Auf dem Weg zur Formfabrik

Präzision bei hohen Stückzahlen
Bei zweifarbig gegossenen Teilen wie den Beinen – hier werden andersfarbige Schuhe angespritzt – muss genau darauf geachtet werden, dass die Form der Schuhe präzise zur erstgegossenen Form der Beine passt, damit nach dem Abkühlen des Kunststoffes kein Spalt entsteht. Die Formen sind auf äußerst hohe Stückzahlen ausgelegt – Serien von 300 000 Komponenten aus einer Form sind keine Seltenheit.

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Im Formenbau des Playmobil-Herstellers geobra Brandstätter werden Laser-Messsysteme von Blum zur Werkzeugeinstellung und -überwachung eingesetzt.

Die Anforderungen an den Formenbau sind also sehr hoch. Bis zu 1200 Formen kommen pro Jahr hinzu, 45 Prozent davon aus dem hauseigenen Formenbau. Die erforderliche Produktivität lässt sich nur mit einer teilweise mannlosen Fertigung erreichen – neben dem 2-Schichtbetrieb arbeitet eine Reihe von Maschinen in der sogenannten ‚Dämmerschicht’ über Nacht die vorbereiteten Aufträge ab. Dazu sind mehrere der Bearbeitungszentren mit Palettenwechslern und Werkzeugmagazinen mit einem Fassungsvermögen von bis zu 120 Werkzeugen ausgestattet. Auch übers Wochenende bleiben die Maschinen ohne Bedienpersonal produktiv. Marco Mendl, Teamleiter CAD/CAM/NC: „Ohne Blum-Lasersysteme wäre dieser Grad der Automation nicht möglich.“ Im Arbeitsraum der neun automatisierten DMG-5-Achs-Fräszentren sind die Trägersysteme von Blum-Novotest eingebaut.

Nach jedem Werkzeugwechsel wird das Werkzeug vor der Bearbeitung automatisiert vom Laser in Länge und Radius gemessen und ebenso nach der Bearbeitung auf Bruch und Verschleiß überprüft. „So sparen wir uns die Werkzeugeinstellung im Voreinstellgerät“, erläutert Mendel. „Ein neues Werkzeug wird einfach in den Halter eingeschrumpft und nach dem Einwechseln bei Bearbeitungsdrehzahl gemessen. So haben wir die Sicherheit, dass die Werkzeugdaten in der Maschine stimmen, Zahlendreher oder Falschablesungen können nicht mehr vorkommen. Zudem kompensieren wir automatisch die thermische Ausdehnung der gesamten Anlage sowie die Spindelverlagerung bei hohen Drehzahlen. Wir haben nur gute Erfahrungen mit den Blum Lasern gemacht – und sparen einige Arbeitszeit durch den Verzicht auf die Voreinstellung.“ Die Genauigkeit des LaserControl-Systems ist erstaunlich: Nach Erfahrung der Playmobil-Mitarbeiter liegt die Wiederholgenauigkeit bei weniger als zwei Tausendstelmillimetern.

Trends µ-genau

Formen effizient produzieren
Um die Kapazitäten im Hause Playmobil zu erhöhen, soll der Formenbau im Jahr 2015 in ein neues Gebäude umziehen, wobei sich die Hallenfläche vervielfacht. Vergrößern soll sich dann auch der Maschinenpark und der Blum Kastenentsprechende Anteil an selbst gefertigten Spritzgießformen. Das Ziel beim Umzug in die neue Halle ist die ‚Formfabrik‘, in der das Unternehmen hochpräzise Spritzgießformen möglichst effizient produzieren will. Die dazu benötigte Automatisierung wäre ohne die Blum-Lasersysteme nicht möglich – sie sind deshalb ein unverzichtbarer Baustein in dieser Vision.

