Produktion von Prototypen-Serien und Kleinserien für Original-Kunststoffteile

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1 Produktion von Prototypen-Serien und Kleinserien für Original-Kunststoffteile Das SPM-Verfahren Space Puzzle Molding ist ein kombiniertes Verfahren aus Rapid Tooling (RT) und Rapid Prototyping (RPT), das Kunststoff-Bauteile aus Original- Material und in serienidentischer Qualität und in Stückzahlen liefert, die in die Hunderte und sogar Tausende gehen können. Das Verfahren hat damit eine einzigartige Funktion und Position im Markt der Kleinserien- und Prototypen-Produktionsverfahren: Es erfüllt die Funktion eines Rapid Prototyping-Verfahrens für die Herstellung von Unikaten und wenigen Einzelstücken, erfüllt aber auch die Anforderungen nach praktisch verwendungsfähigen und einsetzbaren Original-Teilen in Kleinauflagen und Kleinserien für einbaufähige, marktfähige und marktabdeckende Serien von Endprodukten. Dabei hat sich das ursprüngliche Prototypen-Verfahren selbst weiterentwickelt und gewandelt - und ist längst von dekadischen Stückzahlen bis weit in die höheren Stückzahlen der Kleinserien-Produktion hinein ausgeweitet: Das SPM-Verfahren Space Puzzle Molding, ursprünglich für die singuläre Unikat-Prototypen-Produktion entwickelt, ist diesen Kinderschuhen und den niedrigen Stückzahlen längst entwachsen - und kommt mit Siebenmeilenstiefeln weit in den Produktionsbereich der Kleinserie voran. Bis zu Stückzahlen von mehreren Tausend reichen die Ausbringmengen des SPM-Verfahrens in der Produktions-Praxis heute. Maximal-Stückzahlen von werden angestrebt und das patentierte SPM-Verfahren soll weiter in die Kleinserie hinein ausgebaut werden, wo es sich inzwischen längst bewährt hat. Zahlreiche Praxisbeispiele zeigen, wie eine wirtschaftliche Kleinserien-Produktion von Kunststoffteilen mit dem SPM-Verfahren Space Puzzle Molding möglich ist. Das patentierte SPM-Verfahren wird in Europa bisher exklusiv nur von der protoform K. Hofmann GmbH in Fürth genutzt, die ihre Konstruktion, Formen-Fertigung und die integrierte Kunststoff-Spritzerei und Kunststoffverarbeitung in den letzten Jahren ausschließlich und konsequent auf das SPM- Verfahren ausgerichtet hat. Das Verfahren hat sich besonders in den letzten Jahren, nachdem schnellere Produktionszyklen, ständige Produkt-Modifikationen, die Varianten-Produktion und immer kleinere Losgrößen verlangt werden weiterentwickelt: SPM hat sich bei der Produkt-Entwicklung bewährt und bei Produkt-Entwicklern als wirtschaftliches und zuverlässiges Verfahren zur Beschleunigung des Entwicklungsprozesses durchgesetzt. Das SPM-Verfahren auch für Kleinserien Space Puzzle Molding in der Praxis: Formwerkzeuge mit Spritzgießmaschine Inhalt Die Aufgabe Wirtschaftliche Kleinserien-Produktion Projekt-Übersicht Daten und Fakten Projekt 1: Zierrahmen für VW-Phaeton Projekt 2: Medizintechnik-Gehäuse Projekt 3: Technik-Teile für New Chairman Projekt 4: Gehäuseteile für Computer-Waage Projekt 5: Gehäuseteile für Resonanz-Scanner Projekt 6: Verkleidungsteile für VW-Phaeton Prinzip und Praxis Space Puzzle Molding SPM Die Leistungen von SPM Entwicklungs-Verfahren SPM Die Vorteile von SPM Zeit- und Wettbewerbsvorteile Das Unternehmen protoform K. Hofmann GmbH weiterführende Information Literatur und Info-Material Direkt-Information

