal- düsen mit 4,5 mm Schmelzekanaldurchmesser.

Der Körper des Sprühkopfes des Spraysol-Systems wird in einem 24-fach-Heißkanalwerkzeug gefertigt und besteht aus zwei PP-Komponenten unterschiedlicher Farbe, die mit einem Filmscharnier miteinander verbunden sind. Damit können individuelle Kundenwünsche zur Farbgebung leicht erfüllt werden. Das Schussgewicht der Baugruppe beträgt 5,2 g.

Da das Werkzeug für einen Dauerbetrieb mit hoher Ausbringung und minimalem Bedien- und Wartungsaufwand konzipiert wurde, hatte die Prozesssicherheit oberste Priorität. Deshalb werden beide Komponenten mit Nadelverschluss angespritzt. Neben kosmetischen Aspekten stand insbesondere die Verhinderung des sogenannten „Colorbleeding“ am Filmscharnier an erster Stelle: Hierbei strömt das Material der zweiten Komponente unkontrolliert weit in den Bereich der ersten ein.

Exaktes Öffnungsverhalten
Das Risiko steigt mit zunehmender Nähe der Anspritzpunkte zum Filmscharnier und wird von ungleichmäßigem Öffnen der Anschnitte begünstigt. Hier garantiert die Nadelverschlusslösung ein exaktes Öffnungsverhalten. Ein beweglicher Formkern verschließt während des Füllens der ersten Komponente die Kontur des Filmscharniers. Erst nach Ende des Einspritzvorgangs wird über die Maschinensteuerung ein Kulissenschieber aktiviert, der zum Füllen der zweiten Komponente den Kern zurückzieht, das Filmscharnier freigibt und so die saubere Verbindung beider Komponenten ermöglicht.

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Lösung für Dauerbetrieb
In enger Kooperation zwischen Heißkanalhersteller und kundeneigenem Werkzeugbau entstand eine prozesssichere Heißkanallösung, die seit mit-tlerweile drei Jahren im Einsatz ist und weitgehend automatisiert im 24-Stunden-/7-Tage-Dauerbetrieb fertigt. Die Teile werden mit einem Handling-Roboter entnommen und mittels Zusammenklappen entlang des Filmscharniers zur fertigen Baugruppe komplettiert. Dabei konnte, inklusive Entnahme- und Montagevorgang, eine Zykluszeit von rund 15 s realisiert werden. Jährlich werden 30 Mio. Teile gefertigt.

Mit der Ewikon-Elementechnik kann das komplexe Fließkanallayout, hier im Überverteiler, leicht realisiert werden. Die Eintrittspunkte für die beiden Komponenten sind gekennzeichnet (1 + 2).

Das Heißkanalsystem wurde von Ewikon als komplette Heiße Seite geliefert, die Anspritzung erfolgt mit schlanken Heißkanaldüsen mit einem Schmelzekanaldurchmesser von 4,5 mm. Die zur Anspritzung der beiden Komponenten einer Baugruppe benötigten Düsen sind in einem Abstand von 40 mm angeordnet. Im Verteilerbereich war deshalb ein äußerst anspruchsvolles Layout nötig, um die Forderung nach einer vollbalancierten Schmelzeführung für beide Komponenten zu erfüllen.

Da bei großen Nadelverschlusssystemen die thermische Ausdehnung des Verteilers eine Biegebelastung der äußeren Nadeln verursacht und diese zu erhöhtem Verschleiß oder gar zum Verklemmen der Verschlussnadel in der Führung führen kann, entschied Ewikon, das Verteilersystem zu segmentieren. Vier kompakte Verteiler, in die die hinteren Nadeldichtungen integriert sind, versorgen je sechs Formnester mit insgesamt zwölf Düsen und werden ihrerseits über einen Brückenverteiler gespeist. So ist sichergestellt, dass sich die auf die Nadeln wirkenden Kräfte im unkritischen Bereich bewegen.

Schnitt durch eine der Leckagesicherungseinheiten. Im Leckagefall unterbricht eindringende Schmelze die Lichtschranke und löst Alarm aus.

Komplexe Kanal-Layouts
„Ein solcher Aufbau erschwert natürlich die Balancierung, gerade bei einer Zweikomponentenanwendung“, erklärt Norbert Becker, Key-Account-Manager für Zeller Plastik. „Aber die bei Ewikon standardgemäß im Verteilerbau eingesetzte Elementetechnik erlaubt die sehr kompakte Anordnung der Schmelzekanäle auf mehreren Ebenen in einem Verteiler. Komplexe Kanal-Layouts gehören für uns zum Tagesgeschäft.“

Bei der Elementetechnik wird der horizontale Bereich der Schmelzekanäle mit präziser Tieflochbohrtechnologie in den Verteiler eingebracht. An den Knotenpunkten der Schmelzeverteilung, an denen die Kanalführung verzweigt oder umgelenkt wird, werden vertikale Bohrungen gesetzt, in denen Verteilelemente platziert werden. Ein Element kann dabei Schmelzekanalabschnitte mehrerer Ebenen enthalten. Die Elemente werden in flüssigem Stickstoff abgekühlt und in den auf Betriebstemperatur aufgeheizten Verteiler eingeschrumpft. Mit dem Temperaturausgleich ergibt sich eine form- und kraftschlüssige Verbindung mit einer garantierten Dichtigkeit bis 2000 bar. Selbst im Bereich des Brückenverteilers, in dem neben den Aussparungen für Stützsäulen auch noch Ausnehmungen integriert werden mussten, um einen Teil der Verschlussnadeln berührungslos hindurchführen zu können, konnte so eine natürliche Vollbalancierung der Fließkanäle erreicht werden.

Die Anspritzung erfolgt mit zwei Nadelverschlussdüsen verschiedener Länge mit einem Abstand von 40 mm.

Optimierte Verweilzeiten
Zudem ermöglicht es diese Technologie, auch bei sehr hochfachigen Verteilersystemen das Schmelzevolumen im Verteiler möglichst klein zu halten. So können die Verweilzeiten optimiert und Farbwechsel beschleunigt werden. Für kritische Werkstoffe besteht die Möglichkeit, die Elemente mit strömungstechnisch optimierten, komplett abgerundeten Fließkanälen zu versehen. Die Betätigung der Verschlussnadeln erfolgt über Einzel-Hydraulikkolben, die in die Aufspannplatte integriert sind. Da die Anspritzung der zweiten Komponente auf einer Schrägfläche erfolgt, mussten die entsprechenden Nadeln im Anschnittbereich via Erodieren an die Innenkonturen der Kavitäten angepasst werden. Auch die zugehörigen Antriebe wurden modifiziert.

