Werkzeugbau

Fräsmaschinen für die hohe Schule des Formenbaus

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Nur bei wenigen Produkten werden höhere Ansprüche an die Ästhetik gestellt als bei Artikeln für die Körperpflege. Bei deren Herstellung durch Spritzgießen bedingt dies hohe Anforderungen an die Qualität der eingesetzten Formen.

Klaus Vollrath
Fachjournalist in Aarwangen/Schweiz

„Bei unseren Werkzeugen handelt es sich um Einzelstücke, wobei wir ständig an die Grenzen des Machbaren gehen müssen“, sagt Volker Waizmann, Fertigungsleiter bei der Zahoransky Automation & Molds GmbH in Freiburg. Mit rund 190 Mitarbeitern stellt das Unternehmen unter anderem anspruchsvolle Werkzeuge fürs Spritzgießen von Zahn- und Mascarabürsten oder das Umspritzen medizinischer Kanülen her.

Zahnbürsten werden überwiegend sequentiell aus mehreren Kunststoffkomponenten gespritzt. Die Werkzeuge dafür sind oft groß und aus dutzenden identischer Einzelnester aufgebaut. Dabei geht es nicht nur um die Genauigkeit des einzelnen Nests, sondern auch um die Lagetoleranzen der Nester zueinander. Darüber hinaus müssen die verschiedenen Einzelnester, in denen die verwendeten Kunststoffkomponenten jeweils separat verspritzt werden, nicht nur bezüglich der Kavitäten, sondern auch im Bereich der dreidimensional geschwungenen Trennfläche exakt übereinstimmen.

„Einfache“ Aufgabenstellungen gebe es nicht mehr, und Fehlschläge oder Herumexperimentieren könne man sich nicht leisten. Die Werkzeuge hätten heute teils bis zu 48 Kavitäten, und die Kunden erwarteten, dass sie ohne Einschränkungen mit höchstmöglicher Produktivität genutzt und im Wartungsfall einzelne Einsätze schnell und ohne Anpassungen getauscht werden können. Das setze umfassende Erfahrung voraus, nicht nur was die Form selbst angeht, sondern auch bezüglich des gesamten Prozesses. So müsse man etwa bei Mehrkomponenten-Produkten auch das Materialverhalten der verschiedenen verspritzten Kunststoffe genau kennen. Anderenfalls könne es etwa dazu kommen, dass sich die ersten verspritzten Komponenten beim Wechsel zum nächsten Arbeitsschritt verziehen.

Zudem seien die Anforderungen an die Produktivität so hoch, dass Handlingsysteme die Entnahme der fertigen Produkte teils in weniger als 1 s erledigen müssten. Zugleich werde verlangt, dass der Herstellprozess sicher beherrschbar sei und die Produkte höchste ästhetische und haptische Ansprüche erfüllen. In diesem Markt könne man sich dank umfassenden Know-hows auch gegen Wettbewerber aus Ländern mit niedrigerem Lohnniveau durchsetzen.

„Bei der Vielzahl an Formen, die wir herstellen, sind die einzelnen Abteilungen relativ scharf gegeneinander abgegrenzt“, erklärt Waizmann. Seine Abteilung erhält von einem vorgelagerten Bereich fertig vorbearbeitete Formeinsatz-Rohlinge, deren Außenkontur im weichen Zustand bearbeitet, dann gehärtet und schließlich auf Einbaumaß geschliffen wurde. Diese Rohlinge passen somit bereits in den Formrahmen. Seine Mannschaft kümmert sich dann darum, konturbestimmende Bereiche wie Trennebene und Kavitäten aus dem vollen, bereits auf die Endhärte von 48 bis 52 HRC gehärteten Warmarbeitsstahl herauszuarbeiten.

Reduzierte Kosten und Durchlaufzeiten

Dies erfolgt teils durch Senkerodieren, teils auf einem 5-Achsen-Bearbeitungszentrum des Typs RXP 601 DSH von Röders. „Wo immer technisch machbar fräsen wir inzwischen ins Harte, da wir so zum einen die Herstellkosten reduzieren und zum anderen, fast noch wichtiger, die Durchlaufzeiten verringern können“, erläutert Waizmann. Die Zerspanung erfolge mithilfe von Vollhartmetall-Fräswerkzeugen im Durchmesserbereich von 0,2 bis 10 mm, die ebenso wie die palettierten Werkstücke durch ein vollautomatisches lineares Handlingsystem RCM von Röders zu- und abgeführt würden. Vorteil dieser Konfiguration sei, dass alles – Hardware ebenso wie Software – aus einer Hand stamme. Auch könne die CAM-Abteilung auf die Datenbank des Jobmanagers von Röders zugreifen, mit dort verfügbaren Werkzeugtypen arbeiten und vom CAM-Arbeitsplatz aus bei Bedarf neue Typen anlegen. Für den Bediener ergäben sich dadurch ebenfalls Vereinfachungen, etwa indem die Arbeitsgänge automatisch angelegt werden und nur noch Werkstücke mit dem Job zu verknüpfen sind. Weiterer Vorteil der RCM-Lösung sei die modulare Erweiterbarkeit. So könne das System beispielsweise durch Einbinden einer Messmaschine oder einer Waschanlage quasi organisch mit dem Bedarf der Abteilung wachsen. Auf einer zweiten, älteren Röders-Anlage – einer RXP 500 DS mit RC2-Rundmagazin für die palettierten Werkstücke – werden die benötigten Senkerodierelektroden, meist aus Graphit, teilweise auch aus Kupfer, hergestellt.