2 Signifikante Praxis-Beispiele für Kleinserien-Projekte per Space Puzzle Molding SPM Die protoform K. Hofmann GmbH in Fürth/ Bayern, ist auf die spritzgießtechnische Optimierung von Kunststoffteilen für das SPM-Verfahren Space Puzzle Molding spezialisiert. In der CAD-Konstruktion von protoform werden die Bauteil-Konstruktionen der Auftraggeber im Hinblick auf die spritzgießtechnische Verarbeitung hin optimiert und in CAD-Konstruktionen der geeigneten Formwerkzeuge umgesetzt. Nach der CAM-Umsetzung und Umwandlung in CNC-Maschinenprogramme werden diese Spritzgieß-Formwerkzeuge meist durch 5-Achs-HSCFräsen in Aluminium-Materialien gefertigt und realisiert, und in der integrierten Spritzgießabteilung für die Produktion der Bauteile eingesetzt. Dabei bleibt stets die gesamte Projekt-Abwicklung, nach dem Single-Stop -Prinzip in einer Verantwortung: Immer kommen die Kunststoff-Bauteile, einschließlich der erforderlichen Oberflächentechnik wie Lackierung, Verchromung und Beflockung, Montage und Konfektionierung einbaufertig aus einer Hand und aus dem Hause protoform K. Hofmann im fränkischen Fürth. Beispiele für diese wirtschaftliche Kleinserien-Produktion mit Hilfe des SPM-Verfahrens Space Puzzle Molding sind sechs signifikante Projekte, die nachfolgend detailliert beschrieben werden: Projekt 1: Phaeton Chromzierrahmen für Fax- und Printerabdeckung Mittelkonsole Material: ABS Novodur P2M-C natur (Acrylnitril-Butadien-Styrol Copolymerisat). Geplante Kleinserie: 3.000, produziert: 400. Auftraggeber: VW Individual GmbH, Wolfsburg Projekt 2: Medizin-Technik-Gehäuse Anfahrschutz für Computertomographen Material: PS + GF (Polystyrol mit Glasfaserzusatz, UL-gelistet und Schäummittelzusatz) Geplante Kleinserie: 880, produziert: 880. Auftraggeber: Siemens-Gesellschaft Mechanik Center, Erlangen Projekt 3: Großer Vorsitzender : Reinkarnation der Mercedes E-Klasse in Korea Material: PA66-GF30 Zytel 70G30 HSL BK39B schwarz (Polyamid Copolymer mit 30 Prozent Glasfaser). Geplante Kleinserie: 500, produziert: Auftraggeber: Continental AG Continental Automotive Systems Projekt 4: Touch-Screen-Display-Gehäuse für innovative Computer-Waage Material: PC + ABS Cycoloy C eisengrau (Polycarbonat + Acrylnitril- Butadien-Styrol Copolymerisat). Geplante Kleinserie: 500, produziert: Auftraggeber: Bizerba KG, Balingen Projekt 5: Gehäuse-Abdeckung für den Resonanz-Scanner am Tandem-Mikroskop Material: PC + ABS Bayblend KU schwarz (Polycarbonat + Acrylnitril-Butadien- Styrol Copolymerisat). Geplante Kleinserie: 7 x 1.500, produziert: 7 x 260 bis 320 Teile. Auftraggeber: Leica Microsystems CMS GmbH, Mannheim und Wetzlar Projekt 6: Phaeton Schutzverkleidung für Kühlschrank-Steuergerät Material: PC + ABS Bayblend T schwarz (Polycarbonat + Acrylnitril-Butadien-Styrol Copolymerisat). Geplante Kleinserie: 2.000, produziert: Auftraggeber: Automobilmanufaktur Dresden

3 Projekt 1 Zierrahmen, verchromt, für Vokswagen Phaeton Phaeton Chromzierrahmen für Fax- und Printerabdeckung in der Mittelkonsole. Material: ABS Novodur P2MC natur (Acrylnitril-Butadien-Styrol Copolymerisat) Eine dringliche Anfrage in einer heiklen Angelegenheit erhielt die protoform K. Hofmann GmbH in Fürth im Juni 2004 von der VW Individual GmbH aus Wolfsburg: Ein filigranes Kunststoffteil, ein Zierrahmen des Edel-Gefährtes Phaeton für den Fax- und Printer-Einbau in der hinteren Mittelkonsole, ein zierliches Zierteil, sollte in einer individuellen Auflage einbaufähig produziert werden. In Stückzahlen, die natürlich keine Großserie erlaubten, sondern der optionalen Ausstattung des Exklusiv- Gefährtes entsprachen: Bekanntlich weichen die Stückzahl solcher Edel-Limousinen weit von der Großserien-Produktion nach unten ab. Ein Fall für eine Kleinserie, die natürlich auch für diesen Rahmen und bei einer