Gegen ein Verdrehen gesichert
Um ein Verdrehen der Nadeln während des Betriebs zu verhindern, sind Nadel und Nadelhalter so konturiert, dass keine Rotationsbewegung möglich ist. Der Antriebskolben wird per Fixierbrücke gegen ein Verdrehen in der Aufspannplatte gesichert. Diese ist einfach zu demontieren, so dass auch bei der gesicherten Variante ein schneller Austausch der Verschlussnadel möglich ist.

Um den Überwachungsaufwand im laufenden Betrieb so gering wie möglich zu halten, wurde auf Wunsch von Zeller Plastik ein zusätzliches Sicherheits-Feature in die Heiße Seite integriert – ein System zur Leckageüberwachung. Dabei werden mit Durchbrüchen versehene Röhren an mehreren Stellen im Heißkanalaufbau positioniert. Innerhalb der Röhren wird mittels eines optischen Senders und eines Empfängers eine Lichtschrankenverbindung aufgebaut. Wird diese von in das Rohr eindringender Schmelze unterbrochen, wird ein optischer oder akustischer Alarm ausgelöst.

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Die Rotary-Magazine mit sieben Tellern, jeweils für 30 Elektroden, bieten bei geringem Platzbedarf enorm Raum. Außerdem lassen sich damit wahlweise Elektroden, Werkzeuge oder auch Platten für das Drahtschneiden bevorraten

Für Wieland P. Loh, Geschäftsführer der Kunststofftechnik Jantsch in Nürnberg, ist es eine Binsenweisheit: „Arbeitsplätze gehen nur da verloren, wo der Werkzeug- und Formenbau nicht automatisiert“, betont er. „Denn da, wo rationalisiert wird, entsteht mehr Arbeit und damit Ertrag.“

Wie ernst es ihm damit ist, verdeutlicht die kontinuierliche Effizienzsteigerung, die den eigenen Formenbau seit Jahren charakterisiert. So hatte man bislang schon einen hohen Automatisierungsgrad beim HSC-Fräsen und seit März 2011 nun auch beim Erodieren. Die Draht- und die Senkerodiermaschine sowie die 3D-Koordinatenmessmaschine werden über das Robot-System Linear aus zwei Rotary-Magazinen von Erowa bestückt.

Mit dieser Automationslösung hat man in Nürnberg zwar absolutes Neuland betreten, sieht darin aber einen großen Schritt zu mehr Wettbewerbsfähigkeit. Die drückt sich ja zunächst in Kosten, Durchlauf- und Lieferzeiten aus. So wurden bei der Kunststofftechnik Jantsch bislang 50 bis 70 Formen im Jahr hergestellt. Davon waren 90 bis 95 Prozent für den Eigenbedarf, der Rest für externe Unternehmen. Nachdem aber der Eigenbedarf enorm gestiegen ist, hatte man sich 100 Formen im Jahr zum Ziel gesetzt. Mit der Mehrmaschinenanbindung ist man mittlerweile auf dem besten Weg, das zu erreichen.

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Auch in Mitarbeiter investieren
Wieland P. Roth sieht gute Chancen für die internationale Wettbewerbsfähigkeit: Seiner Erfahrung nach liegt jedoch viel Wissen bei den Mitarbeitern brach, weil Technologieparameter häufig von der Software vorgegeben werden und speziell der Wettbewerb aus Asien so enorm aufholen konnte. Mit entsprechenden Schulungen und Automationslösungen lässt sich nach seiner Meinung darauf aber reagieren – die Mitarbeiter eines Unternehmens und ihr Know-how machen schließlich im Wettbewerb den entscheidenden Unterschied aus.

Elektroden und Formeinsätze werden heute mannlos gefertigt, auch nachts und übers Wochenende.

Sehr komplexe Automatisierung
„Diese Automatisierungslösung ist freilich sehr komplex, denn die Anlage musste auf schon vorhandenen Systemen aufgebaut werden“, erläutert Wieland P. Loh. „Zusätzlich haben wir in die Gantry Eagle 500 von OPS-Ingersoll investiert. Hinzu kam das Jobmanagementsystem und Qualitätsmessen von Zwicker Systems.“

Allein mit einem „Aufpropfen“ der neuen Komponenten auf das bestehende System war es da nicht getan: „Man darf bei einem solchen Projekt nicht erwarten, dass man die Software einspielt, und es läuft“, betont Wieland P. Loh. „Man muss auf individuelle Vorgaben und unterschiedliche Maschinentypen eingehen.“ Das war dann auch der Grund, warum man sich in Nürnberg für den Verbund Erowa, OPS-Ingersoll und Zwicker Systems entschieden hat.

Die Verantwortlichen bei Kunststofftechnik Jantsch waren zwar zunächst bei der Entscheidungsfindung grundsätzlich offen. Für die Verantwortli-chen war das aber ein ausgereiftes Gesamtkonzept: Die Systempartnerschaft mit Erowa als Automatisierungsspezialist und zentraler Ansprechpartner – mit Zwicker Systems hatte man bereits gearbeitet – war bei der Entscheidungsfindung enorm wichtig. Es standen aber auch konzeptionelle und technische Features auf den Prüfstand.

„Natürlich muss eine solche Anlage entsprechend geplant werden, und Vorbereitungen müssen getroffen werden. Wir waren grundsätzlich offen, aber das ausgereifte Gesamtkonzept von Erowa hat uns schnell überzeugt.“ Wieland P. Loh, Kunststofftechnik Jantsch

So war eine kreisförmige Anordnung der Maschinen schon allein aus Platzgründen nicht möglich. Außerdem wollte man mit dem Automatisierungskonzept flexibel sein und bleiben. Während bei einer kreisförmigen Anordnung und einer Bedienung über einen Knickarmroboter das Limit an Maschinen schnell erreicht ist, lässt sich das Robot-System Linear bis auf acht Maschinen in einer Länge bis zu 28 m ausbauen. Die Flexibilität, weitere Maschinen, eventuell auch eine Waschmaschine zu integrieren ist also gegeben.

Ein weiterer Aspekt waren die Ro-tary-Magazine für Elektroden und Formeinsätze. Mit sieben Tellern, jeweils für 30 Elektroden, ist bei geringem Platzbedarf enorm Raum vorhanden. Außerdem lassen sich damit wahlweise Elektroden, Werkzeuge oder auch Platten für das Drahtschneiden bevorraten. Selbst wenn man in Nürnberg nicht nach Sekunden sucht, ist man bestrebt, mit der Anlage kontinuierlich und schnell zu fertigen. Mit den Rundmagazinen ist man auf Grund der kurzen Wege dann auch messbar schneller.

Mittlerweile läuft die Anlage äußerst produktiv, nachts und auch übers Wochenende. Wieland P. Loh schätzt, dass man die Durchlaufzeiten um 20 Prozent gesenkt hat. Diese Zeiteinsparungen resultieren aus der automatisierten Fertigung und der neuen Senk­ero­dier­ma­schi­ne, denn Konstruktions- und Montagezeiten sind ja geblieben.

