Die auf 4K-Maschinen hergestellten bworld-Figuren bestehen aus sechs verschiedenen Thermoplast-Typen und mindestens zwölf verschiedenen Thermoplast-Rezepturen.
Bilder: Günther Heisskanal

Die auf 4K-Maschinen hergestellten bworld-Figuren bestehen aus sechs verschiedenen Thermoplast-Typen und mindestens zwölf verschiedenen Thermoplast-Rezepturen. Bilder: Günther Heisskanal

Spielen ist nach der Bruder-Philosophie kein Selbstzweck – es ermöglicht dem Kind, in der Welt der Erwachsenen Erfahrungen für seine Entwicklung zu sammeln. Die bworld-Figuren können dank integrierter Gelenke sitzen, knien und mit ihren Händen greifen. Daraus ergeben sich sehr viele Spielmöglichkeiten – aber auch enorme Anforderungen an die Produktion. Eine Serienproduktion in Europa, besonders im Hochlohnland Deutschland, erfordert einen hohen Automatisierungsgrad, um konkurrenzfähig für den internationalen Markt fertigen zu können.

Die Stärke von Bruder-Spielwaren liegt in der Innovationskraft bei Entwicklung und Herstellung von Neuheiten mit der typischen Funktionalität. Von der Idee über die Produktion bis zur Vermarktung erfolgt alles unter einem Dach. Die Bruder-Spielfahrzeuge werden mit leistungsfähigen CAD-Systemen und 3D-Design-Arbeitsstationen entwickelt und konstruiert, ehe sie im Haus an den Formenbau weitergeleitet werden. Hier werden mit leistungsfähigen CNC-Fräsmaschinen Formeinsätze hergestellt und die einzelnen Stahlteile zur Gesamtform zusammengesetzt.

Profil

Bruder Spielwaren GmbH + Co. KG

Bruder ist einer der führenden europäischen Hersteller qualitativ hochwertiger und langlebiger Kunststoff-Spielfahrzeugmodelle im Maßstab 1:16. Das Unternehmen wurde bereits 1926 in Fürth-Burgfarrnbach gegründet. Aktuell stellt das Unternehmen verschiedene Spielzeug­serien her, darunter die Profi-Serie mit detailgetreuen Lkw und Baufahrzeugen, die bwolrd-Serie als Spielsystem mit modularen Gebäuden und hoch beweglichen Figuren sowie die Roadmax-Serie mit robusten Spielfahrzeugen für Kleinkinder ab 2 Jahren. Die Exportquote des Unternehmens liegt bei rund 70 Prozent. Exportiert wird in rund 60 Länder der Erde. Insgesamt arbeiten 394 Mit­arbeiter für Bruder, der Maschinenpark besteht aus etwa 100 Spritzgießmaschinen. Eigene Konstruktion und eigener Formenbau sorgen für eine durchgängige Wertschöpfungskette.

Mit den fertigen Spritzgussformen kann die hauseigene Kunststofffertigung beginnen. Der Maschinenpark umfasst rund 100 Spritzgießmaschinen. Zur Anwendung kommen ausschließlich hochwertige Kunststoffe, wie sie auch in der Autoindustrie verwendet werden. Wie in der Kunststofffertigung, kann auch in der Montage auf ein in Jahrzehnten erworbenes Know-how zurückgegriffen werden, was die rationelle Fertigung erleichtert. Anhand von Steckverbindungen können die Teile mit der Unterstützung von Montageautomaten stabil zusammengebaut werden. Schließlich werden die Spielfahrzeuge in den bekannten, attraktiven Bruder-Verpackungen „geparkt“, ehe sie ihre Reise in mehr als 70 Länder der Welt antreten.

Höchste Anforderungen an die Produktionsanlagen

Die Werkzeuge und die gesamten Produktionsanlagen sind höchsten Anforderungen ausgesetzt: Alle produzieren in vier Schichten über sieben Tage. Die auf 4K-Maschinen hergestellten bworld-Figuren bestehen komplett betrachtet aus sechs

Guenther Hoehenaufbau

Höhenaufbau eines 4K-Heißkanalwerkzeugs zur Herstellung eines hochkomplexen Funktionsteiles bei Bruder.

verschieden Thermoplast-Typen und mindestens zwölf verschiedenen Thermoplast-Rezepturen. Auf diese Mehrkomponenten-Werkzeuge haben Bruder und Günther besonderes Augenmerk gelegt. Die Unterstützung von Günther Heisskanaltechnik geht dabei ins Detail: Die 3K-Werkzeuge für den Arm der bworld-Figur oder um die 4×4-fach – also 4K-Vierfach-Werkzeuge für das Bein der Figur gelten als Schlüsselwerkzeuge für die gesamte Produktion.

Für die glasfaser­verstärkten Materialien werden verschleiß­geschützte Spitzen eingesetzt.

Enge Nestabstände für komplexe Präzisionsteile

Bei diesem hochkomplexen 4K-Funktionsteil liegt die Anforderung in der reibungslosen Beweglichkeit der Gelenke. Hierzu müssen zwei unterschiedliche Thermoplaste über die „STT“-Düsen von Günther optimal verarbeitet werden. Hinzu kommt ein Heißkanal mit Mehrfachdüsen Typ SMHT im Sammelgehäuse für jeweils zwei Funktionsbauteile aus einem technischen Kunststoff. Die engen Nestabstände machen bei der Herstellung gerade dieser Funktionsteile Düsen in Sammelgehäusen notwendig. Hier haben die SMHT-Düsen mit ihrem engen Stichmaß Vorteile: Durch deren kompaktes Baumaß sind bis zu vier Düsen in einem Sammelgehäuse möglich.