Premium-Marke im wirtschaftlichen Rahmen bleiben musste: Anvisiert wurde eine Serie von Teilen, die nicht nur im Phaeton, sondern auch in anderen VW- Modellen der Oberklasse ihren Platz finden sollten. Eine kleine Serie für große Wagen. Die anvisierte Serie von 3000 Teilen rechtfertig natürlich auch nicht für den Autobauer aus Wolfsburg und seine Individual-Abteilung ein normales Spritzgieß-Formwerkzeug. Auf der Suche nach fachlicher Unterstützung wandte man sich an den Prototypen- und Kleinserien-Produzenten protoform K. Hofmann GmbH in Fürth/Bayern, mit ihrem, für solche Kleinserien bekannten SPM-Verfahren, das auch solche Klein- Auflagen zu wirtschaftlichen Kosten liefern kann. Ein Serien-Spritzgießformwerkzeug wäre für die anvisierte Gesamt-Stückzahl sicher unrentabel gewesen. Das ursprünglich von VW Individual GmbH für das dünne Rahmenteil vorgesehene Kunststoff- Material hatte sich als widerspenstig bei der nachfolgenden Oberflächenbehandlung, einer Verchromung erwiesen, die Material-Wahl musste überprüft werden und eine Maßänderung des Rahmens war ohnehin nötig. Bei protoform wählte man ein geeignetes Material in enger Zusammenarbeit mit dem Materiallieferanten, und empfahl ein elektrolytisches Verchromungsverfahren. Das empfohlene und jetzt eingesetzte Material ist ein ABS Novodur (Acrylnitril- Butadien-Styrol Copolymerisat) und naturfarben bevor es seinen Chrom-Überzug bekommt, der einen metallischen Eindruck macht - und im Edel-Mobil verbaut werden kann. Man garantierte damit die Produktion und Lieferung einer Kleinserie von Stück, für das technisch eigentlich recht schlicht wirkende Rahmen-Teil in Metall-Optik, das sich hier und heute vornehmlich in Politiker- und VIP-Fahrzeugen wiederfindet. Der Entwicklungs- und Kleinserienauftrag für den Hersteller von Prototypen-Serien und Kleinserien sah zunächst die Lieferung von nur fünf Erstmustern nach VW-Vorschrift, gemäß dem kundenspezifischen Prüfprotokoll von VW einschließlich des Prozessablaufprogramms für den Spritzvorgang vor. Produktionsvorschrift war es außerdem, die Angussspinne des Zier-

4 teils nicht abzutrennen, sondern für den Galvanisiervorgang als Halterung und Anfasser zu belassen und erst nach der Oberflächenbehandlung in der Galvanik rückstandslos abzutrennen und zu entfernen. Für das Bauteil war eine spiegelpolierte Hochglanz-Oberfläche gefragt, und selbstverständlich darf das edle Einbauteil keine Einfallstellen oder optische Mängel aufweisen und muss absolut plan und ohne Verwerfungen sein. Nicht ganz einfach bei den geringen Materialstärken und der dünnen Rahmenform. Die Techniker und Kunststoff-Experten der protoform-konstruktion konstruierten um das Bauteil eine kunststofftechnisch optimierte Spritzgießform. Sie berücksichtigte das schwierige Schwundverhalten des schlanken Formteils und erfüllte höchste Ansprüche in der Maßhaltigkeit, Planheit, aber auch in der Optik der Spiegelglanz- Chromoberfläche. Weil optisch höchste Qualität und makellose Optik für den Edel- Rahmen vorgeschrieben waren, wählte protoform für die Fertigung der Spritzgießform im hauseigenen Formenbau Stahl als Werkstoff für das Kleinserien-Formwerkzeug, abweichend vom sonst im Hause praktizierten Standard, der sich auf Aluminium als Werkstoff für die Formwerkzeuge konzentriert. In der hauseigenen Spritzerei von protoform wurde das selbstgefertigte Formwerkzeug dann zur Produktion der ersten Musterteile eingesetzt. Nach ersten produzierten Teilen musste noch Modifikation an der Konstruktion und einige Nacharbeiten am Formwerkzeug durchgeführt