Mehrkomponenten-Werkzeug mit Drehtellertechnik. - Bild: werkzeug&formenbau

Zur Produktion der Halteringe für das Absaug­- und Luft-Wasser-Endoskop­ventil haben die Formenbauer bei MBFZ Toolcraft dieses Mehrkomponenten-Werkzeug mit Drehtellertechnik gebaut. - Bild: werkzeug&formenbau

| von Melanie Fritsch

Allein in Deutschland infizieren sich laut Bundesgesundheitsministerium etwa 600.000 Menschen jedes Jahr mit Krankenhauskeimen, und 15.000 sterben an den Folgen. In Sachen Hygiene besteht in vielen Krankenhäusern dringender Nachholbedarf. Das haben auch die Medizintechnikhersteller bei Medwork aus dem mittelfränkischen Höchstadt an der Aisch erkannt. Ihr Ziel war es, Medizinern ein komplettes Einweg-Endoskopventilset für die Untersuchung mit an die Hand zu geben, das die geforderte Zuverlässigkeit und gleichzeitig eine hundertprozentige Keimfreiheit für Patienten gewährleistet.

Gleich in der frühen Phase der Produktentwicklung zogen die Geräteentwickler die Werkzeug- und Formenbauer von MBFZ Toolcraft aus Spalt in Mittelfranken zurate. Werner Endres, der dort das Projekt betreut, erklärt: „Unser Vorgehen zielt auf eine kunststoffgerechte und prozesssichere Herstellung ab. Wir berücksichtigen bereits bei unserer Werkzeugkonstruktion Möglichkeiten in der Fertigung, aber etwa auch die Teileentnahme mit dem Roboter im anschließenden Spritzgussprozess.“

Ventil-Projekt von Medwork. - Bild: werkzeug&formenbau
Das Ventil-Projekt von Medwork war eines der ersten, das MBFZ Toolcraft mit der verketteten Fräs- und Messmaschine fertiggestellt haben. - Bild: werkzeug&formenbau

Wie die hochpräzise Fertigung der Ventile abläuft

Das Gemeinschaftsprojekt umfasst die Produktion eines Luft-Wasser-, Absaug- und Biopsie-Ventils. Alle drei Komponenten werden montiert als Einheit an die Ärzte-Klientel steril verpackt verkauft. Zur Umsetzung der kompletten Ventil-Produktion benötigen die Formenbauer bei MBFZ Toolcraft für sieben Einzelteile insgesamt sechs Spritzgusswerkzeuge.

Da es sich bei allen Ventilen um Anbauteile für das Endoskop handelt, müssen die Spezialisten hochpräzise fertigen. In der Kavität liegen die Toleranzen im Hundertstelmillimeter-Bereich. Um den immer strenger werdenden Qualitätsvorgaben ihrer Kunden dauerhaft gerecht werden zu können, haben die Werkzeug- und Formenbauer 2017 ihre Fertigungsprozesse neu strukturiert. Seither verfügen die Experten nicht mehr nur über einzelautomatisierte Maschinen, sie haben auch zwei verkettete Automationszellen im Einsatz.

Trends µ-genau: Fräs- und Mess-Automationszelle bei MBFZ Toolcraft

Jobmanagement – Certa von Certa Systems:

  • durchgängiges Software-Rückgrat, das die Prozesse in der Anlage verbindet und über diese das Zusammenspiel der einzelnen Komponenten automatisch gesteuert wird.
  • integriert sich in alle führenden Anwendungen aus den Bereichen CAD/CAM und ERP/PPS
  • Software: Certa QMeasur
  • Chipbasiert

Messen– Contura G2 von Zeiss:

  • Verfahrwege (X, Y, Z): 700 x 700 x 700 mm
  • Messkopf: Vast XXT
  • Software: U Soft

Fräsen – HSC 600 von Exeron (fünfachsig):

  • Verfahrwege (X, Y, Z): 650 x 550 x 400 mm
  • maximales Werkstückgewicht: 200 kg
  • Vorschub: 50 m/min

Handling – Robot Multi ERM von Erowa:

  • 10 Paletten UPC320
  • 150 Elektrodenplätze ITS50

Die erste Fertigungsstraße umfasst zwei Senkerodiermaschinen des Typs EDM 313 und 312 von Exeron und einen Robot Multi ERM von Robot Multi ERM von Erowa. Unmittelbar gegenüber übernimmt in der zweiten Automationszelle eine 5-Achs-Maschine HSC 600 von Exeron das Elektrodenfräsen, während die Contura G2 von Zeiss im Verbund die überwiegend aus Grafit bestehenden Elektroden automatisch vermisst. Auch in dieser Linie sorgt der Robot Multi ERM von Erowa für das optimale Handling. Die Wechselstation hält 10 Paletten- und 150 Elektrodenplätze bereit.

Zeiss Contura G2. - Bild: werkzeug&formenbau
Die Zeiss Contura G2 übernimmt in der Zelle das automatische Messen der Elektroden. Bei Bedarf können auch Formeinsätze geprüft werden. - Bild: werkzeug&formenbau

Rückgrat im gesamten Formenbau bildet das chipbasierte Prozessleitsystem Certa von Certa Systems. Aktuell sind sieben Maschinen an das System angebunden, davon zwei HSC-Fräsmaschinen, drei Senkerodiermaschinen und zwei Messmaschinen. Die Zusammenarbeit mit den Softwareentwicklern besteht seit nunmehr sechs Jahren. Gemeinsam mit Exeron haben die Experten die Vernetzung in den Automationslinien realisiert. Endres: „Das lief ganz nach unseren Wünschen und Vorstellungen und dauerte nicht lange.“

Automatisierung sorgt für kürzere Durchlaufzeiten

Bei MBFZ Toolcraft werden pro Jahr zwischen 12.000 und 16.000 Elektroden gefertigt – überwiegend aus Grafit. Bislang war das Handling aber noch optimierungsbedürftig. „Wir haben die Elektroden, nachdem sie einzelautomatisiert gefräst wurden, in einem Träger verstaut und bei Bedarf auf der Messmaschine vermessen“, erklärt Endres. „Heute sind wir deutlich effizienter, da die Elektroden nach dem HSC-Fräsen sofort auf der Contura G2 geprüft werden. Erst wenn sie den Toleranzvorgaben entsprechen, lagern wir sie in den Regalen.“ Mit dem automatisierten Prozess konnten die Formenbauer ihre Durchlaufzeiten weiter reduzieren.

Das chipbasierte Jobmanagement Certa. - Bild: werkzeug&formenbau
Das Rückgrat im gesamten Formenbau wie auch in dieser Erodierzelle bildet das chipbasierte Jobmanagement Certa. Über das Prozessleitsystem von Certa Systems werden alle Komponenten automatisch gesteuert. - Bild: werkzeug&formenbau

Das Medizin-Projekt von Medwork war eines der ersten, das sie mit der verketteten Fräs- und Messmaschine fertiggestellt haben. „Wir wissen nicht, ob wir die Terminvorgaben ohne die Automatisierung so problemlos hätten einhalten können“, meint Endres. „Auch wenn wir technisch dazu in der Lage wären, ist uns eine ganzheitliche Vernetzung der Prozesse aus Platzgründen bis dato leider nicht möglich. Da es aus unserer Sicht jedoch ein absolutes Muss ist, um auf Dauer weltweit konkurrenzfähig zu bleiben, werden wir dieses Ziel weiter forcieren.“

Bei MBFZ Toolcraft ist man auf die Produktion von Spritzgusswerkzeugen für Klein- und Kleinstteile spezialisiert. Und tagtäglich haben es die Formenbauer mit sehr filigranen Konturen zu tun. Dennoch war bei der Ventil-Produktion nochmal ein besonderes Know-how gefragt.