„So eine Anlage muss jedoch intensiv geplant werden, und entsprechende Vorbereitungen müssen getroffen werden“, betont Wieland P. Loh. „Man muss sich klar darüber sein, dass sich die Arbeitsabläufe ändern. Ich möchte allerdings nicht verschweigen, dass mein größtes Problem war, neue qualifizierte Mitarbeiter zu finden. Diese Automation schafft nämlich neue Arbeitsplätze: Im CAM-Bereich waren zusätzlich Mitarbeiter notwendig, um mehr Aufträge durchzuschleusen und Jobs vorzupuffern.“

Deshalb ist die Investition in die Automatisierung bei der Kunststofftechnik Jantsch auch bei den Mitarbeitern als durchweg positiv aufgenommen worden. Man sieht darin eine Investition in die Arbeitsplätze. Eine Investition, um einfach weiter präsent zu sein.

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Der Einsatz der MCH 350-C beim Unternehmen Pernoud zeigt eindrucksvoll, dass die im Werkzeug- und Formenbau geforderte Flexibilität mit einer hohen Produktivität und Zerspanleistung durchaus vereinbar ist.

Industrielle Bearbeitungsformen halten zunehmend auch bei der Einzelteilfertigung im Formen- und Werkzeugbau Einzug. Hinzu kommt, dass mit geeigneten Horizontalmaschinen in einer Aufspannung geschruppt und geschlichtet werden kann, weil Präzision und Stabilität der Maschine auf Grund der Geometrien passen. Der Formenbau Georges Pernoud im französischen Oyonnax hat sich deshalb für das 5-Achs-Bearbeitungzentrum MCH 350-C von Heller entschieden.

Automatisierte Fertigungszelle überzeugt mit hoher Präzision
Ziel war, Einzelwerkstücke, die auch das Produktspektrum von Formenbau-betrieben wesentlich prägen, schnell und wirtschaftlich herzustellen. Das war nach Auskunft von Frédéric Barcons, Geschäftsführer der Georges Pernoud SA, mit herkömmlichen handwerklichen Methoden kaum möglich. Aus diesem Grund hat man sich in Oyonnax auch in diesem Segment für eine durchweg industrielle und somit auch für eine produktive Fertigung entschieden. So wurde in eine automatisierte Fertigungszelle, bestehend aus einer NC-gesteuerten Drehmaschine und dem 5-Achs-Bearbeitungzentrum MCH 350-C mit einem Palettenrundspeicher investiert. Die MCH 350-C deshalb, weil die Maschine einerseits mit Robustheit bei gleichzeitig hoher Präzision überzeugen konnte. Andererseits wollte man sich mittel- und langfristig auch der Herausforderung der Bearbeitung größerer und komplexer Werkstücke stellen.

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Große und komplexe Teile
Das Unternehmen Pernoud hat mit dem Bearbeitungszentrum Heller MCH 350-C die Herausforderung angenommen, auch große und komplexe Einzelwerkstücke zu bearbeiten. Das Ergebnis ist, dass man von Beginn an äußerst wettbewerbsfähig war und sich heute mit hoher Präzision und extrem kurzen Lieferzeiten einen Namen gemacht hat. So konnten in den Zeiten der Wirtschaftskrise erhebliche Verluste durch die Automobilindustrie mit der Komplettbearbeitung beispielsweise komplexer Druckgussformen kompensiert werden.

Mit der MCH 350-C zeigt Heller, dass man auch unterschiedlichste Werkstücke wirtschaftlich und präzise automatisiert fertigen kann.

Mit fünf Achsen simultan sowie entsprechender Leistung und Dynamik ist das nun möglich. Äußerst hilfreich ist dabei die extrem steife C-Schwenkkopfachse, denn mit der Antriebsleistung von 43 kW und einem Drehmoment von 242 Nm ist es nicht nur möglich, vertikal zu fräsen, sondern auch horizontal Taschen mit hohem Span-volumen zu bearbeiten. Ein wichtiger Aspekt für die Verantwortlichen bei Pernoud, denn so wird eine sichere Späneentsorgung gewährleistet. Dass die MCH 350-C die Einzelteilfertigung bei Pernoud mittlerweile nahezu revolutioniert, hat nach Auskunft von Giani Cattin, zuständig für den Steuerungsprozess, unterschiedliche Gründe: „Zunächst ist die Stabilität der Maschine, auf der überwiegend Guss effizient und gleichzeitig präzise bearbeitet werden muss, gegeben“, erklärt er. „Auf unsere spezifischen Anforderungen ging man bei Heller aber auch sehr konkret ein. Das heißt, das Bearbeitungszentrum wurde hinsichtlich der Fertigung von komplexen Einzelwerkstücken äußerst professionell und prozessorientiert optimiert.“

Hohe Produktivität
Spricht man von automatisierten Fertigungszellen, ist freilich mehr als nur ein 5-Achs-Bearbeitungszentrum notwendig. Das war im Falle Pernoud nicht anders: Um hohe Maschinenlaufzeiten bei höchster Produktivität und gleichzeitig hoher Maschinenverfügbarkeit zu erreichen, wurde deshalb in einen entsprechenden Werkzeugspeicher sowie eine Werkstückbevorratung investiert.

Der Werkzeugspeicher inklusive einer Werkzeugreinigungseinrichtung ist für 234 Werkzeuge ausgelegt. Zusätzlich wurden eine Werkzeug-Laser-Kontrolleinrichtung mit einer Verschleiß- und Bruchkontrolle über die Leistungsaufnahme integriert. So lassen sich die Parameter jedes einzelnen Werkzeugs auf der Maschine prüfen und die erforderlichen Korrekturen über die Steuerung Siemens Sinumerik 840 D ermitteln.

Die hohe Steifigkeit und die C-Achse ermöglichen es, in jeder Position und Spindellage die maximale Leistung und das hohe Drehmoment abzurufen.

Die Werkstücke dagegen werden über einen Palettenrundspeicher mit sechs Plätzen verwaltet und direkt auf den Paletten von einem Greiferarm in 3D vermessen. Das heißt, die Werkstückkonformität wird vor der Demontage bestätigt, und das Bearbeitungszentrum MCH 350-C kann im Dauerbetrieb arbeiten. Mittlerweile werden in Oyonnax rund um die Uhr auf der MCH 350-C komplexe Einzelwerkstücke sowie Formenrahmen gefertigt. Diese Einsatzbereiche zeigen sehr eindrucksvoll, dass die im Werkzeug- und Formenbau geforderte Flexibilität mit einer hohen Produktivität und Zerspanleistung durchaus vereinbar ist. Das Produktionsziel von Pernoud hat man erreicht und die Verantwortlichen, allen voran Giani Cattin, scheinen mehr als zufrieden.