werde. Danach wurden bisher fast 400 der Teile damit produziert. Nach der nachfolgenden Verchromung wurden sie jeweils in Losen, unbeanstandet, an den verantwortlichen Zulieferer, einen Systemlieferanten und Kfz-Veredler in Cadolzburg, Franken, für den Einbau in die hintere Phaeton-Mittelkonsole ausgeliefert. Per CAD kunststofftechnisch optimierte Spritzgießform für Phaeton-Zierteil Die Techniker und Kunststoff-Experten der protoform K. Hofmann GmbH konstruierten um das Bauteil ein SPM-Formwerkzeug für das schlanke Phaeton-Formteil, berücksichtigten das schwierige Schwundverhalten, aber auch die sehr anspruchsvolle Optik der Spiegelglanz-Chromoberfläche Zierrahmen für VW Phaeton : Für den Fax- und Printer-Einbau in der hinteren Mittelkonsole des Phaeton musste ein anspruchsvolles Zierteil in einer individuellen Kleinauflage einbaufähig produziert werden

5 Projekt 2 Medizintechnik-Gehäuse für Computertomographen Mehrteiliges Medizin-Technik-Gehäuse als Anfahrschutz für verschlankte Computertomographen. Material: PS + GF (Polystyrol mit Glasfaser- und Schäummittelzusatz) Aus der Medizin-Technik gibt es ein besonders klares Beispiel für die wirtschaftliche Fertigung von Kunststoff-Teilen in Kleinserien: Ein Apparatetechnik-Gehäuse, das in einer marktabdeckenden Stückzahl für eine Siemens-Tochter produziert wurde. Die Klein-Auflage von nur 880 Teilen reichten dabei aus, den Weltmarkt für neuartige, verschlankte Computertomographen zu versorgen. Die 880 Medizintechnik-Gehäuse aus Polystyrol mussten in einer Grenzstückzahl produziert werden, die zuviel ist für ein Prototypen-Verfahren, aber auch viel zu wenig für eine richtige Serienproduktion und ein kostenträchtiges Serien-Formwerkzeug. Bei Medizintechnik-Apparaten im High-Tech-Bereich genügt eine solche Kleinserie unter Umständen schon für den gesamten Weltmarkt, eine größere Serienproduktion erfolgt nicht. Der Marktbedarf an Großgeräten ist schnell gedeckt, die Produktionsstückzahlen entsprechend niedrig. Entsprechend klein war die benötigte Stückzahl. Kein Fall für eine Serie und Hochleistungs- Spritzgießwerkzeuge und kein Fall für einen normalen Kunststoffverarbeiter. Aber ein Fall für das SPM-Verfahren um in kürzester Zeit mit einer ausreichenden Stückzahl auf dem Weltmarkt und global präsent zu sein und keine Zeit beim Time-to-Market zu verlieren. Die Entwickler des Mechanik Center GmbH in Erlangen wollten aber bis zur verwendungsfähigen Serie nicht nur keine Zeit verlieren, sondern hatten auch sonst klare Vorstellungen für ihren Computer- Tomographen in Leichtbauweise: Als Material war geschäumtes Polystyrol, mit Glas-Zusätzen und US-Zulassung für das mehrteilige Rezeptor-Gehäuse Anfahrschutz verlangt. Die Gehäuse-Konstruktion bestand aus einem Grundrahmen, zwei hälftigen Oberteilen, einer offenen Unterschale und diversen Einschub- und Einbauteilen. Bei der protoform K- Hofmann GmbH wurde beim Projekt Anfahrschutz von Anfang an darauf hingearbeitet, nicht nur wenige Unikate und Einzeltücke als Handmuster und Anschauungsmaterial herzustellen, sondern die gesamte Kleinserie markt- und verwendungsfähig zu produzieren. Als Kunststoffmaterial für das Rezeptor-Gehäuse Anfahrschutz war ein naturfarbenes Polystyrol mit Glasfaserzusatz vorgegeben, wie bei den Medizin-Apparaten der Siemens-Gesellschaft Mechanik-Center Usus ist: Dem UL-gelisteten Material mit der wichtigen Zulassung für den US-Markt wurden aber nicht nur Glasfasern, sondern auch wenige Prozente eines Schäumungsmittels zugesetzt, um das Formfüllverhalten bei der Verarbeitung zu verbessern.

