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Was Präzisions-Bearbeitungszentren mit Mascara zu tun haben

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Perfekte Ästhetik setzt höchste Qualität voraus – auch bei den Formen für die Herstellung von Mascara-Bürsten

Nur bei wenigen Produktkategorien werden noch höhere Ansprüche an die Ästhetik gestellt als bei Artikeln für die Körperpflege. Dies betrifft alle wesentlichen Aspekte wie Design, Farbgebung, Oberflächenqualität oder Haptik. Bei der Herstellung durch Spritzgießen bedingt dies naturgemäß auch entsprechend hohe Anforderungen an die Qualität der eingesetzten Formen. Bei der Herstellung solcher Formen vertraut ein auf diesem Gebiet führendes Unternehmen auf die Präzision und Leistungsfähigkeit von Bearbeitungszentren der Firma Röders.

„Wir sind Hersteller von Spritzgießwerkzeugen, Maschinen für die Bürstenherstellung, Blisterverpackungsmaschinen sowie Automatisierungen bis hin zu kompletten Produktionslösungen für z.B. Zahnbürsten, Healthcare & Beauty- sowie Medizintechnik-Produkte“, erläutert Volker Waizmann, Fertigungsleiter bei Zahoransky Automation & Molds GmbH in Freiburg. Diese sind äußerst anspruchsvoll. So werden Zahnbürsten überwiegend sequentiell aus mehreren Kunststoffkomponenten gespritzt. Die Werkzeuge sind oft sehr groß und aus zahlreichen identischen Einzelnestern aufgebaut.

Volker Waizmann, Fertigungsleiter bei Zahoransky Automation & Molds GmbH in Freiburg | Bild: Klaus Vollrath
Volker Waizmann, Fertigungsleiter bei Zahoransky Automation & Molds GmbH in Freiburg | Bild: Klaus Vollrath

Dabei geht es nicht nur um die Genauigkeit des einzelnen Nests, sondern auch um die Lagetoleranzen der einzelnen 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.“

Null Fehlertoleranz

„Einfache“ Aufgabenstellungen gebe es nicht mehr, und Fehlschläge oder Herumexperimentieren könne man sich nicht leisten. Die hergestellten Werkzeuge hätten heute teils bis zu 48 Kavitäten, und die Kunden erwarteten, dass sie ohne Einschränkungen mit höchstmöglicher Produktivität genutzt werden können und im Wartungsfall einzelne Einsätze schnell und ohne Anpassungen getauscht werden können. So müsse man beispielsweise 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.

Die Anforderungen an die Produktivität seien so hoch, dass Handlingsysteme die Entnahme der fertigen Produkte teils in weniger als einer Sekunde erledigen müssten. Zugleich werde verlangt, dass der Herstellprozess sicher beherrschbar sei und die Produkte höchste ästhetische und haptische Ansprüche erfüllen. Deshalb spielten neben der Erfahrung der Mitarbeiter selbstverständlich auch Computerprogramme z.B. für die Simulation des Spritzgießprozesses eine wesentliche Rolle. In diesem Markt könne man sich dank des umfassenden eigenen Know-hows auch gegen Wettbewerber aus Ländern mit niedrigerem Lohnniveau durchsetzen.

Schnell und voll ins Harte

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

„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 48-52 HRC gehärteten Warmarbeitsstahl herauszuarbeiten.

„Wo immer technisch machbar fräsen wir inzwischen ins Harte, da wir so die Herstellungskosten reduzieren und die Durchlaufzeiten verringern können.“

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, z.B. indem die Arbeitsgänge automatisch angelegt werden und nur noch Werkstücke mit dem entsprechenden Job zu verknüpfen sind.

Die beiden automatisierten Röders-Fertigungszellen. Vorne eine RXP 500 DS mit RC 2 Karussellmagazin, hinten eine RXP 601 DSH mit erweiterbarem RCM Linearmagazin für Werkstücke und Werkzeuge. | Bild: Klaus Vollrath)
Die beiden automatisierten Röders-Fertigungszellen. Vorne eine RXP 500 DS mit RC 2 Karussellmagazin, hinten eine RXP 601 DSH mit erweiterbarem RCM Linearmagazin für Werkstücke und Werkzeuge. | Bild: Klaus Vollrath)

Weiterer Vorteil der RCM-Lösung sei die modulare Erweiterbarkeit. So könne das System z.B. 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.

Auf einer zweiten, älteren Röders-Anlage – einer RXP 500 DS mit RC2-Rundmagazin für die palettierten Werkstücke – werden die benötigten Senkerodierelektroden, meist aus Graphit, in manchen Fällen auch aus Kupfer, hergestellt.

Herausragende Präzision

Da muss von der Lagetoleranz im Formrahmen bis zum dreidimensionalen Verlauf der Teilungsebene alles genauestens stimmen. Schon kleinste Abweichungen machen sich am nachteilig am Produkt bemerkbar. Die Kunden ließen heutzutage lediglich Abweichungen von max. 0,02 mm am einzelnen Kunststoffteil zu, und das bei Werkzeuggrößen von z.B. 750 x 1.000 mm.

„Bei großformatigen Werkzeugen mit zahlreichen Einsätzen für das Mehrkomponentenspritzen sind die Anforderungen an die Präzision geradezu extrem.“

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.

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 – u.a. aufgrund ihrer Reibungsfreiheit – sowohl höchste Bearbeitungsgenauigkeiten ermöglichen als auch eine quasi unbegrenzte Lebensdauer erreichen. Zusätzlich verfügen die Maschinen über eine ausgeklügelte innere Temperierung aller entscheidenden Komponenten einschließlich der Motoren sowie über Optionen für eine weitere Steigerung der Genauigkeit.

Anpassungsfähige Steuerung

Die Röders-Steuerung RMS6 basiert auf dem Windows-Betriebssystem und lässt sich leicht und intuitiv bedienen. Hard- und Software können problemlos auf den jeweils neuesten Stand gebracht werden. | Bild: Klaus Vollrath
Die Röders-Steuerung RMS6 basiert auf dem Windows-Betriebssystem und lässt sich leicht und intuitiv bedienen. Hard- und Software können problemlos auf den jeweils neuesten Stand gebracht werden. | Bild: Klaus Vollrath

Aufgrund der stetigen Weiterentwicklung auch der Steuerungs- und Regelungstechnik erschließen sich durch Steuerungsupdates Rationalisierungsmöglichkeiten. Diese ermöglichen etwa kürzere Bearbeitungszeiten oder höhere Oberflächengüten sowie  einfachere Handhabung.

Aufgrund des durchdachten, auf Windows basierenden Steuerungskonzepts verlaufen Einarbeitung und Schulung der Maschinenbediener einfach und schnell.

 

Zuverlässigkeit auch beim Service

Die reine Fertigungszeit für ein größeres Werkzeug beträgt 8 – 12 Wochen. Da man bei der HSC-Hartbearbeitung nur über geringe Ausweichmöglichkeiten verfüge, seien die Anlagenverfügbarkeit und damit die Zuverlässigkeit der Maschine ganz wesentliche Faktoren. Röders unterstützt seine Kunden auch dabei, im Service kosten zu sparen. Wo beispielsweise eine Fernwartung – und diese ist kostenlos – genüge, werde dies auch praktiziert, und wenn eine neue Baugruppe dann eingebaut sei, werde die erforderliche Parametrisierung einfach online geschickt.


Quelle: Röders GmbH

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