Guenther SMTH

SMHT-Mehrfachdüsen im Sammelgehäuse haben mit ihrem engen Stichmaß klare Vorteile etwa bei der Herstellung der Funktionsteile.

SMHT-Heißkanaldüsen

Diese Düsenbaureihe ist für thermisch empfindliche Materialien, technische Kunststoffe und hochtemperaturbeständige Polymere geeignet und gewährleistet Anwendern hohen Freiraum bei der Auslegung von Heißkanalsystemen. Sie ist zur Mehrfachanspritzung von Kleinteilen bei kleinstmöglichen Nestabständen einsetzbar. Die Temperatur dieses Düsentyps lässt sich für jede Spitze über je einen Strom- und Regelkreis separat regeln. Die Anspritzung erfolgt direkt und ist auch zur Innenanspritzung von Formteilen geeignet. Die Düsen sorgen für einen schonenden Schmelzefluss und erlauben kompakte, hochfachige Werkzeuge mit engen Nestabständen. Die thermische Trennung und der zweigeteilte Schaft sind auch hier Garanten für einen geringen Wärmeverlust. Ausgestattet ist die Düse mit montagefreundlichen, steckbaren Strom- und Thermofühleranschlüssen.

Der Unterschenkel des Beins entsteht aus einem teilkristallinen Kunststoff und wird über Günther-„TT“-Düsen mit schlankem Schaft eingespritzt. Das sind offene Düsen mit homogener Temperaturführung, einer Spitze mit sehr guter Wärmeleitfähigkeit und hervorragendem Anspritz- und Abrissverhalten, die auch in der Produktion von Schuh oder Stiefel eingesetzt werden.

Der kompakte Aufbau der „TT“-Düsen ist nicht nur für Bruder-Werkzeuge ein Vorteil: Er erlaubt hochfachige Werkzeuge mit einem geringen Nestabstand ab 28 mm. Die schlanken Düsen können auch für eine komfortable Frontmontage vorgesehen und auf der Maschine gewechselt werden. Dabei kann das Werkzeug auf der Maschine verbleiben. Bei Bruder wurden diese Düsen aber auf konventionelle Weise verbaut. Die Düsenreihe „TT“ ist als Düse mit Spitze, offene Düse, Nadelverschlussdüse und als Sonderausführung mit verlängerter Düsenspitze lieferbar.

Unterschiedliche Düsen für verschiedene Ansprüche

Für die Fertigung der ersten Komponente aus einem verstärkten Kunststoff werden vier Mehrfachdüsen des Typs 4SMHT eingesetzt. Die Hose der bworld-Figur besteht aus einem Standard-Polymer. Dieses wird über die Heißkanaldüse 5STT100 direkt angespritzt. Vier weitere Heißkanaldüsen des Typs STT sorgen für die Fertigung einer weiteren Komponente des Beins. Dem Schuh/Stiefel verhelfen vier Heißkanaldüsen vom Typ 4STT100 zur entsprechenden Form. Auch hier erfolgt die Anspritzung direkt mit einem Durchmesser am Anspritzpunkt von 0,8 mm.

Heißkanaldüsen Typ STT

Gunther STT

Dank des kleinen Schaftdurchmessers sind „TT“-Düsen auch bei wenig Platz einsetzbar.

Heißkanaldüsen des Typs STT kommen vor allem zum Einsatz, wenn eine problemlose Verarbeitung sowohl technischer als auch hochtemperaturbeständiger Kunststoffe gefragt ist. Sie verfügen über einen zweigeteilten Schaft, der im vorderen Bereich aus einer Titanlegierung besteht. Damit wird aufgrund der geringen Wärmeleitfähigkeit eine gute Isolierung sichergestellt, was wiederum für einen geringen Wärmeverlust zwischen Heißkanaldüse und Kavität sorgt. Die Temperaturverteilung in der Düse ist sehr homogen. Die Wärmeleitspitze mit Verschleißschutz und einer Wärmeleitzahl von ca. 120 W/mK ermöglicht ein gleichmäßiges Öffnungs- sowie ein sauberes Abrissverhalten.

Zur Verarbeitung der glasfaserverstärkten Materialien werden verschleißgeschützte Spitzen mit guter Wärmeleitfähigkeit eingesetzt. Die Verbindung von Oberschenkelkugel oder Kniegelenk entsteht als Funktionsspritzguss im Werkzeug. Bei der Produktion der komplexen Bauteile werden die Werkzeughälften über eine elektrische Indexeinheit in die jeweils nächste Station zum Anspritzen einer weiteren Komponente gedreht. Die dazu verwendeten flexiblen Antriebseinheiten können ohne mechanische Umbauten für Zwei-, Drei- oder Vier-Stationen-Werkzeuge eingesetzt werden. Die einzelnen Komponenten entstehen unter anderem auf 15 hydraulischen und elektrischen Allroundern von Arburg mit Schließkräften zwischen 350 und 2500 kN. Alle Werkzeuge werden im hauseigenen Bruder-Formenbau als Ein-, Drei- und Vier-Komponenten-Werkzeuge hergestellt.

Die Produktion mit dem beispielhaften 4x4K-Werkzeug läuft seit Mitte 2012 in der beschriebenen Art reibungslos. Dies setzt ein stabiles Werkzeugkonzept in Verbindung mit einem auf die Anwendung hin optimierten Heißkanal voraus, der dauerhaft hohen Belastungen standhalten muss. Dies konnte Günther Heiss­kanaltechnik umfassend leisten. Bei Prozessentwicklung und -optimierung wurden die Techniker von Bruder vor Ort von der Günther-Anwendungstechnik unterstützt und auch geschult.

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