6 Bei protoform beurteilt Geschäftsführer Dipl.-Ing. Peter Hofmann gerade dieses Material deswegen für die Kleinserien-Produktion als...besonders gut geeignet: Durch den Schäummittel-Zusatz von nur wenigen Prozent wird die Verarbeitung gerade bei komplexen Bauteil-Konturen erleichtert, wenn in der Kunststoff-Spritzerei sorgfältig damit umgegangen wird. Im Falle des Rezeptor-Gehäuses Anfahrschutz erwies sich das Material als ideal: Auf mehreren Spritzgießmaschinen gleichzeitig entstanden in der Kunststoffverarbeitung von protoform parallel die benötigten Gehäuseteile. Die Zykluszeiten lagen in diesem Fall allerdings bei erheblich über den Zeiten, die sonst bei Kunststoff-Spritzgießverfahren üblich sind: Das SPM-Verfahren nutzt zwar konventionelle Spritzgießmaschinen, macht aber nur einen halbautomatischen Betrieb des Spritzgießvorgangs möglich, weil die SPM-Formwerkzeuge, anders als Formwerkzeuge für die Serienproduktion, nach jedem Spritzgießvorgang entnommen und zur Entnahme der Spritzlinge teilweise oder ganz demontiert werden. Trotz der verlängerten Zykluszeiten konnte die gesamte Kleinserie von 880 Rezeptorgehäusen innerhalb kürzester Zeit produziert und voll verwendungs- und marktfähig an den Auftraggeber ausgeliefert werden. Bei der protoform K. Hofmann GmbH wurde beim Projekt Anfahrschutz von Anfang an darauf hingearbeitet, nicht nur wenige Unikate und Einzeltücke als Handmuster und Anschauungsmaterial herzustellen, sondern die gesamte Kleinserie markt- und verwendungsfähig zu produzieren. Als Material war geschäumtes Polystyrol, mit Glas-Zusätzen und US- Zulassung für das mehrteilige Rezeptor-Gehäuse mit Gehäuse- und Zusatzteilen verlangt

7 Projekt 3 Stoßdämpfer-Teile für New Chairman Großer Vorsitzender luftgefedert: Wiedergeburt der Mercedes E-Klasse in Korea. Material: PA66-GF30 Zytel 70G30 HSL BK39B schwarz (Polyamid Copolymer mit 30 Prozent Glasfaser) Eine Wiedergeburt des Mercedes mit Verlängerung, Features und Modifikationen findet sich in Korea. Aufgekaufte Produktionsanlagen der 1995 ausgelaufenen E- Klasse machen es möglich. Der Mercedes- Klon wurde in Korea im Design verändert, mit Edel-Modifikation und Luxus-Features aufgewertet, technisch verändert und langgezogen und fährt heute als Stretch-Limousine New Chairman, Neuer Vorsitzender, Gutbetuchte, Politiker und Prominente sanft durch die Gegend. Nicht in Europa, hier ist der Lang- Wagen nicht zu sehen - und nicht zu haben, der Hersteller Ssang Yong bietet das teure Gefährt den Europäern erst gar nicht an. Die fernöstliche Luxus-Sänfte fährt natürlich nicht auf ordinären Stoßdämpfern, sondern gleitet auf einer mit einer elektronischen Luftfederung seidenweich über die Straßen. Zu den technischen Verbesserung gehörte deswegen auch eine elektronische Luftfederung von Continental AG Automotive Systems, Hannover, die aber aus Gründen der Marktsondierung in einer Schnupperphase der Markteinführung erst in einer limitierten Kleinauflage produziert werden sollte. Problematisch war die Stückzahl, weil sich selbst die Koreaner nicht sicher waren, wie die Design-veränderte Stretch-Limousine vom Markt angenommen und aufgenommen werden würde. Allzuviel Absatz erwarteten die Koreaner offensichtlich nicht: Ihre Erwartungen gingen von einem vorläufigen Absatz von nur 500 Einheiten aus aber die Erwartungen wurden später doch weit übertroffen... Bestandteil der sanften Stoßdämpfer im New Chairman sind Kunststoffteile aus Deutschland, ein solider Kolbendeckel und ein Kolbengehäuse aus massivem Kunststoff, teilweise mit eingespritzem Gewinde. Auch die Anfrage nach diesen zwei Kunststoffteilen, die per SPM-Verfahren aus Space Puzzle Molding-Formwerkzeugen produziert werden sollten, ging von einer echten Kleinserie von nur 500 Stück aus. Die Produktion der Kunststoffteile in Kleinserie war deswegen genau das richtige Einsatzgebiet für das SPM-Verfahren der protoform K. Hofmann GmbH in Fürth, das wirtschaftliche größere Prototypen- Serien und Kleinserien bis in den Tausender Bereich produzieren kann. Im Auftrag sollten sie deswegen bei der protoform K. Hofmann GmbH konstruktiv optimiert und produziert werden. Das dafür gewählte und eingesetzte Material ist ein schwarzes Polyamid mit Glasfaserzusatz, PA66-GF30 Zytel in der Farbe Schwarz (Polyamid Copolymer mit 30 Prozent Glasfaser), die Teile müssen als sicherheitsrelevante Funktionsteile hohe Ansprüche an Präzision, Qualität und Festigkeit erfüllen und sind deswegen sehr massiv konstruiert und hochfest. Der Empfänger der Technik-Teile, Automo-