Wirtschaftlich im Dauerbetrieb
„Heller hatte ja in der Vergangenheit schon oft bewiesen, dass man die Serienproduktion beherrscht“, erläutert Cattin. „Mit der MCH 350-C hat Heller aber auch gezeigt, dass man einzelne und auf jeder Palette unterschiedliche Werkstücke wirtschaftlich und präzise im Dauerbetrieb bearbeiten kann. Besonders aber schätzen wir die Tatsache, dass man dank der hohen Steifigkeit der Maschine und der C-Achse in jeder Position und Spindellage die Maximalleistung und das hohe Drehmoment abrufen kann.“

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Musterwerkzeug von Wacker und Günther, links die 4-fach-Kavitätenplatte und rechts die Kalte Seite mit den modularen Nadelverschlussdüsen.

Die Verarbeitung von Silikonkautschuk wie zum Beispiel Flüssigsilikon (LSR – Liquid Silicone Rubber) oder hochtemperaturvernetzendes Silikon (HTV) ist ein spezielles Verfahren, für das bislang fundiertes Know-how und langjährige Erfahrung in den Bereichen Werkzeugtechnik und Spritzgießen erforderlich waren. Wacker Chemie und Günther Heisskanaltechnik präsentierten ein neues gemeinsames Konzept, das auch Werkzeugbauer und Spritzgießer, die sich aktuell nur mit der Verarbeitung von Thermoplasten beschäftigen, den Einstieg in die LSR-Teileherstellung ermöglicht. Wacker steuert Materialien und Fachwissen in Sachen Verarbeitung bei, Günther ein modulares Kaltkanalsystem, das sich sehr effizient in entsprechende Werkzeuge integrieren lässt.

Günther hat bei der Entwicklung der Kaltkanal-Nadelverschlussdüsen konsequent darauf geachtet, die Auflageflächen am Mundstück der Düsen aus Gründen der thermischen Trennung zwischen heißer Kavitätenplatte und „Kalter Seite“ so klein wie möglich zu halten. Düsenstück und Nadelführung werden per Tellerfeder auf exakter Position gehalten. Außerdem wird so die Wärmeausdehnung kompensiert. Am Düsenschaft sorgt ein zusätzlicher O-Ring für Dichtigkeit im Werkzeug und eine zusätzliche thermische Trennung.

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Düsen für Kaltkanal
Günther bietet zwei unterschiedliche Düsenlängen für Kaltkanalsysteme an. Es handelt sich dabei um offene und Nadelverschlussdüsen mit einer Länge von 50 oder 80 mm. Die Durchflussfläche von Zu- und Ablauf entspricht dabei dem Durchmesser des Schmelzekanals und liegt bei 5 mm. Eingesetzt werden können die Düsen entweder einzeln oder in einem Sammelgehäuse für engere Nestabstände mit gemeinsamem Zu- und Ablauf. Per Schnellspannvorrichtung wird die Kavitätenplatte mit der „Kalten Seite“ verbunden.

Füllunterschiede können via Verstellen der konischen Nadeln ausgeglichen werden. Das Verstellen der Nadeln kann zukünftig während des Spritzprozesses von außen erfolgen, ohne dass die Düsenseite demontiert werden muss.

Die neuen, modularen Kaltkanal-Nadelverschlussdüsen 5NKW (wie im Musterwerkzeug). Deutlich zu erkennen sind die zusätzlichen Abdichtungen.

Auf der Fakuma 2011 zeigte Günther ein Musterwerkzeug mit „Kalter Seite“, auf dem ein Dichtring hergestellt werden kann. Es ist mit vier Kaltkanal-Nadelverschlussdüsen ausgestattet. Der Durchmesser des Kaltkanalangusses beträgt jeweils 1 mm. Die Größe des Werkzeugs liegt bei 446 x 296 mm, wobei die Düsen quadratisch mit jeweils zwei Düsen oben und unten angeordnet sind. Das Stichmaß des Versuchswerkzeugs beträgt 109 x 109 mm, der Düsenüberstand 28 mm.

Schnell zu guten Ergebnissen
Bei Inbetriebnahme und Dauertest des Musterwerkzeugs mit verschiedenen Elastosil-Materialtypen (Shore 30 bis Shore 50) zeigten sich bereits nach kurzer Zeit sehr gute Ergebnisse. Bei einer Werkzeugtemperatur von 170 bis 180 °C, einer Einspritzzeit von 0,75 s, einer Dosierzeit von 3,28 s sowie einer Heizzeit von 20 s waren Formfüllung und Entformung hochwertig, ohne dass das Maschinensetup optimiert werden musste. Das Werkzeug lief während des gesamten Tests vollautomatisch ohne Störung, der Kaltkanal funktionierte ebenso problemlos. Die Teilequalität über den Produktionszeitraum blieb konstant.

Nach einem Neustart sind keine neuen Einstellungen betreffend die Balancierung der Kaltkanaldüsen notwendig. Die Teilequalität war nach nur zehn Schüssen bereits wieder im Toleranzbereich. Auch der Anstieg des Spritzdrucks nach längeren Stillständen hatte keinen Einfluss auf die Teilegüte. Um einen absolut stabilen Prozess zu erreichen, waren 1300 bis 1500 Zyklen im Dauerbetrieb notwendig.

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Ein Schlüsselfaktor: die energieoptimierte Kältemaschine im Kühlraum.

Das Extrudieren von Kunststoffrohren erfordert einen besonders gut abgestimmten Produktionsprozess. Bei der Stalder Extrusion SA besteht die besondere Herausforderung darin, die sehr hohen Qualitätsansprüche der Fertigung effizient und energiesparend umzusetzen.

Erstes Glied in dieser Fabrikationskette sind die mit Rohstoffen automatisch gespeisten Extruder. Der beheizte Extruder mit der Endlosschnecke fördert, presst und verdichtet den eingesetzten Rohstoff, damit sich dieser plastifiziert und in eine homogene Paste verwandelt. Über das „heiße Innere“ der Anlage, den sogenannten Extrusionskopf, formen sich die Rohre entsprechend dem speziellen Werkzeug. Anschließend erfolgt eine Kühlung der Rohre mittels Sprühkühlung. Erst hier erhalten die Rohre ihre endgültige Abmessung (Durchmesser), und die notwendige Verfestigung des Materials erfolgt.

