Produktionskosten deutlich gesenkt mit innovativer Mehrkomponententechnik

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1 LED-Leuchten in einem Schritt Produktionskosten deutlich gesenkt mit innovativer Mehrkomponententechnik Moderne LED-Produkte vereinen eine hohe Lebensdauer und Betriebssicherheit mit minimalem Energieverbrauch. Maximale Effizienz so lautet auch das Leitthema in den weltweiten Produktionswerken von Hella, dem Technologieführer auf dem Gebiet der automobilen LED-Beleuchtung. Im Südwesten Finnlands stellt Hella Seitenmarkierungsleuchten für Wohnwagen und Wohnmobile her. Mit einem hochintegrierten Verfahren für ein neues Leuchtenmodell wurden dort sowohl die Produktionskosten als auch der Platzbedarf für die Fertigungsanlage reduziert. Die OneLED-Seitenmarkierungsleuchten werden im Drei-Komponentenspritzguss in Kombination mit Inserttechnik hergestellt. Da dieser Prozess vollautomatisch in einer autark arbeitenden Produktionszelle erfolgt, ist es Hella gelungen, die Leuchtenfertigung in Europa wieder wettbewerbsfähig zu machen. Der Kostendruck war der Haupttreiber für die Neuentwicklung, betont Sami Yllikäinen, D&D Manager bei Hella Lighting Finland Oy in Salo, rund 50 Kilometer südöstlich von Turku. Gleichzeitig wollten wir die Leuchten aber auch cleverer als ihre Vorgängermodelle machen. So erreichen die OneLED-Leuchten durch eine ausgefeilte Kombination effizienter Leuchtdioden und Präzisionsoptiken die gesetzlich vorgeschriebene Lichtverteilung mit fast 90 Prozent weniger Stromverbrauch. Statt wie bislang drei besitzen die OneLED-Leuchten nur noch eine Lichtquelle, wobei das Design der Streuscheibe dafür sorgt, dass das Licht über die gesamte Linsenfläche verteilt wird. Ein weiteres Novum: Durch den Einsatz von leitfähigem Kunststoff werden keine Leiterplatten mehr benötigt erzielte das innovative Leuchtenkonzept bei der Verleihung der SPE Awards der Internationalen Gesellschaft für Kunststofftechnik einen ersten Platz. Außer Hella Lighting wurden damit weitere am Projekt beteiligte Firmen geehrt: ENGEL AUSTRIA (Spritzgießmaschine), Sabri Scan (Werkzeug) und A. Schulman (Rohmaterial). 1

2 Mehrkomponententechnik neu definiert Drei verschiedene polymere Materialien werden verarbeitet. Das Gehäuseunterteil sowie der abdichtende Rand der Leuchten bestehen aus ABS, die Linse aus PMMA und die Leiterbahnen werden aus einem elektrisch leitfähigen Compound, gespritzt. Dabei handelt es sich nicht um eine herkömmliche Mehr-Komponenten-Anwendungen. Hella hat die Mehrkomponententechnik völlig neu definiert, erklärt Anders Nybäck, Geschäftsführer von ENGEL Finland Oy, der Niederlassung von Spritzgießmaschinenbauer ENGEL AUSTRIA in Helsinki. Während herkömmlich die einzelnen Materialien nacheinander verarbeitet werden, gilt es hier, bis zu drei unterschiedliche Materialien zur selben Zeit einzuspritzen. In dem komplexen fach-Werkzeug mit Drei-Stationen-Drehteller finden pro Verarbeitungsphase jeweils zwei Arbeitsschritte statt. Drei Phasen umfasst der Zyklus insgesamt. In der ersten Phase werden gleichzeitig die PMMA-Linsen sowie die ABS- Gehäuseschalen gespritzt. In Phase 2 legt ein Mehrachsroboter Leuchtdioden, Widerstände und Metallkontakte in die Gehäuseschalen ein, woraufhin die Leiterbahnen gespritzt werden. Anschließend in Phase 3 setzt der Roboter die Linsen auf die Gehäuseschalen, die beiden Bauteilhälften werden mit ABS umspritzt und somit abgedichtet. Für diesen Prozess wurde Hella das Patent erteilt (EP ). Nach dem Spritzgießprozess entnimmt der Roboter die Fertigteile und führt sie zur Prüfstation für die 100-Prozent-Qualitätskontrolle. Die Leuchten werden schließlich in Trays abgelegt, bevor sie von einem zweiten, größeren Mehrachsroboter jeweils 72-fach für den Versand in Pappkartons verpackt werden. Der große Mehrachsroboter ist auch für das Falten und Verkleben der Kartons verantwortlich. Außerdem legt er in jeden Karton eine Montageanleitung und versieht den verschlossenen Karton mit einem Etikett, bevor er die Boxen auf einer Palette stapelt. An dem vollautomatischen Prozess sind innerhalb der Schutzumhausung folgende Maschinen, Systeme und Komponenten beteiligt: Eine ENGEL victory 180 combi Spritzgießmaschine mit Drehteller-Werkzeug, zwei Mehrachs-Industrieroboter, ein PC- 2