8 bil- Zulieferer und System-Lieferant Continental Teves aus Gifhorn, erwies sich deshalb auch als kritischer Kunde: Zunächst, nach Lieferung erster Teile, wurde die Rundheit der massiven Teile beanstandet und die SPM-Formwerkzeuge mussten entsprechend modifiziert werden. Trotz einer vorausgegangenen, detailliert simulierten Füllstudie vom Materiallieferanten musste dann doch, wegen der ungewöhnlich soliden Wandstärken von bis zu 12 Millimeter, die Angussführung bei den SPM- Formwerkzeugen verändert werden. Mit einer erhöhten Zahl von Anspritzpunkten, von vier auf acht, waren die Probleme für das 496 Gramm schwere Teil in den Griff zu bekommen. Konstruktiv eingebrachte zusätzliche Fließhilfen und ein starker Strang-Anguss waren konstruktive Änderungen, die dann doch eine Produktion nach Vorschrift und in der vorgeschriebenen Qualität möglich machten. Jedes der beiden Teile musste deswegen dreimal, beziehungsweise viermal konstruktiv verändert werden und die SPM-Formwerkzeuge mussten diesen Änderungen jeweils angepaßt werden und folgen. Die protoform-konstrukteure haben Erfahrungen in solchen Bauteil-Optimierungen und in der Abänderung der SPM-Formwerkzeuge, die solche Modifikationen systembedingt unproblematisch mitmachen. Nach den notwendigen Änderungen waren auch die Probleme und die Produktion der zwei Federbein-Komponenten in einer Auflage von jeweils 500 Stück deswegen verhältnismäßig leicht in den Griff zu bekommen: Alle Teile zu einhundert Prozent kontrolliert und nach den gesteigerten Qualitätsansprüchen des Auftraggebers geprüft und dokumentiert, gab es dann Grünes Licht für die IO-Teile mit dem offiziellen Startkommando Teile dürfen verbaut werden. die Nachfrage nach der wiederbelebten, modifizierten Ex-Mercedes-Limousine nach der ersten Marktsondierung auf dem Koreanischen Markt doch größer als gedacht: Heute gleiten weit mehr der Stretch- Limousinen, luftgefedert über die Straßen als jemals erhofft: Alle mit verbauten protoform-teilen aus der SPM-Form und Continental-Teves- Stoßdämpfer-Systemen. Weit mehr als vorgesehen, denn statt der anvisierten Kleinserie von 500 Teilen hat die protoform K. Hofmann GmbH bisher mehr als der Teile als Kleinserie aus der Prototypen-Form produzieren und an Continental-Teves liefern müssen. SPM- Formwerkzeuge aus Aluminium bringen auch solche Auflagen problemlos aus. Wegen ungewöhnlicher Wandstärken mussten Konstruktion und SPM-Formwerkzeuge für das 496 Gramm schwere Teil geändert werde Schwarzes Polyamid mit Glasfaserzusatz für Funktionsteile Nach dem SPM-Verfahren produzierte Stoßdämpfer- Teile müssen hohe Ansprüche an Präzision, Qualität und Festigkeit erfüllen und sind deswegen sehr massiv, glasfaserverstärkt und hochfest Zur Überraschung der Beteiligten war

9 Projekt 4 Touch-Screen-Gehäuse für Bizerba-Computerwaage Touch-Screen-Display-Gehäuse für innovative Computer-Waage Material: PC + ABS Cycoloy C eisengrau (Polycarbonat + Acrylnitril- Butadien-Styrol Copolymerisat) Eigentlich ist es ein vollwertiger Computer, der bunte Bildchen der Ware in Laden und Supermarkt auf dem Bildschirm zeigt, mit Windows arbeitet und dessen Layout auf dem Display frei gestaltet werden kann. Beim Waagen-Hersteller Bizerba heißt sie aber sachlich Systemfähige Ladewaage mit Farb-Touch-Screen. Das herausragende, zweiteilige Display-Gehäuse für die innovative Waagen-Neuheit wollte die Bizerba KG aus Balingen, vorsichtigerweise zur Markteinführung zunächst nur in bescheidener Stückzahl von 500 produzieren lassen. Ein Serien-Formwerkzeug