Um dabei die geforderte hohe Qualität und Maßgenauigkeit der Rohre dauerhaft zu garantieren, werden die Rohre konstant mit auf 17 °C gekühltem Wasser besprüht. Die Sprühkühlung verhindert das Ausbilden einer Wasser-Grenzschicht und besitzt damit eine wesentlich größere Kühleffizienz als die Tauchkühlung. Die Wassertemperatur im Kühlbehälter erhöht sich im Extrusionsprozess um 5 bis 7 °C, das erwärmte Wasser fließt drucklos in die Behälter zurück und wird ständig durch die Nebenstromfilter filtriert. Anschließend erfolgt in der Kühlanlage wieder die Absenkung auf 17 °C. Ein fortlaufender Prozess.

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Energiesparpotenzial heben
Die bei der Produktion von Rohren erreichten Energieeinsparpotenziale lassen sich bei vielen ähnlichen Produktionsprozessen in der kunststoffverarbeitenden Industrie erreichen. Die gwk Gesellschaft Wärme Kältetechnik mbH liefert alles aus einer Hand und ist Komplettanbieter für industrielle Kühlung und Temperierung. Zum Leistungsumfang gehören neben der Lieferung von Geräten und Anlagen unter anderem auch die verfahrenstechnische Beratung und die Ermittlung von Betriebskosten.

Die Kühlanlage gwk hermeticool sorgt dauerhaft und sicher für beständig 17 °C kühles Wasser und ermöglicht damit allerhöchste Qualität in der Rohrfertigung bei Stalder. Da der kostenaufwändige Kühlprozess entscheidend für die Qualität der Rohre ist, wurde bei Stalder nach energieeffizienten Möglichkeiten der Kühlung gesucht.

Eine exakte Temperierung ist bei der Fertigung von Kunststoffrohren in der Extrusion für höchste Präzision unerlässlich.

Die gwk Gesellschaft Wärme Kältetechnik mbH in Kierspe konzipierte für Stalder ein individuell auf die Anforderungen zugeschnittenes energiesparendes Kühlanlagenkonzept. Die Senkung der laufenden Betriebskosten und die Verringerung des Energieverbrauchs waren die Anforderungen, die es zu erfüllen galt. Auf dieser Grundlage konzipierte die gwk eine angepasste Anlagenkonfiguration für eine Rückkühlanlage mit einer Kühlleistung von 800 kW und einer vom Kunden spezifizierten Kaltwassertemperatur von 17 °C.

Mit geringstem Energieaufwand
Um das System flexibel und energetisch optimal auf unterschiedliche Produktionsauslastungen anzupassen, wurden energiesparende, luftgekühlte Industriekaltwassersätze mit stufenloser Leistungsregulierung und Winterentlastung vorgesehen. Den Kältemaschinen sind spezielle gwk-hermeticool-Trockenkühler ohne Glykolzusatz vorgeschaltet. So wird das Kaltwasser bei Außentemperaturen unter 10 °C nicht im kostenintensiven Betrieb der Kaltwassersätze erzeugt, sondern mit geringstem Energieaufwand mittels Ventilatorenkühlung.

Im Übergangsbetrieb zwischen Sommer und Winter wird das vom Verbraucher zurückkommende Wasser vom gwk hermeticool vorgekühlt. Die Kaltwassersätze übernehmen in diesem Anlagenzustand lediglich eine Nachkühlfunktion. Im Sommer wird die Kälteerzeugung ausschließlich durch die energieoptimierten Kältemaschinen erreicht. Diese sind zur Reduktion des Energieverbrauchs mit stufenlos geregelten Schraubenkompressoren ausgestattet. Dadurch wird die Betriebssicherheit und die Lebensdauer der Kältemaschine ebenfalls positiv beeinflusst.

Anforderungen perfekt realisiert
„Die gwk-Technik leistet einen großen Beitrag zu unserer Energiesparpolitik“, erklärt Rolf Stalder, Geschäftsführer bei Stalder Extrusionstechnik. „Die gesetzten Anforderungen wurden mit fachmännischer Beratung und Umsetzung perfekt realisiert.“

Mit der energiesparenden gwk-Kühlanlage wurde die Einsparung beim Energieeinsatz und die Betriebssicherheit schnell umgesetzt. Dabei nutzt die Kühlanlage die Temperaturunterschiede zwischen Tag und Nacht und den verschiedenen Jahreszeiten, um auf kostengünstigste Weise kaltes Wasser für Produktionseinrichtungen zu erzeugen. Hierbei wird die Laufzeit der energetisch kostenintensiven Kältemaschine auf ein Minimum reduziert. Dies be-stätigt auch die Praxis: Bei 5000 Produktionsstunden pro Jahr läuft die Kühlanlage 3039 h im 100-prozentigen energiesparenden hermeticool-Betrieb, 1717 h im Misch-Teillastbetrieb und nur noch 244 h im hundertprozentigen Kompressorbetrieb. Mit dem Austausch der bisherigen Kühlturmanlage gegen die energiesparende gwk-Kühlanlage reduzierten sich die Betriebskosten um 57 Prozent.

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Bild: Fotolia, VRD

In den vergangenen Jahren hat sich beim Druckgießen so einiges geändert: „Damals war das Projektmanagement ein ruhiger, langer Fluss“, erklärt der geschäftsführende Gesellschafter der Gießerei G. A. Röders, Andreas Röders. „Die Form für ein Gussteil wurde mit gleichmäßigem Kräfteeinsatz konstruiert und gefertigt. Wenn sich der geplante Produktionsstart (SOP) verschob, nahm man das in Kauf.“

Das hat sich inzwischen drastisch geändert – auf im Schnitt gerade einmal sechs Wochen sind die Projektzeiten geschrumpft. „Bei diesen Projektzeiten hat man nur noch einen einzigen konstruktiven ‚Schuss’“, erläutert Andreas Röders. „Heute muss das Projektmanagement mit einem massiven Ressourceneinsatz zum Projektanfang, der alle wesentlichen konstruktiven Weichen für den Formenbau frühzeitig richtig stellt, trichterförmig auf den SOP zulaufen.“

Perfektes Projektmanagement
Die Gießerei G. A. Röders hat diese Art des Projektmanagements inzwischen perfektioniert. Grundbedingung für die Realisierung eines funktionierenden Projekttrichters ist ein fertig konstruiertes, gussgerechtes Gussteil, an dem während des Projekts nichts mehr geändert werden muss – der „Design Freeze“ ist mit dem Kunden verbindlich abzuklären. Um in der geforderten Schnelligkeit vom gegebenen Gussteil zu einem gießgerechten, effizient herstellbaren Werkzeug inklusive Gießtechnik, Temperierung und vorhersehbarer Reparaturanfälligkeit zu gelangen, setzt man bei G. A. Röders auf die Formfüll- und Erstarrungssimulation. „Am Anfang kostet die Simulation mehr Zeit als die Konstruktion ohne diesen Zwischenschritt, dafür sind später keine Korrekturen mehr am Werkzeug notwendig“, fasst Andreas Röders zusammen: „70 Prozent der Qualität und der Kosten der Fertigung werden in der Konstruktion festgelegt.“

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Simulation ist der Schlüssel
Nur mit der Gießprozess-Simulation ist es möglich, das Werkzeug gleich im ersten Versuch so zu konstruieren, dass ohne aufwändige Probeabgüsse die ersten Gussteile produziert werden können. Sie ist dafür verantwortlich, dass der Ressourceneinsatz-Trichter in Richtung Produktion zusammenläuft und die Projekte entspannt in die wirtschaftliche Fertigung münden. Ohne die Gießprozess-Simulation bleibt das Ergebnis der Werkzeug-Konstruktion nur schwer vorhersehbar und kann erst im Experiment überprüft werden.