Das sind die Herausforderungen medizinischer Bauteile

Bislang bestand der Schaft des Luft-Wasser-Ventils des bei medizinischen Interventionen verwendeten Endoskops zum Beispiel aus Edelstahl, auf den fünf Gummi-Dichtringe einzeln montiert wurden. Jedes Ventil musste nach jedem medizinischen Eingriff desinfiziert werden. Endres erklärt: „Die Aufgabe bei diesem Bauteil bestand darin, ein kostengünstiges und hygienisch optimal zu verwendendes Einmal-Produkt zu entwerfen.“

Eine Verpackungseinheit. - Bild: werkzeug&formenbau
Eine Verpackungseinheit umfasst ein Biopsieventil (grün), ein Absaugventil (orange) und ein Luft-Wasser-Ventil (blau). Mit insgesamt sechs Spritzgusswerkzeugen wurde die Ventilproduktion bei MBFZ Toolcraft verwirklicht. - Bild: werkzeug&formenbau

Für den blauen Luft-Wasser-Ventilschaft haben die Spezialisten ein Zwei-Komponenten-Werkzeug mit Indexplatte entwickelt, wobei die Hartkomponente aus Acrylnitril-Butadien-Styrol (ABS) und die Weichkomponente aus einem thermoplastischen Elastomer (TPE) besteht. Neben diesem Mehrkomponenten-Werkzeug haben die Formenbauer für den Auftrag noch ein weiteres für die Halteringe des Absaug- und Luft-Wasserventils gebaut. Diesmal aber mit Drehtellertechnik.

„Für die Kunststoffprodukte gibt es strenge medizintechnische Regularien, an die wir uns halten müssen. Hier standen wir im engen Austausch mit Medwork“, berichtet der Projektleiter. „Es war ein sehr diffiziler Auftrag. Die Herausforderung war, speziell bei dem Luft-Wasser-Ventilschaft den Zugang zu den Anspritzstellen der Weichkomponente in den verschiedenen Positionen zu erstellen. Und auch bei der Schorhärte hatten wir nach der ersten Bemusterung Anpassungsbedarf“, betont Endres.

Die Senkerodiermaschine Typs EDM 312. - Bild: werkzeug&formenbau
Die Senkerodiermaschine des Typs EDM 312 von Exeron ist ein Teil der Erodierzelle­ bei MBFZ Toolcraft. Sie sorgt gemeinsam mit der EDM 313 und dem Robot Multi ERM von Erowa für eine prozesssichere Fertigung. - Bild: werkzeug&formenbau

MBFZ Toolcraft setzt auf eigene Spritzgießerei

Da sich MBFZ Toolcraft als Komplettanbieter versteht, umfasst das Dienstleistungsangebot auch den Spritzgussauftrag, den die Kunststofffachleute in ihrer hauseigenen Spritzgießerei im nahegelegenen Stammsitz Georgensgmünd verwirklichen. Die Endoskopventilproduktion für Medwork läuft über die Arburg Allrounder 470 S samt 6-Achs-Kuka-Roboter des Typs KR6.

Bereits zu Projektbeginn bewerten die Experten, welchen Greifer sie für eine prozesssichere Teileentnahme im Spritzgussprozess benötigen, wie sie ihn bauen müssen und vor allem auch – wie sie das Werkzeug daraufhin auszulegen haben. Für Medwork kommt ein Parallelgreifer zum Einsatz.

„Die Abstimmung zwischen Spritzgussmaschine, Roboter und Verpackung hat es besonders dann in sich, wenn das Kunststoffteil aus TPE besteht und in einzelne Kunststofftrays verpackt werden muss, wie es etwa bei dem Luft-Wasser-Ventil-Schaft der Fall war“, meint Endres. „Das Bauteil mit seinen filigranen Konturen zu entformen, ohne es zu beschädigen und den Greifer dann so feinzujustieren, dass er bei der Entnahme die Dichtungen ausspart, das forderte unser Know-how. Genauso wie die fachgerechte Anguss-Entnahme.“

Schon seit dem Jahr 2015 absolvieren die Werkzeugbauer erfolgreich Projekte für und mit Medwork. Für Projektleiter Endres steht fest: „Wir sind uns sicher, dass wir auch für jeden künftigen Auftrag eine passende Lösung finden werden, und mit unserem automatisierten Formenbau jetzt erst recht.“

Der Eintrag "freemium_overlay_form_wuf" existiert leider nicht.