ist bei solchen Stückzahlen natürlich nicht rentabel und übliche Prototypen-Verfahren liefern solche Stückzahlen kaum zu wirtschaftlichen Preisen und bieten auch kein Potential zur eventuellen Stückzahlausweitung nach oben. Das SPM-Verfahren des Space Puzzle Molding bot sich daher für die Erstserie und zur Markteinführung an. Das Verfahren nutzt einfache Aluminium-Formwerkzeuge, die kostengünstig und schnell gefertigt werden können und serienidentische Kunststoffteile in Originalqualität und Original-Material bis zu Tausenden liefern können. Im Falle der innovativen Computer-Waage musste bei der protoform K. Hofmann GmbH zunächst das Gehäuse aus Vorderfront und Rückwand des Waagendisplays für den Spritzgießprozeß optimiert gestaltet werden. Das einfach aussehende Bildschirm-Gehäuse aus Vorderseite und Rückwand erwies sich dabei als echtes Problemteil für die Konstrukteure, die alles kunststofftechnisch optimieren sollten: Es gab Materialanhäufungen an den notwendigen Domen im Inneren, es gab Einfallstellen, problematische Wandstärken-Unterschiede und Probleme beim Füllverhalten an Übergangsstellen. Eine gründliche spritzgießtechnische Überarbeitung erwies sich als nötig und wurde von den Experten bei protoform auch durchgeführt: Eckenrundungen wurden vergrößert, die Anbindung optimiert, Materialanhäufungen vermieden und alles völlig kunststoff- und verarbeitungsgerecht überarbeitet. Keine Änderung gab es beim vorgeschriebenen Material, das die Bizerba-Waagen-Familie standardmäßig nutzt: Das Material musste in der Geräte-Klasse der Class-EWorld bleiben und als Basis-Material war deswegen ein Blend aus PC mit ABS Cycoloy (Polycarbonat + Acrylnitril-Butadien-Styrol Copolymerisat), in seriösem und solide wirkendem Eisengrau, vorgeschrieben. Auch die Farbgestaltung der nachfolgenden Lackierung, die Gebrauchsspuren vermeiden soll, ist in neutralem Grau gehalten. Innen ist es das Display-Terminal zudem mit einer abschirmenden Aluminium-Beschichtung

10 versehen. Der Auftraggeber war der Ansicht, dass eine Kleinserie von 500 für den Markt zunächst ausreichen würde. Die Produkt-Entwickler rechneten wohl nicht mit der enormen Nachfrage, die dann die Produktions-Stückzahlen bei protoform aus dem Kleinserien-Bereich bis in ungeahnte Höhen von rund Stück getrieben hat. Aber auch solche Ausreißer in der Stückzahl nach oben sind mit SPM-Formwerkzeugen noch zu handhaben und lassen sich wirtschaftlich produzieren, ohne dass ein Serienwerkzeug nötig wird. Zwei SPM-Formwerkzeuge, jeweils eines für Vorderfront und Rückenteil des Bildschirm-Gehäuses wurden im Formwerkzeugbau der protoform K. Hofmann GmbH angefertigt und damit in der hauseigenen Kunststoff-Spritzerei, die das halbe Geschäft des Prototypen- und Kleinserien-Produzenten protoform ausmacht, die Display-Gehäuseteile produziert. Dabei wurde noch ein besonderer Produktions- Kniff angewandt: Der Spritzgieß-Vorgang beim SPM-Verfahren hat längere Zykluszeiten, wie sie beim Spritzgießen sonst nicht üblich sind, weil nach jedem Schuss das zusammengesetzte Formwerkzeug meist komplett entnommen und außerhalb der Spritzgießmaschine teilweise zerlegt und demontiert werden muß. Um diese teure und unproduktive, manuelle Totzeit zu nutzen, die im Schneckengehäuse wartende Schmelze nicht zu schädigen und eine Qualitätsminderung des Materials zu vermeiden, wurde hier zeitparallel das zweite Werkzeug für das zweite Gehäuseteil eingewechselt und fast unterbrechungsfrei weiterproduziert. GmbH abgefragt, weil die Waage offensichtlich vom Markt erfreulich stark nachgefragt wurde. Lackiert in der vorgeschriebenen Schutzfarbe, alles aus einer Hand, wurden die Teile geliefert. Sie konnten sofort verbaut und natürlich in der Praxis eingesetzt werden. Beim nächsten Einkauf könnten Sie der Computer-Waage begegnen... Das komplette Gehäuse des Waagendisplays musste bei der protoform K. Hofmann GmbH für den Spritzgießprozeß optimiert gestaltet werden. Es gab Materialanhäufungen an den Domen, Einfallstellen, problematische Wandstärken-Unterschiede und Probleme beim Füllverhalten an Übergangsstellen Mit dieser Tandem-Strategie und dem Doppel-Werkzeug wurden dann aber nicht nur die vorgesehene, garantierte und bestellte Stückzahl von nur 500 Teilen produziert und innen und außen oberflächenbehandelt geliefert: Überraschenderweise war die Nachfrage nach der Waage dann doch größer als erwartet. Immerhin fast der zweiteiligen Gehäuse wurden inzwischen bei protoform K. Hofmann