Aussagekräftige Füllsimulation zur Verifizierung des Angusses und der Zuhaltung. Die Ausgangs­lage: Gießkolben 100 mm, Gießkolbengeschwindigkeit 1. Phase 0,2 m/s, Phase 2,4 m/s, Füllzeit 28 ms, Füllgrad 33 Prozent.

Für die Gießprozess-Simulation setzt G. A. Röders auf die Softeware Magmasoft der Magma Gießereitechnologie GmbH, Aachen. „Um die hohe Simulationsqualität von Magmasoft zu erreichen und zu nutzen, benötigten wir die Unterstützung des Herstellers“, erklärt er. „Magma hat uns schon im Vorfeld so viel geholfen, dass uns mit der Implementierung der Software die volle Leistung der Lösung zur Verfügung stand.“

Wie die Gießprozess-Simulation bei der Werkzeugkonstruktion hilft, demonstriert Röders am Beispiel eines Modulträgers für den Audi R8 Roadster. Die ambitionierte Aufgabenstellung bestand darin, innerhalb von zwölf Wochen erste schweißbare Teile zur Verfügung zu stellen.

Die Simulation der Formfüllung beginnt mit der Definition aller wesentlichen Gießparameter und der Modellierung eines ersten Gießsystems. Mit dem mehrmaligen Durchlaufen der Füllsimulation können dann verschiedene Parameter-Gießsystem-Kombinationen überprüft werden, bis ein optimales Füllergebnis erreicht wird. Das Ergebnis jedes Simulationsdurchlaufs sind Animationen des Prozessablaufs, die durch eine farbige Darstellung den Verlauf jeweils eines relevanten Qualitätskriteriums anzeigen.

Lufteinschluss berechnen
Bei der Simulation des Audi-Moduls zeigte sich zum Beispiel, dass bei den zunächst gewählten Prozessbedingungen mit zu viel Lufteinschluss an den Schweißstellen zu rechnen ist. Das kann beim fertigen Gussteil zu Poren führen, die die Schweißnahtfläche reduzieren und eine verminderte Stabilität nach sich ziehen. Die Simulation zeigte weiter, dass eine zweite Vakuum-Verbindung, die die Form während der Füllung entlüftet, und ein vergrößerter Überlauf die Lufteinschlüsse an den Schweißstellen von 17 auf 8 Prozent und damit unter das geforderte Maß reduzierte.

Mit der Erstarrungssimulation ermittelten die Konstrukteure, an welchen Stellen Anguss, Speiser, lokale Squeezer und Kühlungen angesetzt werden mussten, um Fehlerstellen (Lunker) aufgrund der Erstarrungsschwindung der Schmelze in den dickwandigen Bereichen des Gussteils zu vermeiden.

In kürzester Zeit ans Ziel
Dank Formfüll- und Erstarrungssimulation realisierte G. A. Röders die passende Kombination aus Gießparametern und Gießsystem für ein Werkzeug, das ein Gussteil entsprechend der Audi-Spezifikationen gewährleistet. Auf dieser Basis schaffte die Gießerei es tatsächlich, das Werkzeug in kürzester Zeit anforderungsgerecht zu bauen und innerhalb von 12 Wochen die ersten schweißfähigen Teile zu liefern.

Der Schliff durch die Schweißnaht zeigte, dass es keine Poren im kritischen Bereich gab. Die Porenverlustfläche betrug lediglich 3 Prozent, erlaubt waren 10 Prozent. In den dickwandigen Bereichen zeigte die Fehleranalyse im CT-Röntgen kaum Lunker, nur zwei mit mehr als 1 mm Größe ließen sich feststellen. „Die Gießprozess-Simulation ist für uns inzwischen strategisch sehr wichtig“, fasst der Geschäftsführer des Traditionsunternehmens zusammen. „Bei uns wird inzwischen ausnahmslos jedes Gussteil simuliert.“

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Die Zerspaner bei Steinkamp setzen auf Helido-Hochleistungsfräser mit doppelseitigen Wendeschneidplatten.

Die Herstellung von Blasformen und Werkzeugen etwa für Gummi-Metallteile oder von speziellen Klappformen für Schäumteile ist meist mit großen Zerspanvolumina verbunden. „Im Werkzeugbau wird jedoch nicht mit dem Spänemachen Geld verdient, sondern mit Kreativität, Problemlösungskompetenz und Know-how“, erklärt der Juniorchef und Geschäftsführer des Werkzeugbauunternehmens, Lars Steinkamp. „Um wettbewerbsfähig zu sein, setzen wir für alle Bearbeitungen auf hochleistungsfähige Maschinen, die natürlich erst mit dem richtigen Werkzeug effizient arbeiten.“

Für höhere Produktivität und sicher kalkulierbare oder sogar geringere Bearbeitungskosten werden bei Steinkamp häufig Versuche gefahren. Zu den langjährigen Partnern im Bereich Werkzeugtechnik gehört Heinrich Reining Zerspanungswerkzeuge, regionaler Händler des Zerspanwerkzeugspezialisten Iscar Germany. Bei Steinkamp stand die Herstellung einer größeren Anzahl an Klappformen für Schäumteile an,

die mittels Mehrfachformen in Takt-Schäum­anlagen produziert werden. Reinig schlug vor, trotz der bereits laufenden Produktion der betreffenden zwei mal 142 Stück – insgesamt also 284 Klappform-Halbschalen – aus 40CrMnMoS 8 6 ein gerade neu vorgestelltes Werkzeug von Iscar einzusetzen.

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Belegbares Leistungsplus
Die Vergleichsdaten zum früher genutzten Werkzeug und zu runden Wendescheidplatten belegen die Leistungsfähigkeit der neuen Werkzeuge: Bei grundsätzlich gleichen Schnittdaten werden mit den Wendeschneidplatten H400 RNHU 1205 aus dem Schneidstoff IC808 anstatt früher nur 1 mm jetzt bis zu 3 mm Schnitttiefe gefahren; die Standzeit hat sich um 100 Prozent erhöht. Zudem hat sich das Zeitspanvolumen teilweise mehr als verdoppelt. Die längeren Standzeiten sorgen dafür, dass sich die Werkzeugkosten nicht erhöht haben.

