Zahoransky / Röders

Die hohe Kunst des Formenbaus

| Autor / Redakteur: Klaus Vollrath* / Peter Reinhardt

Das Spritzgießwerkzeug besteht aus zwei Werkzeugseiten mit mittig liegendem Drehwürfel. Damit lassen sich zwei unterschiedliche Teile auf einem Werkzeug herstellen.
Das Spritzgießwerkzeug besteht aus zwei Werkzeugseiten mit mittig liegendem Drehwürfel. Damit lassen sich zwei unterschiedliche Teile auf einem Werkzeug herstellen. (Bild: Klaus Vollrath)

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Bei medizintechnischen Produkten werden hohe Ansprüche an Güte, Funktionalität und Genauigkeit gestellt. Diese Anforderungen übertragen sich aufs Spritzgießen, die eingesetzten Formen und die zu deren Herstellung eingesetzten Werkzeugmaschinen.

  • Was Präzisions-Bearbeitungszentren mit Zahnbürsten und Mascara zu tun haben
  • Röders HSC-Fünfachsfräsmaschine RXP601DSH zur Bearbeitung harter Werkstoffe
  • Fehlertoleranz geht gegen Null

Volker Waizmann ist Fertigungsleiter bei Zahoransky Automation & Molds in Freiburg. Das zur mittelständischen Zahoransky-Gruppe gehörende Unternehmen stellt mit rund 190 Mitarbeitern am Standort Werkzeuge für das Spritzgießen von zum Beispiel Zahn- und Mascarabürsten oder das Umspritzen von medizinischen Kanülen her. Diese sind äußerst anspruchsvoll. So werden Zahnbürsten überwiegend sequentiell aus mehreren Kunststoffkomponenten gespritzt.

An die Grenzen des Machbaren gehen

„Die Werkzeuge sind oft sehr groß und aus dutzenden identischen Einzelnestern aufgebaut“, erklärt Waizmann. Dabei gehe es nicht nur um die Genauigkeit der einzelnen Nester, 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, damit es auch beim späteren Austausch von Einsätzen nicht zur Bildung von Graten kommt. „Bei unseren Werkzeugen handelt es sich fast nur um Einzelstücke, wobei wir ständig an die Grenzen des Machbaren gehen müssen“, bringt Waizmann die Herausforderungen auf den Punkt.

Simple Aufgabenstellungen gibt es nicht mehr

Simple Aufgabenstellungen gebe es nicht mehr und Fehlschläge oder Herumexperimentieren könne man sich nicht leisten, stellt Waizmann fest. Die hergestellten Werkzeuge haben heute teils bis zu 48 Kavitäten und die Kunden erwarten, dass sie ohne Einschränkungen mit höchstmöglicher Produktivität genutzt werden können. Im Wartungsfall müssen einzelne Einsätze schnell und ohne Anpassungen getauscht werden können. Das setzt umfassende Erfahrung voraus, nicht nur was die Form selbst angeht, sondern auch bezüglich des gesamten Prozesses. So muss man beispielsweise bei Mehrkomponenten-Produkten auch das Materialverhalten der verschiedenen verspritzten Kunststoffe genau kennen. Anderenfalls könnte es etwa dazu kommen, dass sich die ersten verspritzten Komponenten beim Wechsel zum nächsten Arbeitsschritt verziehen. Die Anforderungen an die Produktivität sind so hoch, dass Handlingsysteme die Entnahme der fertigen Produkte teils in weniger als einer Sekunde erledigen müssen. Zugleich wird verlangt, dass der Herstellprozess sicher beherrscht wird und die Produkte höchste ästhetische und haptische Ansprüche erfüllen.

Wo immer technisch machbar, ins Harte fräsen

„Bei der Vielzahl an Formen, die wir herstellen, sind die einzelnen Abteilungen relativ scharf gegeneinander abgegrenzt“, gibt Waizmann Einblick in die Organisation bei Zahoransky Automation & Molds. 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. Waizmanns Mannschaft kümmert sich dann darum, konturbestimmende Bereiche wie Trennebene und Kavitäten aus dem vollen des bereits auf die Endhärte von 48-52 HRC vergüteten Warmarbeitsstahls herauszuarbeiten. Dies erfolgt teils durch Senkerodieren, teils auf einem fünfachsigen Röders-Bearbeitungszentrum RXP 601 DSH. „Wo immer technisch machbar, fräsen wir inzwischen ins Harte, da wir so zum einen die Herstellungskosten reduzieren und zum anderen – fast noch wichtiger – die Durchlaufzeiten verringern können“ ergänzt Waizmann.