Schlüssel zur mannlosen Fertigung
Ohne ein Überwachungssystem, das verschlissene oder gebrochene Werkzeuge erkennt, kann eine mannlose Fertigung nicht realisiert werden. Die Bruchkontrolle mit dem LaserControl-System gewährleistet nach jedem Bearbeitungsschritt, dass ein gebrochenes Werkzeug sofort erkannt wird. Je nach Programmierung kann das Bearbeitungszentrum ein Schwesterwerkzeug einwechseln oder den Bereitschaftsdienst alarmieren. „Wir haben von den wichtigsten Werkzeugen bis zu vier Stück im Werkzeugwechsler“, sagt Mendl. „Da laufen die Jobs der Dämmerschicht sehr zuverlässig durch.“

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Alle Arten von Fräswerkzeugen werden mit den Lasersystemen berührungslos und unter Arbeitsdrehzahl µm-genau gemessen.

Erkennt der Laser nach der Bearbeitung, dass das Werkzeug verschlissen ist, wird automatisch ein Schwesterwerkzeug eingewechselt. Britting ergänzt: „Wir verarbeiten meist Stahl mit hohem Chromanteil, weil der bei unseren großen Stückzahlen im Spritzguss den geringsten Verschleiß zeigt. Beim Fräsen verursacht er jedoch erheblichen Werkzeugverschleiß. Deshalb ist es wichtig, die Laufzeiten der einzelnen Werkzeuge im Blick zu behalten. Mit den Blum-Systemen gelingt uns das sehr gut.“

In verschmutzter Umgebung hochpräzise zu messen ist eine gewaltige Herausforderung. Kühlmittel ist für die Fertigung zwingend notwendig. Damit die Optik nicht verschmutzt, ist das Messsystem während der Bearbeitung mechanisch mit einem pneumatisch betätigten Verschlusskolben gegen Kühlmittel abgedichtet. Außerdem wird das rotierende Werkzeug vor der Messung mit Druckluft abgeblasen, um eine von Spänen, Dreck und Kühlschmiermittel unbeeinflusste Messung zu ermöglichen. Während der Messung schützt ein Sperrluftstrom vor Verschmutzung.

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Attila Britting (links) und Marco Mendl (rechts, beide geobra Brandstätter) vor der DMG DMU 50 eVo sind überzeugt: „Ohne die Blum-Lasersysteme wäre dieser hohe Grad der Automation, wie wir ihn bei uns haben, nicht möglich“.

Möglichst in einer Aufspannung
Auf den 5-Achs-Maschinen werden die Formen soweit möglich in einer Aufspannung gefräst, um eine möglichst hohe Genauigkeit zu erzielen. Deshalb wird oft mit sehr kleinen Werkzeugen gearbeitet. Auf den neun automatisierten DMG-Fräszentren werden Werkzeuge vom 0,5-mm-Kugelfräser bis zum 50-mm-Messerkopf eingesetzt. Auf den Röders-Fräszentren zur Herstellung der Graphitelektroden geht die Spanne bis hinunter zum 0,25-mm-Kugelfräser. Diese Variantenvielfalt an Werkzeugen ist für die Blum-Systeme kein Problem.

Der Playmobil-Formenbau nutzt die LaserControl-Systeme seit über 15 Jahren. „Die Systeme sind praktisch wartungsfrei, die Dichtungen sehen auch nach über zehn Jahren im Dauereinsatz wie neu aus“, erklärt Mendel. „Die Lasersysteme haben uns noch nie im Stich gelassen, auch der Service ist ausgezeichnet. Als wir einmal ein Problem mit der Einbindung des Messzyklus in die NC-Programmierung hatten, wurde uns sofort geholfen. Auch hier haben wir nur beste Erfahrungen gemacht.“

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Bei der Herstellung der höchst komplexen Spritzgießwerkzeuge geht es um Hundertstelmillimeter: Alle Einzelteile sind exakt aufeinander abgestimmt.
Bei den zweifarbig spritzgegossenen Beinen ist höchste Präzision gefragt.