Bearbeitung einer Halbschale: Ausfräsen einer tiefen Kavität mit dem neuen Helido-Fräswerkzeug.

Mehrwert gefordert
Die Formenbauer ließen sich auf einen Versuch mit dem alternativen Werkzeug ein. „Wir denken, dass wir zerspanungstechnisch viel Know-how haben“, erklärt Steinkamp. „Deshalb testen wir keine Werkzeuge, die lediglich gleich viel versprechen wie die bereits eingesetzten. Wenn uns aber eine vielversprechende Alternative in Gestalt eines neuartig aufgebauten Werkzeugs angeboten wird, sagen wir sicher nicht nein.“

Die neue doppelseitige Iscar-Wendeschneidplatte H400 RNHU 1205 zum Fräsen von Freiformen wird auf Fräswerkzeugen Typ H400 der Helido-Familie eingesetzt. Sie erzeugt einen Radius von 6 mm. Damit können sie die herkömmlichen runden Wendeschneidplatten mit 12 mm Durchmesser ersetzen – bei weit höheren Schnittwerten.

Die Wendeschneidplatte H400 RNHU 1205 ist ellipsenförmig und weist Schneidkanten mit Radius 6 mm auf, die in vier 120°-Segmente aufgeteilt sind. Sie lässt sich wie eine runde Wendescheidplatte mit 12 mm Durchmesser nutzen, ist aber im Plattensitz fest fixiert und kann sich nicht verdrehen. Aufgrund des im Vergleich eher kleinen Innenkreisdurchmessers mit 11 mm und dank der besonderen Einbaulage sind enge Teilungen zu realisieren. Mehr Zähne auf dem Fräser erlauben wiederum einen deutlich höheren Bahnvorschub und damit mehr Produktivität.

Die pfiffigen Wendeschneidplatten H400 RNHU 1205 gibt es in drei verschiedenen Spanformergeometrien für die Bearbeitung unterschiedlicher Werkstoffe. Sie sind für Plan- sowie Schaftfräser im Durchmesserbereich 25 bis 80 mm einzusetzen. Da die Werkzeuge auch über innere Kühlmittelzufuhr verfügen, die das Kühlmittel direkt an die Schneide leitet, sollen sich etwa bei der Bearbeitung rostfreier Stähle und hoch hitzebeständiger Legierungen zudem die Standzeiten signifikant verbessern.

Für hohe Leistung
Die Helido-Fräswerkzeuge sind in Kombination mit der Einbaulage, der speziellen Plattensitzkonstruktion sowie den Wendeschneidplatten H400 RNHU 1205 auf Hochleistungszerspanung ausgelegt. Das doppelseitige Design der Wendeschneidplatte verleiht zusätzliche Stabilität. Trotz der negativen axialen Einbaulage ist der Spanwinkel 10° positiv.

Ellipsenförmige doppelseitige Wendeplatte H400 RNHU 1205 aus dem Schneidstoff IC808 mit Radius 6 mm und vier Schneidkantensegmenten 120°.

Das Werkzeug soll sich universell zum flexiblen Fräsen von Freiformen und Hinterschnitten eignen, zum schrägen Eintauchen und zum Bohrzirkularfräsen. Nicht zuletzt soll die Plattengeometrie für einen weichen und damit maschinenschonenden Schnitt sorgen. „Mit dem alten Werkzeug war es undenkbar, beim Helix-Eintauchen eine Schnitttiefe von ap = mehr als 2 mm zu fahren“, betont Steinkamp. „Das hat über die gesamte Bearbeitung viel Zeit gekostet und sich negativ auf die Durchlaufzeit ausgewirkt.“ Außerdem entlasten der weichere Schnitt und die erheblich verkürzte Bearbeitungszeit nach Erfahrung der Werkzeugbauer sowohl die Motorspindel als auch die Maschine.

„Die längeren Werkzeugstandzeiten sorgen für weniger Wechsel und somit weniger Stillstand“, erklärt Steinkamp. „Wir konnten die Fertigungskosten bei der Halbschalen-Bearbeitung spürbar senken, was bei zusammen 284 Gleichteilen doch spürbar ist. Die partnerschaftliche Zusammenarbeit mit Reining und Iscar hat uns hier einen entscheidenden Schritt voran gebracht, der uns in der Wettbewerbsfähigkeit nachdrücklich unterstützt.“

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Alle benötigten Werkzeuge sind dank der Automatenlösung von Arctus jederzeit verfügbar.

Viele Maschinenbediener hüten einen Schatz – irgendwo verborgen, in einer Schublade, für den Notfall. Die Grundidee ist gut: Im Notfall, wenn in der Werkzeugausgabe niemand da ist und das Werkstück dringend dieses spezielle Tool erfordert, ist es beruhigend, noch ein, zwei Exemplare im Schrank zu haben. Nur für alle Fälle. Damit man eine Lücke überbrücken kann. Auf den ersten Blick zeugt das von verantwortungsbewusstem Handeln. Schließlich denkt der Mitarbeiter voraus, sichert sich gegen Eventualitäten ab und sorgt so dafür, dass auch eilige Aufträge pünktlich erledigt werden.

Trotzdem werden heute die wenigsten Chefs erfreut sein, wenn sie in die Schatzkisten ihrer Mitarbeiter blicken. Denn dort ruht totes Kapital. Nicht selten sind mehrere tausend Euro in einer einzigen Schublade „vergraben“. Oft auf immer und ewig. Weil der „Fall der Fälle“ vielleicht nie eintritt. Und auch das beste Werkzeug irgendwann einmal veraltet.

Garantiert verfügbar
„Wir mussten eine Lösung finden, die sicherstellt, dass ein Werkzeug garantiert verfügbar ist, wenn es gebraucht wird“, erklärt Andreas Winkenbach, zuständig für die Beschaffung im Tool Service Center bei Freudenberg Sealing Technologies in Laudenbach. „Wenn die Mitarbeiter sicher sein können, jederzeit das benötigte Werkzeug zu bekommen, werden ihre ,Sicherheitsbestände‘ überflüssig – sie können getrost aufgelöst werden.“

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Automat als Konsi-Lager
Bei einem als Konsignationslager („Konsi-Lager“) konfigurierten Automaten verbleibt die Ware so lange im Eigentum des Lieferanten, bis sie der Anwender aus dem Automaten entnimmt. Erst mit dem Zeitpunkt der Entnahme wird die Rechnung gestellt. Die Werkzeuge sind jederzeit in der vereinbarten Menge erhältlich. Da die hinterlegte Software dafür sorgen kann, dass bei Unterschreiten von festgelegten Mindestmengen automatisch eine Bestellung ausgelöst wird und auch die Abrechnung automatisch erfolgt, lässt sich der Handlingsaufwand sehr gering halten. Und der Anwender profitiert, da er bei einer solchen Lösung bei einer zuverlässig sehr hohen Versorgungssicherheit weniger Kapital binden muss.