3 basiertes Qualitätssicherungssystem, eine Stanzmaschine für die Insitu-Herstellung der einzulegenden Metallkontakte, Zuführsysteme für die Einlegeteile, ein Inkjet-System zur Produktkennzeichnung, zwei Drucker für die Montageanleitungen und Etiketten sowie eine komplette Verpackungsstation zum Falten, Verkleben und Stapeln der Versandkartons. Alles in allem beansprucht die Fertigung der OneLED-Leuchten damit eine Fläche von 3 mal 4 Metern. Die Herstellung der Vorgängerprodukte nahm dagegen eine komplette Fertigungshalle für sich alleine in Anspruch, so Yllikäinen. Zudem war der Prozess zeitaufwändiger, erforderte mehrere Arbeitsschritte und viele manuelle Eingriffe. Gehäuseschalen und Linsen wurden auf zwei Spritzgießmaschinen unabhängig voneinander hergestellt und zwischengelagert. Die Gehäuseschalen wurden mit Leiterplatten bestückt und schließlich mit dem Linsenoberteil verklebt oder verschweißt. Heute erhalten wir alle 30 Sekunden eine montagefertige Seitenleuchte, sagt Yllikäinen. Die Zykluszeit des Spritzgießens gibt den Takt für die gesamte Fertigungszelle vor. Durch das hohe Maß an Prozessintegration und Automation haben sich auch die Fertigungskosten deutlich reduziert, auf die Hälfte, berichtet der D&D-Leiter. Damit können sich unsere Produkte gegenüber dem Wettbewerb aus Asien behaupten. Gerade der Wohnwagenmarkt ist sehr preissensitiv, außerdem sind die Stückzahlen meistens gering. Chargenwechsel stehen an der Tagesordnung. Um den Aufwand dafür gering zu halten, besitzt das Werkzeug auswechselbare Kavitäteneinsätze. Für ein Maximum an Flexibilität wurde zudem der Prozess so ausgelegt, dass die Elektronik nicht ausschließlich gespritzt, sondern auch klassisch über Leiterplatten eingebracht werden kann. Holmlosvorteil spart Investitionskosten Rund Seitenmarkierungsleuchten produziert Hella Lighting Finland pro Jahr. In naher Zukunft sollen es mehr als 1 Million sein. Gearbeitet wird im Zwei-Schicht-Betrieb, zu Peakzeiten können es drei sein. Dass die Produktion heute reibungslos läuft, verdanken die Finnen nicht zuletzt ihrer gründlichen, vorausschauenden Planung im Vorfeld. Uns war zu 3