Extreme Präzision ist gefragt

„Bei großformatigen Werkzeugen mit zahlreichen Einsätzen für das Mehrkomponentenspritzen sind die Anforderungen an die Präzision extrem“, betont Waizmann. Da müsse von der Lagetoleranz im Formrahmen bis zum dreidimensionalen Verlauf der Teilungsebene alles genauestens stimmen. Die Kunden ließen heutzutage Abweichungen von maximal 0,02 mm am einzelnen Kunststoffteil zu, und das bei Werkzeuggrößen von 750 mm x 1000 mm. Für die Formtrennung werden aufgrund der hohen Spritzdrücke Toleranzen von unter 10 µm im montierten Zustand verlangt, was einer maximalen Einzelabweichung von ±5 µm entspreche. Zusätzlich müsse noch der Materialabtrag beim Polieren einbezogen werden. Beim Bearbeiten bewege man sich daher ständig „an der µm-Kante entlang“.

Deshalb ist die Werkstatt auch voll klimatisiert, und die Nullpunkte der Bauteile werden mithilfe eines automatischen Tasters direkt in der Maschine erfasst, um Abweichungen durch das Nullpunktspannsystem zu vermeiden. Auch werden die erreichten Formgenauigkeiten auf der Fräsmaschine taktil gemessen und über den Jobmanager dokumentiert. Zur Absicherung erfolgt eine periodische Rekalibrierung mithilfe eines Referenzteils, das auch extern auf einer Messmaschine vermessen wurde.

Die Röders-Anlagen seien darauf ausgelegt, solche Genauigkeiten selbst nach jahrelangem hartem Dauereinsatz auch bei der Fünfachsbearbeitung sicher und zuverlässig zu erreichen. Wesentlicher Faktor hierfür sind die Direktantriebe in allen Achsen, die sowohl höchste Bearbeitungsgenauigkeiten ermöglichen als auch eine quasi unbegrenzte Lebensdauer erreichen. Zusätzlich verfügen die Maschinen über eine ausgeklügelte innere Temperierung aller entscheidenden Komponenten.

„Eines der herausragenden Merkmale der Röders-Maschinen ist ihre Steuerung, die höchste Leistungsfähigkeit bei einfacher Bedienbarkeit bietet“, sagt Waizmann und fügt hinzu: „Im Umgang mit den Maschinen profitieren wir davon, dass sie beide, obwohl deutlich unterschiedlich alt, die exakt gleiche Steuerungsversion haben“. Dazu wurde die ältere Maschine bei Lieferung der neuen upgedatet. Aufgrund der stetigen Weiterentwicklung auch der Steuerungs- und Regelungstechnik erschließen sich durch Steuerungsupdates Rationalisierungsmöglichkeiten. Resultate sind kürzere Bearbeitungszeiten, höhere Oberflächengüten, eine einfachere Handhabung sowie erweiterte Funktionalität.

Aufgrund des durchdachten, auf Windows basierenden Steuerungskonzepts sind Einarbeitung und Schulung der Maschinenbediener einfach und schnell. Ebenso waren das Erlernen des Röders-Jobmanagers RMSMain inklusive der Anbindung an das CAM-System schnell erledigt.

Zuverlässigkeit auch beim Service

„Für uns ist Pünktlichkeit bei der Lieferung der Werkzeuge und Produktionsanlagen ein Muss“, sagt Waizmann. Da die reine Fertigungszeit für ein größeres Werkzeug acht bis zwölf Wochen betrage und man bezüglich der HSC-Hartbearbeitung nur über geringe Ausweichmöglichkeiten verfüge, seien die Verfügbarkeit und die Zuverlässigkeit der Maschine und des Services ganz wesentliche Faktoren. Diesbezüglich habe man mit Röders in den elf Jahren seit Lieferung der ersten Anlage sehr gute Erfahrungen gemacht. Auch sei man dort bestrebt, im Sinne des Kunden dessen Servicekosten so gering wie möglich zu halten. Wo eine Fernwartung mit direktem Kontakt zum Zahoransky-Instandhaltungspersonal genüge, werde dies auch praktiziert, und wenn eine neue Baugruppe dann eingebaut sei, werde die erforderliche Parametrisierung einfach online geschickt. Als fair empfinde man auch, dass die Nutzung der Fernwartung kostenlos sei. Wenn es allerdings darauf ankomme, seien die Techniker von Röders schnell zur Stelle. Dies sei für ihn angesichts des Zeitdrucks, unter dem er selbst ständig stehe, ein strategischer Punkt, bekräftigt Waizmann.



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