In Laudenbach entstehen Werkzeuge für Elastomere – im Sortiment von Freudenberg sind mehr als 200 000 Standarddichtungen gelistet – Simmerringe für Serienfahreuge genauso wie „Exoten“ für den Einsatz in Autos der Deutschen Tourenwagenmeisterschaft DTM. Die Genauigkeitsanforderungen bei Elastomer-Werkzeugen sind sehr hoch – bereits bei einem Spalt von 5 µm würden sich Grate bilden. „Unsere Kunden sind die Werke der Freudenberg-Gruppe“, erklärt Winkenbach. „Wir bekommen die fertigen Kons­truktionen und setzen sie bei uns in hoher Qualität um.“

Im Werkzeugbau bei Freudenberg entstehen hochpräzise Elastomerwerkzeuge für die Dichtungen, die im Konzern produziert werden.

Ausgabe rund um die Uhr
Um die Vielzahl an Fräsern, Bohrern, Wendeplatten und anderen Werkzeugen besser in den Griff zu bekommen, sahen sich die Verantwortlichen nach einer leistungsfähigen Toolmanagement-Lösung um. Schon sehr früh kristallisierte sich die Ausgabe über Werkzeugautomaten heraus – sie ermöglichen eine Ausgabe rund um die Uhr, lassen je nach Ausführung zudem einen nachvollziehbaren und auch nach Berechtigungen gesteuerten Zugriff auf die Werkzeuge zu. Zudem kann über intelligente Software der Bestand auf dem Laufenden gehalten werden – beim Unterschreiten eines Mindestbestands lösen viele Systeme inzwischen selbständig eine entsprechende Bestellung aus. „Eine solche Funktion kommt uns sehr entgegen – schließlich wollten wir auch unseren Einkauf entlasten und die Beschaffungswege straffen“, erläutert Winkenbach. „Ein schwerer Schönheitsfehler der meisten Lösungen am Markt war in unseren Augen die Bindung an nur einen Werkzeughersteller. Denn wir arbeiten mit Werkzeugen unterschiedlichster Lieferanten – die wollten wir in eine solche Lösung integrieren.“

Funktionen flexibel konfigurierbar
Die Wahl der Verantwortlichen fiel schließlich auf das System der Arctus GmbH in Schorndorf. Das System lässt sich an den Bedarf eines Unternehmens exakt anpassen und entsprechend der vorgegebenen Abläufe konfigurieren. „Wir wollten beispielsweise nicht, dass unsere Werkzeuglieferanten selbst befüllen – das ist organisatorisch nicht so einfach machbar“, erklärt Winkenbach. „Wir haben einen ,Toolmanager‘ bei uns installiert – ein Mitarbeiter, der sich mit Werkzeugen auskennt und den Kollegen auch kompetent weiterhelfen kann. Er übernimmt auch die Befüllung der Automaten mit den Tools der verschiedenen Lieferanten.“ Das Arctus-System unterstützt dieses Vorgehen mit der Möglichkeit, unterschiedlichste Berechtigungsstufen einzurichten. So lassen sich die Aufgabenbereiche und Funktionen der einzelnen Mitarbeiter sehr detailliert am System abbilden.

Bei Unterschreiten von Mindestbeständen generiert das System Auffülllisten, die an die jeweils maßgeblichen Lieferanten geschickt werden. Die Werkzeuge gehen dann an den Toolmanager, der die Automaten befüllt.

Die Werkzeuge bleiben übrigens auch dann noch Eigentum der Lieferanten, wenn sie bereits im Automaten sind: „Erst wenn der Werker das Tool zur Bearbeitung entnimmt, wird uns der Rechnungsbetrag belastet“, erläutert Winkenbach. „So sind unsere Werkzeugbestände für uns kein totes Kapital mehr.“ Die in Laudenbach installierten Automaten, die sowohl in Abmessung als auch Aussehen den speziellen Vorgaben von Freudenberg angepasst wurden, verfügen über an die jeweilige Werkzeuggröße individuell angepasste Spindeln. So lassen sich kleine, leichte Komponenten wie Wendeschneidplatten ebenso einfach handhaben wie Gewindebohrer, Maschinenreibahlen, Fräser, VHM-Bohrer und andere Tools.

Das sagt die Redaktion

Ärgerliche „Notration“
Nachtschicht, ein wichtiger Auftrag auf der Maschine – und dann ist der notwendige Fräser nicht aufzutreiben? Versierte Maschinenbediener haben sich deshalb ihre eigenen Lager geschaffen und horten wichtige Werkzeuge für solche Notfälle „schwarz“ an der Maschine. Schlecht fürs Unternehmen – denn so wird unnötig Kapital gebunden. Und so manches dort gelagerte Werkzeug wird noch im Neuzustand entsorgt, weil es schlicht veraltet ist. Der clevere Weg ist daher, den Mitarbeitern mit einem entsprechend ausgeklügelten Toolmanagement die Sicherheit zu geben, dass sie auf ein benötigtes Werkzeug jederzeit zugreifen zu können. Ist dies gewährleistet, können sie auf eine Notration an der Maschine leichten Herzens verzichten.
Richard Pergler

Im „Konsi-Lager“ bleiben die Werkzeuge solange im Eigentum des Lieferanten, bis sie der Anwender aus dem Automaten entnimmt.

Kontrolliert und stückgenau
Der Werker meldet sich mit seinem Ausweis an und sucht aus einer Liste das geforderte Werkzeug aus. Per Barcodescanner oder über einen übersichtlichen Touchscreen wird selektiert und die Entnahme auch gleich der jeweiligen Maschine und dem Auftrag zugeordnet. Die Automaten erlauben die kontrollierte und stückgenaue Entnahme der einzelnen Werkzeuge – und zwar exakt dann, wenn sie benötigt werden.

„Es hat durchaus eine Weile gedauert – erst als unsere Mitarbeiter absolut sicher waren und auch täglich erleben konnten, dass die Werkzeuge wirklich jederzeit verfügbar waren, lösten sich die ,schwarzen‘ Lager an den Maschinen langsam auf“, erklärt Winkenbach. „Inzwischen sind die Automaten ein fester Bestandteil unserer Produktionsabläufe. Und sie geben unseren Mitarbeitern die Sicherheit, jederzeit die benötigten Werkzeuge zu bekommen. Das gestaltet Beschaffung und Verbrauch der Werkzeuge deutlich transparenter, einfacher und stressfreier. Und zwar für alle Beteiligten.“

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