Die Zerspanung erfolgt 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 werden. Vorteil dieser Konfiguration ist, dass Hardware und Software aus einer Hand stammen. Auch kann 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.

Vereinfachungen für die Bediener

Für die Bediener ergeben sich dadurch ebenfalls Vereinfachungen, zum Beispiel indem die Arbeitsgänge automatisch angelegt werden und nur noch Werkstücke mit dem entsprechenden Job zu verknüpfen sind. Weiterer Vorteil der RCM-Lösung ist die modulare Erweiterbarkeit. So kann das System durch Einbindung einer Messmaschine oder einer Waschanlage quasi organisch mit dem Bedarf der Abteilung wachsen. Ausgelegt wurde die Anlage bereits für die Erweiterung um eine zweite Fräsmaschine. Somit sei man gut aufgestellt für die Zukunft, bestätigt Waizmann.

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Fünfachsfräsmaschine für harte Werkstoffe
Die Röders HSC-Fünfachsfräsmaschine RXP601DSH wurde für sehr hohe Genauigkeitsanforderungen selbst bei der Bearbeitung harter Werkstoffe ausgelegt.

Extreme Anforderungen an die Präzision

„Bei großformatigen Werkzeugen mit zahlreichen Einsätzen für das Mehrkomponentenspritzen sind die Anforderungen an die Präzision geradezu extrem“, weiß Waizmann. Da muss von der Lagetoleranz im Formrahmen bis zum dreidimensionalen Verlauf der Teilungsebene alles genauestens stimmen, da sich schon kleinste Abweichungen am Produkt nachteilig bemerkbar machen würden. Die Kunden ließen heutzutage lediglich Abweichungen von maximal 0,02 mm am einzelnen Kunststoffteil zu, und das bei Werkzeuggrößen von bis zu 750 x 1.000 mm. Für die Formtrennung werden aufgrund der hohen Spritzdrücke Toleranzen unter 10 µm im montierten Zustand verlangt, was einer maximalen Einzelabweichung von ± 5 µm entspreche. Zusätzlich müsse noch der Materialabtrag beim Polieren einbezogen werden. Bei der Bearbeitung 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.

Alt und neu nutzen die gleiche Steuerung

„Eines der herausragenden Merkmale der Röders-Maschinen ist ihre Steuerung, die höchste Leistungsfähigkeit bei einfacher Bedienbarkeit bietet“, erklärt 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 der Maschinen bei Lieferung der neuen RXP601DSH upgedatet. Aufgrund der stetigen Weiterentwicklung auch der Steuerungs- und Regelungstechnik erschließen sich durch Steuerungsupdates Rationalisierungsmöglichkeiten, die sich in kürzeren Bearbeitungszeiten und höheren Oberflächengüten bezahlt machen oder auch zu einer einfacheren Handhabung und erweiterten Funktionalität führen.

Aufgrund des durchdachten Steuerungskonzepts auf Windows-Basis verlaufen Einarbeitung und Schulung der Maschinenbediener einfach und schnell. Ebenso waren das Erlernen des Röders-Jobmanagers RMS-Main inklusive der Anbindung an das CAM System sowie die Werkzeugverwaltung schnell erledigt.

Pünktlich gelieferte Werkzeuge und Produktionsanlagen sind ein Muss

„Für uns ist Pünktlichkeit bei der Lieferung der Werkzeuge und Produktionsanlagen ein Muss“, hat Waizmann beim Thema Service klare Vorstellungen. Da die reine Fertigungszeit für ein größeres Werkzeug 8 bis 12 Wochen betrage und man bezüglich der HSC-Hartbearbeitung nur über geringe Ausweichmöglichkeiten verfüge, seien die Anlagenverfügbarkeit und damit die Zuverlässigkeit nicht nur der Maschine selbst, sondern auch 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. Wenn eine neue Baugruppe eingebaut sei, werde die erforderliche Parametrisierung einfach online geschickt.

Als fair empfindet Waizmann, dass die Nutzung der Fernwartung kostenlos ist. 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. „Die genaueste und schnellste Maschine nutzt mir nichts, wenn man mir bei Anruf keinen verbindlichen Termin für das Eintreffen des Monteurs mitteilen kann. Und wer das nicht kann, wird bei Neuinvestitionen nicht mehr berücksichtigt“, macht Waizmann seine Ansprüche deutlich.

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* Der Autor Klaus Vollrath ist freier Fachjournalist. Er lebt und arbeitet in Aarwangen in der Schweiz.

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