4 jederzeit bewusst, dass es sich um ein sehr riskantes Projekt handelt, sagt Yllikäinen. Wir betraten Neuland und haben dafür in die Entwicklung einer komplett neuen Technologie investiert. Deshalb war es uns sehr wichtig, dass auch unsere Partner von Anfang an ein hohes Maß an Sicherheit garantieren konnten. Neben dem Werkzeug galt der Spritzgießmaschine das größte Augenmerk. Wir brauchten eine Maschine, deren Steuerung darauf vorbereitet ist, verschiedene Materialien gleichzeitig einzuspritzen, verdeutlicht Yllikäinen. Mit der CC 200-Steuerung der ENGEL- Spritzgießmaschinen war das schon immer möglich, so Andres Nybäck. Außer Hella hat bisher jedoch keiner unserer Kunden diese Möglichkeit genutzt. So war das Projekt auch für ENGEL Finland eine Premiere und eine spannende Herausforderung. Die zahlreichen Referenzen im Bereich der Mehrkomponententechnik sowie die guten Erfahrungen, die Hella bis dato mit dem ENGEL-Service vor Ort gemacht hatte, fielen bei der Auswahl des Spritzgießmaschinenanbieters ebenso ins Gewicht wie die holmlose Bauweise der ENGEL victory Maschinen. Dank Holmlostechnik können wir eine Maschine mit 180 Tonnen Schließkraft einsetzen, berichtet Sami Yllikäinen. Aufgrund der Werkzeuggröße hätten wir normalerweise mindestens eine 300-Tonnen-Maschine benötigt. Unser Budget war begrenzt, deshalb kam uns dieser Aspekt natürlich sehr entgegen. Da die Schließeinheit der ENGEL victory Maschinen keine Holme besitzt, können die Werkzeugaufspannplatten bis an ihre Ränder und oft sogar darüber hinaus genutzt werden. Dies erweist sich vor allem in der Mehrkomponententechnik als Vorteil. Üblicherweise ist bei Mehrkomponentenanwendungen das Werkzeug relativ groß, wogegen wegen der eher kleinen projizierten Teileflächen nur eine vergleichsweise geringe Schließkraft benötigt wird, erklärt Franz Pressl, Produktmanager für die ENGEL victory Maschinenbaureihe bei ENGEL am Stammsitz Schwertberg in Österreich. Darüber hinaus bietet die Holmlostechnik in puncto Automation Vorteile. Der Roboter hat maximale Bewegungsfreiheit, der Roboterarm kann aus beliebiger Richtung barrierefrei in den Werkzeugraum greifen. Daraus ergeben sich kürzere Zykluszeiten, geringere Stellflächen und niedrigere Anlagenhöhen. 4

5 Marktanteil ausgebaut Mit den OneLED-Leuchten erreichte Hella innerhalb kurzer Zeit eine hohe Marktdurchdringung. Hobby Caravans machte den Anfang, inzwischen bestellen auch viele weitere Wohnwagen- und Wohnmobilhersteller ihre Seitenmarkierungsleuchten bei Hella in Salo. Mit dieser Neuentwicklung konnten wir in Europa unseren Marktanteil steigern, betont Sami Yllikäinen. Zudem bekommen wir inzwischen sogar Anfragen von Lkw-Herstellern. Die OneLED-Leuchten produziert Hella ausschließlich in Südfinnland. Um den Ausstoß zu steigern, planen Yllikäinen und sein Team, als nächstes die Kavitätenzahl des Werkzeugs zu erhöhen. <<Textkasten:>> Auf einen Blick Mit einem Umsatz von 4,4 Milliarden Euro (2010/2011) gehört Hella mit Stammsitz in Lippstadt zu den Top 50 der weltweiten Automobilzulieferer sowie zu den 100 größten deutschen Industrieunternehmen. An 70 Standorten in mehr als 30 Ländern beschäftigt Hella rund Mitarbeiter, die Komponenten und Systeme der Lichttechnik und Elektronik vor allem für die Automobilindustrie entwickeln und produzieren. 5

6 Reportage Die OneLED-Leuchten werden in einem einzigen Fertigungsschritt hergestellt. Möglich wird dies durch die Kombination von Drei-Komponentenspritzguss, Inserttechnik und der Verwendung innovativer, leitfähiger Materialien. (Bild: Hella) Rund Seitenmarkierungsleuchten produziert Hella Lighting Finland in Salo pro Jahr. In naher Zukunft sollen es mehr als 1 Million sein. (Bild: ENGEL) 6

7 Gemeinsam auf neuen Wegen erfolgreich (von links): Sami Yllikäinen von Hella, Anders Nybäck von ENGEL Finland und Franz Pressl von ENGEL AUSTRIA. (Bild: ENGEL) Die Fertigungszelle zur Herstellung der OneLED-Leuchten arbeitet autark auf kleinster Fläche. (Bild: Hella) 7

8 Dem Mehrachsroboter kommen mehrere Aufgaben zu. Unter anderem legt er die Insertteile ins Werkzeug ein. (Bild: Hella) Die Holmlos-Technik ermöglicht den Einsatz großer Werkzeuge auf vergleichsweise kleinen Spritzgießmaschinen. (Bild: ENGEL) 8