11 Projekt 5 Sieben auf einen Streich - Gehäuse für Leica Resonanz-Scanner 7-teilige Gehäuse-Abdeckung für den Resonanz-Scanner am Tandem-Mikroskop. Material: PC + ABS Bayblend KU schwarz (Polycarbonat + Acrylnitril-Butadien-Styrol Copolymerisat) Der Entwicklungsprozess für das 7-teilige Kunststoff-Gehäuse eines Resonanz-Scanners an einem weltweit einzigartigen Tandem-Mikroskop ist ein Beispiel dafür, wie sich die frühzeitige Zusammenarbeit im Simultaneous Engineering (SE) zwischen Auftraggeber und Kunststoff-Verarbeiter im Vorfeld von Konstruktion und Produktion auszahlen kann: Das 7-teilige und zweifarbige Gehäuse wurde von Anfang an in enger Zusammenarbeit zwischen protoform und der Leica Microsystems CM GmbH in Mannheim auf den Spritzgießvorgang hin ausgelegt, kunststoffgerecht gestaltet und optimiert konstruiert: Die teuren Geräte, die sich meist in wissenschaftlichen Einrichtungen, Hochschulen und Universitäten als hochwertige Ausstattung für Bio- und Medizinforschung wiederfinden, waren für die Leica Firmen in Mannheim und Wetzlar bestimmt. Im Inneren sind die Gehäuseteile metallbeschichtet und für die Montage und den Zusammenbau mit eingespritzten Gewindebuchsen, Rippen und ähnlichem versehen. Äußerlich sind sie ebenfalls gut durchgestaltet, zweifarbig lackiert und in einem sachlich anspruchsvollen Design gehalten. Als Material für alle Teile wurde eine Mixtur aus PC mit ABS Bayblend in der Grundfarbe schwarz vorgesehen (Polycarbonat + Acrylnitril-Butadien-Styrol Copolymerisat). Einige Teile wurden gemäß dem hochwertigen Design nachträglich noch eierschalenfarben teillackiert und geben dem Gerät ein angemessenes, wertvolles sowie edles Aussehen. Vorgesehen war die Produktion von einsatzfähigen Gehäusen. Ein größerer Marktbedarf war an den Geräten, die Hunderttausende von Euros kosten, auch weltweit kaum zu erwarten: Bisher wurden von dieser Kleinserie bereits rund 250 Stück von jedem der sieben Gehäus teile - insgesamt rund Stück unter- schiedliche Gehäuseteile - abgerufen. Auf Grund der guten Vorbereitung und Planung im Vorfeld der Konstruktion, konnten die SPM Space Puzzle Molding Formwerkzeuge aus Aluminium für die sieben Gehäuseteile, auf Anhieb ohne jegliche Modifikationen an Konstruktion sowie Formwerkzeugen produziert werden. Sieben Teile auf einen Streich. Lediglich ein einziges Teil wurde in einer größeren Stückzahl, für drei unterschiedliche Ausführungen, benötigt. Das SPM-Verfahren und die dabei eingesetzten, segmentierten Formwerkzeuge, machen solch eine Variantenlösung durch eine leichte und kostengünstige Modifizierbarkeit, problemlos möglich. Alle Teile wurden von protoform als Systemlieferant in lackierter Ausführung an Leica Microsystems CMS GmbH in Mann-

12 heim und Wetzlar, in montagefertigem sowie einbaufähigem Zustand ausgeliefert. Der noch zu erwartende Bedarf bis zur Soll-Stückzahl, und weit drüber hinaus, kann aus den bestehenden sieben SPM- Formwerkzeugen auch nachträglich und in kleinen Losen produziert werden. Die SPM- Formwerkzeuge sind für diesen Fall standfest und ergiebig genug. Die sieben Spritzgieß-Formwerkzeuge für die Leica-Gehäuse warten, mit mehr als anderen SPM-Spritzgießformwerkzeugen zusammen, im Formen-Lager von protoform auf ihre Reaktivierung, eine eventuelle Neuauflage, den Neueinsatz oder eine Modifizierung. Beispiel für SE und Soft-Landing: Das 7-teilige Gehäuse für Leica wurde von Anfang an auf den Spritzgießvorgang hin kunststoffgerecht gestaltet am SPM-Formwerkzeug waren später keinerlei Änderungen mehr nötig.

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